金屬硫蛋白的功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

占今舜，羅 銳，胡金杰，張 彬

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，長沙 410128）

金屬硫蛋白（MT）是一類分子質(zhì)量較低、半胱氨酸殘基和金屬含量極高的蛋白質(zhì)，Cys-X-Cys三肽序列是所有MT的特征序列。其廣泛存在于人類、哺乳動(dòng)物、植物以及微生物中，結(jié)構(gòu)高度保守。MT是一種可以被誘導(dǎo)的內(nèi)源性蛋白質(zhì)，多種因素如金屬（Zn、Cu、Cd等）和應(yīng)激等都可以誘導(dǎo)其產(chǎn)生，在動(dòng)物胃腸道內(nèi)被完整吸收，主要從尿中排出，其次是從糞中排出；在小腸、大腸、胃、腎、皮中存留較高；在肝、心、肺、肌肉和骨中存留量較低。各組織器官中MT的存留量在各種動(dòng)物之間差異不大[1-2]。自1957年在馬腎臟發(fā)現(xiàn)并分離出MT以來，研究者對其進(jìn)行了深入的研究，研究表明，其具有清除自由基、解毒、改善動(dòng)物機(jī)體的免疫力、增強(qiáng)動(dòng)物的抗應(yīng)激能力、參與微量元素的儲存、運(yùn)輸和代謝等多種作用。

1 MT的生物學(xué)功能

1.1 抗腫瘤

MT抗腫瘤主要是通過參與腫瘤細(xì)胞的分化、增生及凋亡和提高機(jī)體的免疫功能來完成的。MT受體（MTs）存在于細(xì)胞的胞質(zhì)、細(xì)胞核中，當(dāng)細(xì)胞受到致癌物質(zhì)的刺激后，MT基因迅速進(jìn)行表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，將細(xì)胞暴露在抗癌藥物中，提高M(jìn)Ts的表達(dá)量可以誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生抗凋亡作用，而在缺乏MTs的細(xì)胞中，細(xì)胞的死亡率顯著提高。另外，MT還可以通過影響機(jī)體的免疫功能、提高免疫細(xì)胞和免疫因子的活性，從而增強(qiáng)機(jī)體對癌細(xì)胞的殺滅作用。趙紅光等觀察含MT蛋奶粉對荷瘤小鼠肝癌有無治療作用，結(jié)果表明，小鼠形成肝癌第27、29及31天，添加了MT奶粉組的腫瘤體積變小，增加了淋巴細(xì)胞刺激指數(shù)、CD4+細(xì)胞百分率及CD4+/CD8+；降低了小鼠淋巴細(xì)胞G0/G1期細(xì)胞百分率和淋巴細(xì)胞凋亡百分率，提高小鼠脾臟CTL細(xì)胞毒活性和NK細(xì)胞毒活性，增加了荷瘤小鼠的IL-2和TNF-α活性，表明含MT蛋奶粉對腫瘤的治療性效應(yīng)可能是通過增強(qiáng)荷瘤小鼠的免疫功能實(shí)現(xiàn)的[3]。王彥等研究表明，MT蛋白的表達(dá)與肺癌的分化程度，Ki-67及凋亡顯著相關(guān)，MT可作為判斷肺癌細(xì)胞分化程度、增殖活性及凋亡等的指標(biāo)[4]。

