金屬硫蛋白與腫瘤發(fā)病機制研究進展

牛煥國白嵐邵煥慶

(1.淄博市周村區(qū)人民醫(yī)院內(nèi)二科，255300；2.山東省軍區(qū)門診部，250099)

金屬硫蛋白(metallothioneins，MT)是一類低分子量、富含胱氨酸的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)，在防止DNA損傷、細胞凋亡、氧化應(yīng)激中起重要作用。研究表明MT表達與多種腫瘤的進展、藥物抵抗有關(guān)[1]。本文就金屬硫蛋白在腫瘤發(fā)病過程及藥物抵抗中的作用機制進行綜述。

1 MT的結(jié)構(gòu)

人體中的MT基因定位于染色體16q13，包含4種功能亞型MT-1～MT-4。哺乳動物的MT含有60～68個氨基酸殘基，通過兩個結(jié)構(gòu)域可以同時與必須的金屬元素如鋅、銅和有毒金屬如鎘、汞等結(jié)合，靠近N端的β結(jié)構(gòu)域，可通過9個半胱氨酸結(jié)合3個金屬原子，而α結(jié)構(gòu)域靠近C端，通過11個半胱氨酸殘基結(jié)合4個金屬離子[2]。MT-1和MT-2在人和動物組織中普遍存在，MT-3主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，MT-4主要位于皮膚、消化道等器官的角質(zhì)細胞和復(fù)層鱗狀上皮細胞中。

2 MT的生理功能及其表達調(diào)控

體內(nèi)主要有兩種形式的MT蛋白，金屬結(jié)合型和游離型。通常游離型MT只是暫時存在于非腫瘤細胞中，但有研究表明在大鼠的許多腫瘤中有高表達的游離型MT存在[1]。MT主要功能有參與微量元素的代謝及重金屬的解毒；清除自由基在氧化還原中的作用；拮抗電離輻射、參與應(yīng)激反應(yīng)；調(diào)控機體生長發(fā)育和細胞代謝等[3]。金屬、激素、細胞因子、氧化應(yīng)激及其他理化應(yīng)激可誘導(dǎo)MT的表達[1]，它們對MT表達的調(diào)控主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄水平上。MT基因的5’啟動區(qū)至少存在兩個調(diào)控片段，即金屬反應(yīng)元件和糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件。在某些腫瘤中Ha-ras癌基因處于激活狀態(tài)，從而作用于MT基因啟動區(qū)的調(diào)控片段，導(dǎo)致了MT表達的增加。

3 MT在腫瘤發(fā)生過程中的作用機制

3.1促進腫瘤細胞增生 MT通過多種調(diào)節(jié)作用，對腫瘤細胞的增生、分化產(chǎn)生影響。鋅是機體內(nèi)多種酶的必需成分，參與體內(nèi)結(jié)合蛋白的合成過程以及多種聚合酶的激活過程[2]。鋅可誘導(dǎo)MT的表達增高，改變細胞信號傳導(dǎo)途徑，影響DNA的復(fù)制、基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成。MT對宮頸癌細胞有濃度依賴性的促進增生作用[4]。MT表達呈明顯的細胞周期依賴性，處于S期的腫瘤細胞MT染色陽性率較高，在增生期細胞中的含量比靜止期細胞高2～3倍，提示MT可能具有促進細胞分裂增生的作用[5]。張樹輝等[6]研究結(jié)果顯示在高中分化肝癌細胞中MT位于胞質(zhì)和胞核，低分化細胞則以胞核為主。MT和其他一些腫瘤標(biāo)志物如P53，PCNA，VEGF等的聯(lián)系，進一步證明MT與細胞增生相關(guān)[7-10]。

3.2 與腫瘤細胞凋亡的關(guān)系 MT可保護活性氧對機體的損傷，防止細胞凋亡[7]。MT還可通過與鋅的相互作用發(fā)揮對細胞凋亡的抑制作用，不同的物理化學(xué)因素和免疫刺激均可增強鋅對細胞凋亡的抑制作用[11]。當(dāng)應(yīng)用特定的抗腫瘤藥物時，抑制MT-2A基因表達后MT在MCF-7細胞系中表達下降從而提高了腫瘤細胞對于抗癌藥物的敏感性，增加了腫瘤細胞的凋亡[12]。通過對腫瘤細胞增生周期分析發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)MT表達降低者出現(xiàn)相應(yīng)的凋亡增加。在添加鎘或銅后，P53基因突變后不能誘導(dǎo)MT的產(chǎn)生或細胞凋亡[8]。李天等[4]認為經(jīng)MT作用的宮頸癌細胞凋亡率明顯減少，且且P53蛋白及mRNA表達水平均降低，提示MT可能通過抑制P53依賴的線粒體凋亡途徑而抑制宮頸癌細胞凋亡。

