金屬硫蛋白與肺癌發(fā)病的研究進(jìn)展

趙 聞(綜述)，楊紹軍(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院心胸外科，昆明 650101)

肺癌發(fā)病率的增高成為了全球關(guān)注的問題，研究顯示腫瘤細(xì)胞中金屬硫蛋白(metallothioneins，MT)水平高于正常，對(duì)腫瘤的侵襲性、惡化、轉(zhuǎn)移、預(yù)后有影響[1]。MT在維持鋅和銅的穩(wěn)定以及清除自由基抗氧化、細(xì)胞代謝和生長發(fā)育中發(fā)揮作用，并參與應(yīng)激反應(yīng)。MT家族包括MT-Ⅰ、MT-Ⅱ、MT-Ⅲ、MT-Ⅳ，廣泛存在于人體中[2]。MT-Ⅰ和MT-Ⅱ在人和動(dòng)物中分布比例較大，MT-Ⅲ主要分布于神經(jīng)系統(tǒng)，MT-Ⅳ主要位于含有角質(zhì)細(xì)胞和復(fù)層鱗狀上皮細(xì)胞的器官中。氧化應(yīng)激反應(yīng)、激素、金屬離子、細(xì)胞因子及理化因素應(yīng)激在轉(zhuǎn)錄水平上誘導(dǎo)MT表達(dá)[3]。MT高度表達(dá)將促進(jìn)細(xì)胞增殖、有毒金屬清除能力下降，使金屬毒素在體內(nèi)水平過高而引起細(xì)胞及DNA的損傷、突變，類固醇激素受MT刺激過度分泌，引起激素水平增高，誘發(fā)相關(guān)疾病的發(fā)生。

1 MT在腫瘤發(fā)生過程中的作用機(jī)制

1.1低氧環(huán)境誘導(dǎo)MT增多 在腫瘤的進(jìn)展中，由于腫瘤的增長迅速，腫瘤內(nèi)新生毛細(xì)血管對(duì)腫瘤的供血不足以致局部缺氧，細(xì)胞對(duì)缺氧的反應(yīng)主要是由低氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)來調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)HIF-1α的表達(dá)，被上調(diào)的HIF-1α可保護(hù)腫瘤細(xì)胞和新生血管?；罨腍IF-1能分解纖維母細(xì)胞中的微囊蛋白1，阻礙鄰近腫瘤細(xì)胞的凋亡，增加腫瘤侵襲的可能。在癌組織中，HIF-1能上調(diào)MT的表達(dá)，MT的生物學(xué)功能不僅在于清除氧自由基和重金屬，對(duì)癌細(xì)胞生長和增殖方面的調(diào)控也發(fā)揮著極大作用，MT的發(fā)現(xiàn)為腫瘤的診斷和治療提供了新的方法和理念。首先，HIF-1的上調(diào)受低氧調(diào)控，上調(diào)的HIF-1進(jìn)而刺激Slug上調(diào)；其次，Slug下調(diào)上皮鈣黏素的表達(dá)，上皮鈣黏素能阻止腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)灶的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制因子，Slug結(jié)合上皮鈣黏素上螺旋-環(huán)-螺旋蛋白轉(zhuǎn)錄因子家族的結(jié)合位點(diǎn)下調(diào)上皮鈣黏素，促進(jìn)腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移[4]。低氧環(huán)境能誘導(dǎo)MT表達(dá)，HIF-1是低氧誘導(dǎo)MT的必需物質(zhì)，MT能增加HIF-1的穩(wěn)定性，兩者之間表現(xiàn)出互相促進(jìn)作用[5]。Slug是一種鋅轉(zhuǎn)錄因子，而MT能與細(xì)胞內(nèi)多種含鋅蛋白和轉(zhuǎn)錄因子在空間上相互作用，提示低氧誘導(dǎo)產(chǎn)生的MT為Slug提供Zn2+，上調(diào)Slug的轉(zhuǎn)錄活性，上調(diào)的Slug使得抑制癌轉(zhuǎn)移能力下降。

1.2MT-3和p53對(duì)腫瘤的影響 在正常狀態(tài)下，MT-3的主要生物學(xué)功能是參與Zn2+的貯存，維持機(jī)體的平衡。腫瘤引起 MT-3的過表達(dá)，大量的MT游離在細(xì)胞外，游離的MT可以奪去Zn2+，導(dǎo)致鋅DNA結(jié)合蛋白以及轉(zhuǎn)錄因子和眾多需鋅蛋白中的Zn2+水平下降，使其表達(dá)下調(diào)，從而影響細(xì)胞的正常生長分化[6-7]。p53基因與特異的DNA結(jié)合需Zn2+輔助才能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，而游離MT奪去Zn2+后使其處于缺Zn狀態(tài)，導(dǎo)致上述反應(yīng)無法進(jìn)行，p53的調(diào)節(jié)活性喪失，從而失去抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展及惡化的作用，加重了腫瘤患者的負(fù)擔(dān)[8]。腫瘤的進(jìn)展同時(shí)促進(jìn)p53和MT-3的過度表達(dá)，并且發(fā)現(xiàn)p53和MT-3的相互促進(jìn)能力能有效起到抗腫瘤作用，其原因是：①腫瘤的增殖刺激p53使其發(fā)揮抑癌作用，保護(hù)機(jī)體，同時(shí)大量表達(dá)的p53進(jìn)一步刺激MT-3表達(dá)，使其調(diào)節(jié)體內(nèi)Zn2+參與p53的抑制腫瘤作用；②MT-3同樣具有抑制細(xì)胞生長的作用。MT-3和p53的相互調(diào)節(jié)，腫瘤的進(jìn)展處于可控制范圍內(nèi)；隨著腫瘤的進(jìn)一步發(fā)展，兩者的保護(hù)作用減弱，使得腫瘤發(fā)展加快，進(jìn)入無法控制的狀態(tài)。