1.2 解毒作用

MT含有高達(dá)30%的半胱氨酸，半胱氨酸中的巰基（-SH）能迅速螯合有毒金屬汞、銀、鉛、鎘、砷等。因此，MT是目前臨床上最為理想的生物螯合解毒劑。秋水仙堿對動(dòng)物的肝有一定的損傷作用，還可以干擾細(xì)胞微管功能。研究發(fā)現(xiàn)，秋水仙堿可以誘導(dǎo)肝合成MT，MT的存在和增加有助于MT（+/+）小鼠頡頏秋水仙堿對小鼠肝的損傷作用[5]。任泂等研究發(fā)現(xiàn)，MT對極性貧油中毒大鼠具有解毒的作用，但是預(yù)防性給予ZnSO4誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源性金屬硫蛋白，能更好發(fā)揮對貧鈾中毒的解毒效果[6]。張韻等研究金屬硫蛋白基因在長期水砷暴露小鼠肝組織中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)MT表達(dá)的降低可能是亞砷酸鈉肝毒性的一個(gè)易感因素[7]。黃志勇等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，灌喂HgCl2大鼠腎中的Hg-MT誘導(dǎo)量顯著增加，說明MT在染汞大鼠腎臟中起著對汞的解毒作用[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，染鎘后，低劑量的鎘誘導(dǎo)血管中MT的產(chǎn)生，MT對氧化損傷起保護(hù)作用[9]。李南平等給兒童服用MT 2～3個(gè)月效果顯著，未見不良反應(yīng)，隨著血鉛水平的下降，腹痛及伴隨癥狀消失，結(jié)果證明，應(yīng)用MT治療兒童鉛中毒是一種既安全又有效的新型預(yù)防和干預(yù)手段[10]。

1.3 抗氧化

正常情況下，動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生的自由基可以參與細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，但是過多的自由基能夠損害機(jī)體內(nèi)的生物活性物質(zhì)，從而產(chǎn)生機(jī)體衰老、組織損傷、免疫力下降等。一般情況下，機(jī)體可產(chǎn)生自由基和清除自由基以達(dá)到平衡。但是，會(huì)因?yàn)橹亟饘僦卸?、?yīng)激、輻射、疾病等因素導(dǎo)致機(jī)體自由基增多，影響機(jī)體的健康。MT含有大量的巰基基團(tuán)，還原狀態(tài)的巰基具有親核性，其中的金屬具有動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性，這使得MT對羥自由基（·OH）、超氧自由基（O2-）或一氧化氮（NO）等自由基具有較強(qiáng)的清除作用。有研究表明，MT清除自由基的能力比谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）強(qiáng)。另外，MT還能夠通過影響機(jī)體一些氧化酶的活性，來提高機(jī)體對組織器官的保護(hù)作用。李砥等研究發(fā)現(xiàn)，植物提取的MT能夠增強(qiáng)鎘中毒小鼠血液SOD活性和GSH-Px活力，降低丙二醛（MDA）含量，而且存在顯著的交互作用[11]。李漢臣等發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)金屬硫蛋白基因平菇可改善輻射對小鼠血小板（PLT）和脾臟的損傷；增強(qiáng)受輻射小鼠血清SOD活性，降低其血清MDA含量[12]。郭家彬等研究發(fā)現(xiàn)，MT可抑制阿霉素（DOX）致氧自由基產(chǎn)生增加及還原型谷胱甘肽（GSH）耗竭，降低DOX對心臟的毒性[13]。

1.4 提高免疫力

機(jī)體免疫系統(tǒng)的主要作用是防止外來物質(zhì)（病原微生物）對機(jī)體的損害。研究表明，MT能通過刺激淋巴細(xì)胞增殖、提高巨噬細(xì)胞活性等來提高機(jī)體的免疫能力。但是其機(jī)制不是很清楚，需要進(jìn)一步的研究。MT對免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用都基于MT蛋白主鏈上的巰基，如果MT的巰基發(fā)生變化（如烷基化、氧化等），則刺激淋巴細(xì)胞增殖的效應(yīng)就會(huì)消失。有研究表明，無論把MT單獨(dú)添加到脾細(xì)胞培養(yǎng)中還是將MT和分裂素一同添加，都能使鼠類淋巴細(xì)胞的增殖；細(xì)胞內(nèi)MT能夠促進(jìn)單核細(xì)胞的激活，且隨著MT合成的減少，免疫反應(yīng)在這方面的效力能力下降。

