MT蛋白異常在腫瘤診斷和防治方面的研究

樓秀余

（上海舒澤生物科技研究所 上海 201400）

1 MT的基本特性及生物學功能

MT是一類廣泛存在于生物體中的低分子量，富含半胱氨酸，能被金屬離子誘導的金屬結合蛋白，不同種屬生物的基因在染色體上的定位也不同，人類MT基因定位于16號染色體，由3個外顯子和2個內含子組成，MT的結構在進化過程中高度保守，哺乳動物MT為61－62個氨基酸殘基組成的多肽，相對分子量為6×103－7×103不含芳香氨基酸及組氨酸，富含半胱氨酸（Cys）。MT家族包括4個異構體：MT－Ⅰ、MT－Ⅱ、MT－Ⅲ和MT－Ⅳ。MT－Ⅰ至少包括6個亞型，它主要存在于哺乳動物和一些無脊椎動物（如龍蝦、牡蠣等），MT－Ⅱ存在于哺乳動物、原生生物、一些無脊椎動物（如海膽）、藍藻目、酵母和一些植物中，其中MT－Ⅰ和MT－Ⅱ是MT最主要的異構形式，在哺乳動物的各器官中均有表達，以肝、腎、胰腺、小腸中的含量最為豐富。MT－Ⅲ又稱生長抑制因子，是一種腦特異性金屬硫蛋白，主要分布于中樞神經系統(tǒng)，是唯一與生長有關的MT，而且其表達不受金屬離子調節(jié)。MT－Ⅳ只存在于口腔黏膜、食管、胃上部的復層鱗狀上皮細胞中，它在這些細胞的分化中起著重要的調控作用，在細胞內MT為胞漿蛋白，主要存在于胞漿，也可在溶酶體中積聚，有時也進入胞核，MT在細胞中定位的改變與細胞的不同發(fā)育時期有關。實驗中觀察到MT在G1晚期／S早期定位于胞核，在M期末重新定位到胞漿，MT的這種轉位有賴于絲裂素蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇－3激酶（phosphatiolyl inositol kinase 3，PI3K）的活性。MT的生物學效應迄今尚未完全闡明，比較明確的是①清除體內自由基，防止機體衰老；②參與體內微量元素代謝和解除重金屬的毒性；③增強機體各種不良狀態(tài)的適應能力；④調控機體生長發(fā)育和細胞代謝。

2 MT在腫瘤細胞組織中的表達異常

腫瘤組織中MT的過度表達在近幾年中開始被人們廣泛關注，人們已經在食管鱗狀細胞癌、腦膠質瘤、大腸癌、乳腺癌、喉癌、子宮內膜癌等多種癌癥中發(fā)現MT呈高水平表達。檢測MT在食管鱗癌中的陽性表達率為70.6%，明顯高于正常食管黏膜上皮。運用免疫組化方法發(fā)現 MT在正常腦組織中沒有陽性表達，而在腦膠質瘤中有較高的表達。有學者在大腸癌組織中也檢測到MT在癌組織中的表達遠遠高于正常腸黏膜組織。國外學者Pastuszewski等發(fā)現MT在喉癌組的表達于對照組比較P＜0.001，在惡性程度較低的腫瘤中明顯增高，但與預后無明顯關系。Mccluggage等發(fā)現MT在卵巢惡性腫瘤中陽性表達率高于良性瘤樣增生組織。以上情況表明MT在腫瘤組織中存在過表達現象，但是并非所有腫瘤組織中MT含量均增加，如學者張樹輝等發(fā)現肝腫瘤中MT陽性表達下調。研究表明在絕大多數腫瘤組織中均有MT含量的變化，說明MT參與了腫瘤的發(fā)生過程。目前認為MT在腫瘤中高表達主要是由于腫瘤細胞內轉錄調節(jié)失控所致。很多實驗表明MT通過對鋅的調節(jié)作用，對腫瘤細胞的增殖產生影響，鋅的總濃度決定了細胞增殖的速度。研究發(fā)現，腫瘤細胞內的鋅是室性分布，細胞核內存在大量的鋅，能夠調節(jié)RNA和DNA的合成，參與體內DNA結合蛋白的合成過程以及多種DNA和RNA聚合的激活過程。因此，MT的過度表達可以影響DNA的復制、基因的轉錄和蛋白質的合成。也有人認為，MT優(yōu)先表達是由組織中的金屬濃度和組織細胞所處生長階段決定的，其作用就是促進細胞的增殖。

MT對腫瘤細胞凋亡的抑制作用，可能是促進腫瘤發(fā)展的又一個重要機制，MT通過清除自由基，抑制自由基作用于DNA鏈所誘導的凋亡，另外MT也通過與鋅的相互作用增強鋅對細胞凋亡的抑制作用。