3.3 影響腫瘤新生血管的形成 在腫瘤快速增長過程中容易出現(xiàn)新生血管生長不足影響腫瘤的血液供應(yīng)，而導(dǎo)致腫瘤細胞缺氧、腫瘤組織壞死，而缺氧可誘導(dǎo)多種基因表達上調(diào)，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，這些因子可誘導(dǎo)MT表達增加，且通過與其受體結(jié)合能激活信號傳導(dǎo)途徑如PI3K/Akt/mOTR和MEK/ERK，改變腫瘤血管內(nèi)微環(huán)境，促進腫瘤新生血管的形成[13]。在前列腺癌中MT可與VEGF起協(xié)同作用，促進腫瘤血管內(nèi)皮細胞增生及新生血管生成[10]。

3.4 在金屬致癌和抑癌中的作用 細胞內(nèi)的金屬一部分與細胞內(nèi)金屬結(jié)合蛋白(主要是MT)結(jié)合，另一部分則作用于靶分子而發(fā)揮其生物學(xué)作用，其中包括金屬的致癌和抑癌效應(yīng)。鋅在DNA復(fù)制和修復(fù)過程中起重要作用，鋅在前列腺癌組織的含量顯著低于正常前列腺[14]，其含量降低能抑制睪酮轉(zhuǎn)換成二氫睪酮(DHT)，而睪酮含量升高對前列腺有致癌作用。鋅對鎘所致前列腺細胞的超微結(jié)構(gòu)損傷及部分酶的活性有明顯的保護作用，組織細胞中的MT具有結(jié)合并阻止鎘作用于DNA鏈而誘發(fā)腫瘤的功能。由于肝癌細胞中MT的含量明顯低于正常組織，因此給予鎘劑后，有更多的游離鎘向肝癌細胞聚集，在殺傷肝癌細胞的同時對正常肝細胞影響較小，從而實現(xiàn)靶向殺死肝癌細胞、實現(xiàn)抗腫瘤作用[15]。

3.5 與腫瘤細胞獲得性耐藥的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)MT過表達的癌細胞株耐藥性明顯增強[15]。Bacolod等[16]研究認為MT與親電性化療藥螯合后，增強了腫瘤細胞DNA的修復(fù)能力。MT可清除鉑、鎘等微量元素，使化療藥物無法作用于腫瘤細胞的DNA，且藥物與DNA結(jié)合后，細胞死亡減少[17]。另一方面可能是生長因子激活后控制耐藥性的酶和蛋白質(zhì)的表達，使腫瘤細胞產(chǎn)生耐藥性[18]。MT可以保護腫瘤的血管周圍細胞，使化療藥物不能向血管周圍組織擴散，使化療藥物的治療效果降低。

3.6 對腫瘤預(yù)后的影響 腫瘤組織中MT含量與某些腫瘤的分化程度及預(yù)后有密切關(guān)系。在MT與前列腺癌的關(guān)系中，在腫瘤組織含量低者，存活時間長，預(yù)后較好[10]。在乳腺癌患者中，MT在腫瘤過度表達者化療效果不佳，總體生存率較低，預(yù)后較差[12]。在早期黑色素瘤患者中，MT過度表達者預(yù)后較差[19]。子宮內(nèi)膜癌中MT的表達與癌細胞的分化和臨床分期有關(guān)，分化越低表達越高，臨床分期越高表達越強，但與肌層浸潤無明顯關(guān)系[20]。在大腸癌患者中，MT陽性組與陰性組無病生存率和無遠處轉(zhuǎn)移生存率均有顯著性差異，提示大腸癌MT陽性表達與預(yù)后不良相關(guān)[21]。

4 展望

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多因素相互作用的結(jié)果，MT在腫瘤生成過程中發(fā)揮一定的作用，在臨床診斷、治療以及預(yù)后監(jiān)測中也發(fā)揮重要作用。利用MT對腫瘤的影響開發(fā)新型抗腫瘤藥物；通過腫瘤MT的基因剔除促進腫瘤的凋亡等，深入的研究和探索MT基因與腫瘤的關(guān)系，將對腫瘤的臨床診治有重要的意義。

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