1.5 抗應(yīng)激

機(jī)體在應(yīng)激的情況下，能夠誘導(dǎo)MT的表達(dá)，提高機(jī)體的抗應(yīng)激能力。補(bǔ)充外源性MT也能夠降低應(yīng)激的發(fā)生，緩解應(yīng)激帶來的危害。張春陽等觀察抗氧化劑MT對糖尿病大鼠腎臟氧化應(yīng)激指標(biāo)及NADPH氧化酶的影響，結(jié)果表明，MT可能通過降低糖尿病大鼠腎臟氧化應(yīng)激水平，抑制腎皮質(zhì)PKC-β、血管緊張素原（Ang）以及NADPH氧化酶亞基的表達(dá)，發(fā)揮腎臟保護(hù)作用[14]。劉湘新等在豬肌肉注射MT后快速追趕使其產(chǎn)生應(yīng)激，結(jié)果表明，金屬硫蛋白能提高應(yīng)激豬體內(nèi)抗氧化酶的活性，從而對應(yīng)激造成的細(xì)胞損傷起到保護(hù)作用[15]。

1.6 其他

由于MT結(jié)合各種金屬離子的能力很強(qiáng)，因此其與金屬離子的代謝有重要關(guān)系。MT可能通過Zn-MT和Cu-MT對許多輔酶的激活來調(diào)控小腸內(nèi)Zn和Cu的代謝起，通過MT合成的可變性來維持細(xì)胞內(nèi)的游離Cu和Zn的平衡。在細(xì)胞外液（尿和膽汁）中已檢測出MT，這也說明MT有潛在運(yùn)輸Cu和Zn的功能。還有研究發(fā)現(xiàn)，MT在發(fā)情期雌性動(dòng)物子宮內(nèi)膜的腺上皮上有表達(dá)，雌激素能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生MT等，這意味著在動(dòng)物的繁殖過程中發(fā)揮了非常重要的作用。MT還能提高體外細(xì)胞的存活率，馬艷等研究結(jié)果表明，低劑量的亞砷酸鈉誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞產(chǎn)生MT，促進(jìn)淋巴細(xì)胞在體外的存活率[16]。除此之外，MT還能夠抗電離輻射、影響DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)的合成等的作用。

2 MT的抗應(yīng)激作用

應(yīng)激主要通過使動(dòng)物機(jī)體免疫功能紊亂、產(chǎn)生厭食、食欲減退使內(nèi)臟等產(chǎn)生缺氧和缺血等影響動(dòng)物的生長和發(fā)育。大量研究表明，內(nèi)源性誘導(dǎo)或外源性補(bǔ)充MT可通過提高動(dòng)物體內(nèi)抗氧化酶類的活性和調(diào)節(jié)與應(yīng)激有關(guān)的激素分泌來增強(qiáng)機(jī)體對應(yīng)激的耐受力。李麗立等用仔豬作模型，研究經(jīng)鋅元素誘導(dǎo)的外源性金屬硫蛋白（Zn-MT）對機(jī)體抗氧化功能和SOD的影響，結(jié)果在應(yīng)激條件下，補(bǔ)充外源性Zn-MT一段時(shí)間后，仔豬肝臟SOD和GSH-Px活性顯著升高（P＜0.05），MDA含量顯著降低（P＜0.05），肝臟抗活性氧和抗超氧陰離子水平也有提高的趨勢，MT對SOD基因表達(dá)的誘導(dǎo)與時(shí)間和劑量關(guān)系密切[17]。劉湘新等研究發(fā)現(xiàn)，適量的外源性MT能夠降低應(yīng)激情況下豬血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性和乳酸脫氫酶活性，提高SOD活性，但對血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶活性無顯著作用[15]。