3 MT與腫瘤臨床病理特征的關系

在哺乳動物中MT的合成主要在肝臟，其次在骨髓和胸腺，在組織再生和發(fā)育過程中MT合成增加，而且其合成具有可誘導性，許多內源性和外源性因素（如重金屬、激素、細胞因子、腫瘤因子、氧化劑、應激等）均可迅速誘導MT合成，其誘導均發(fā)生在轉錄水平，MT在多種腫瘤組織有表達，與腫瘤的臨床病理特征有關系。在絕大多數腫瘤中，MT的表達與腫瘤分化程度呈負相關，病理分化程度越高，MT的陽性表達率越低，這可能隨著腫瘤分級的增高，使鋅貯藏庫逐漸惡化，隨后MT表達減少，但在人腦膠質瘤和膀胱癌中MT高表達與高分化有關，可能由于在不同的腫瘤中存在不同的MT異構體，對腫瘤的生物學行為的影響也不同，其確切的機制尚待進一步闡明。文獻報道MT與淋巴結轉移、臨床分期、浸潤深度有關系，故檢測腫瘤組織中MT的表達，對提示腫瘤患者診斷具有重要意義。

4 MT金屬硫蛋白在機體內雙向調節(jié)作用

在體外細胞培養(yǎng)中，銅離子有直接殺傷癌細胞的作用。殺傷程度與劑量成正向關系。但在正常細胞中，特別是肝臟細胞內，雖然有大量銅的顆粒積累，但觀察不到任何對肝臟細胞的損傷作用?？梢哉f銅離子對癌細胞有殺傷作用，而對正常細胞卻有保護作用。

進一步的研究中發(fā)現，銅離子的這種“驅邪而不傷正”的雙向調節(jié)作用，歸根結底是MT金屬硫蛋白起到了關鍵的作用。當你用銅離子治療小鼠肝癌時，銅離子可以誘導正常的肝細胞合成金屬硫蛋白（MT），它與銅離子鰲合后，使銅離子失去生物活性而儲藏在肝臟內，肝細胞不會受到銅離子的任何損傷。隨著機體的需要，銅再與MT分離，從肝臟內釋放出來，再與血液中的蛋白質結合，運送到各個器官。如此維持著體內銅元素的動態(tài)平衡，保證了體內各種生理功能的所需，起著微量元素的調節(jié)作用。但是在腫瘤細胞內，則是完全不同的現象。由于MT幾乎分布于腫瘤細胞外部，進入腫瘤細胞內的銅離子無法與之鰲合，腫瘤細胞內高濃度的游離狀態(tài)銅離子會拮抗鋅離子，使癌細胞中的生化過程無法進行，發(fā)揮了殺傷癌細胞的作用。

5 MT保護人體正常細胞的同時，降低了腫瘤藥物療效

近年來研究表明，MT可以減少腫瘤藥物（依托泊苷）誘導的肺和肝細胞的細胞凋亡，并且，機體通過Zn和Cu誘導出高水平的MT，抑制細胞凋亡的作用。MT可以限制化療藥物向腫瘤血管周圍的正常細胞擴散，同樣也限制了化療藥物向腫瘤細胞滲透，降低化療藥物的療效。鉑類化療藥物順式和反式結構都可以和MT分子結合，同時置換出其它金屬離子。

研究發(fā)現腫瘤化療中耐藥性問題與細胞內MT表達量增高有關。在乳腺癌的研究中發(fā)現MT解金屬毒、清除自由基的同時，會對抑制腫瘤細胞生長的藥物（他莫昔芬）產生耐藥性，順鉑作為廣泛用于臨床化療惡性腫瘤的藥物，細胞耐藥性將減弱其臨床治療效果，將C3H小鼠接種MBT－2鼠膀胱癌細胞，然后單獨注射順鉑的C3H荷瘤小鼠其MT含量增加了2倍，并產生了明顯的順鉑耐藥性。通過越來越多的實驗證明，MT與腫瘤細胞的耐藥性問題密切相關。

MT可能在保護正常組織細胞的同時，也潛在加速了腫瘤細胞生長：①是MT作為“Zn池”向各種不同轉錄因子提供Zn源，發(fā)揮對癌細胞凋亡的抑制作用；②是MT具有清除自由基的功能，可使腫瘤細胞免受輻射及化療藥物的作用。綜上所述，MT在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中具有重要的作用，檢測MT不僅可以提示腫瘤細胞的增殖活性，還可以提供腫瘤診斷相關的信息，同時還可作為腫瘤化療耐藥性的標志物。MT各亞型在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用尚未闡明，如何利用MT的功能特點逆轉金屬性化療藥物的耐藥性及降低化療藥物的毒副作用，還待深入研究。MT具有廣闊的臨床應用前景，將為腫瘤的早期發(fā)現及腫瘤的預治提供新的方法。

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