游思湘等研究表明，金屬硫蛋白在應(yīng)激狀態(tài)下可使血清和運(yùn)動(dòng)初期肌肉中的非酯化脂肪酸含量升高，肌乳酸的生成降低，因而可增強(qiáng)有氧代謝，改善機(jī)體對運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的壓力，提高動(dòng)物的抗應(yīng)激能力，因此金屬硫蛋白對乳豬具有一定的應(yīng)激保護(hù)作用[18]。張彬等探討外源性MT對奶牛抗熱應(yīng)激的調(diào)控作用及其機(jī)理，結(jié)果表明，注射MT后第30天表達(dá)最佳，且在奶牛體內(nèi)表現(xiàn)出一定的劑量效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，說明MT是一種有效調(diào)控奶牛泌乳量和抗氧化能力的生理活性物質(zhì)和高效抗氧化劑[19-20]。

3 MT與動(dòng)物礦物元素代謝

MT含有大量半胱氨酸，每分子能夠與7個(gè)二價(jià)的金屬離子結(jié)合，或者可以與多至18個(gè)一價(jià)金屬離子，因此MT在微量元素的吸收和代謝、重金屬的解毒上具有重要的作用。飼料中過量的鋅、銅或者重金屬不僅能夠影響動(dòng)物的生長和發(fā)育，而且還導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的污染。MT主要在胃腸道內(nèi)被吸收，日糧中的礦物元素能夠與MT結(jié)合，減緩其吸收，而當(dāng)組織缺乏礦物元素時(shí)，會(huì)將其釋放滿足機(jī)體的需要。楊自軍等在日糧中添加鋅（硫酸鋅）4 g·kg-1，結(jié)果對蛋雞有一定的毒性作用，組織中鋅含量與日糧鋅濃度和補(bǔ)鋅時(shí)間有關(guān)，肝臟MT的含量和肝鋅含量變化一致，研究認(rèn)為MT在限制鋅的毒性方面具有重要作用[21]。吳睿等研究發(fā)現(xiàn)，在日循環(huán)高溫（23℃→33℃→23℃循環(huán)）下，肉雞血漿Zn2+濃度降低，肉雞肝臟、胰腺及十二指腸Zn2+濃度和MT含量降低，而且肉雞肝臟、胰腺及十二指腸中MT含量與Zn2+濃度呈現(xiàn)相同的變化趨勢[22]?？赡躆T需要Zn2+一起參與來提高機(jī)體抗熱應(yīng)激。加春生等研究亞慢性鎘中毒雞體內(nèi)鎘與金屬硫蛋白含量，結(jié)果說明，低劑量的鎘誘導(dǎo)雞體血管中MT的產(chǎn)生，使血管中MT含量升高而對氧化損傷起保護(hù)作用，抑制了脂質(zhì)過氧化作用的發(fā)生；而高劑量的鎘不但不表現(xiàn)出這種誘導(dǎo)作用，反而使血管中MT含量降低，影響了血管抗氧化損傷的能力，說明MT可以結(jié)合鎘，降低其毒性，減輕對機(jī)體的毒害作用[9]。柴春彥等研究結(jié)果表明，銅缺乏能夠改變奶牛肝臟中MT的代謝[23]。

4 小結(jié)

MT通過調(diào)節(jié)體內(nèi)微量元素的代謝和吸收，降低微量元素的排放，從而降低養(yǎng)殖環(huán)境的污染；通過清除機(jī)體內(nèi)的自由基，增強(qiáng)抗氧化酶的活性，防止動(dòng)物肌肉氧化，增強(qiáng)動(dòng)物產(chǎn)品的品質(zhì)。因而MT應(yīng)用于動(dòng)物，可以提高生長速度，減少疾病發(fā)生，減緩鮮肉氧化速度，延長動(dòng)物利用年限，提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，MT應(yīng)用在動(dòng)物生產(chǎn)上還存在一些問題，如MT的價(jià)格較貴、生產(chǎn)量有限、在動(dòng)物體內(nèi)的代謝途徑和規(guī)律研究不深等。但隨著研究不斷深入，這些問題將得到有效的解決，金屬硫蛋白在動(dòng)物生產(chǎn)上的作用將會(huì)更加突出。

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