2 MT與肺癌的相關(guān)性

吸煙是引起肺癌的主要危險(xiǎn)因素之一，吸煙者肺癌發(fā)病率和并發(fā)癥顯著高于非吸煙者，煙草中的大量化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)參與腫瘤的進(jìn)程。吸煙能產(chǎn)生大量自由基。研究證實(shí)，自由基在多種原因誘發(fā)肺癌的過程中起重要作用，肺癌患者人體內(nèi)自由基的生成多于正常人群，很多致癌物質(zhì)本身并無致癌作用，而是在體內(nèi)通過代謝產(chǎn)生自由基才出現(xiàn)致癌性，吸煙時(shí)呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量氧自由基，特別是羥自由基，是引起DNA損傷的一個(gè)重要因素[9-10]。Zowczak等[11]研究發(fā)現(xiàn)，肺癌患者Zn2+水平顯著低于對(duì)照組。劉俊等[12]對(duì)肺腺癌細(xì)胞系A(chǔ)549、肺支氣管上皮、肺巨細(xì)胞癌細(xì)胞進(jìn)行免疫細(xì)胞化學(xué)方法檢測(cè)MT，結(jié)果顯示，MT在非小細(xì)胞肺癌的轉(zhuǎn)移起促進(jìn)作用，作用區(qū)位于胞質(zhì)。Werynska等[6]通過研究MT-Ⅲ與肺癌的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，腫瘤的惡性程度與細(xì)胞核MT-Ⅲ的表達(dá)呈反比。Zn2+具有細(xì)胞生長保護(hù)作用，特別是在腫瘤細(xì)胞，同時(shí)Zn2+參與細(xì)胞分化、激活和凋亡，是DNA復(fù)制及RNA轉(zhuǎn)錄的重要輔助因子[13-14]。綜合以上研究可以推測(cè)，各種損害因素刺激人體，引起大量氧自由基在人體內(nèi)產(chǎn)生，改變機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，引起MT的過度表達(dá)，而MT抗氧化需要與Zn2+的結(jié)合才能發(fā)揮抗氧化作用，例如大量的MT參與清除氧自由基反應(yīng)，降低氧自由基中的羥自由基對(duì)DNA損傷；另外，抑癌基因p53發(fā)揮抑癌作用。肺癌患者因?yàn)閆n2+水平低于正常，MT與Zn2+結(jié)合少，以致清除內(nèi)毒素能力降低，引發(fā)炎性反應(yīng)。炎性因子、重金屬毒素、氧自由基增多導(dǎo)致肺免疫防御被破壞，免疫監(jiān)視功能失活，DNA的突變，最終引起肺支氣管上皮細(xì)胞惡變。正常MT在人體細(xì)胞核上表達(dá)，參與人體內(nèi)有害物質(zhì)的清除和協(xié)同人體自身免疫功能起到保護(hù)作用，但肺癌MT的表達(dá)出現(xiàn)在胞質(zhì)內(nèi)，MT的保護(hù)功能失去作用，p53的失活以及DNA損傷加重了肺癌的進(jìn)展。肺癌快速增長過程中容易出現(xiàn)腫瘤細(xì)胞缺氧以及組織壞死等情況，其原因是新生毛細(xì)血管生長不足而影響血流供應(yīng)并且導(dǎo)致缺氧，由于缺氧能使多種基因上調(diào)，包括血管內(nèi)皮生長因子，其通過與其受體結(jié)合，激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路和分裂原抑制劑/蛋白激酶信號(hào)通路，改變血管內(nèi)環(huán)境，刺激腎上腺釋放兒茶酚胺，收縮外周血管。有報(bào)道顯示，MT表達(dá)增加與這類因子有關(guān)，促進(jìn)腫瘤內(nèi)新生血管生成[15]。

3 MT與肺癌預(yù)后

3.1MT與肺癌獲得耐藥性的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)，MT處在高水平的患者在使用親電性化療藥物(主要是鉑類)后耐藥性明顯增強(qiáng)，其原因可能為修復(fù)了腫瘤DNA[16-17]。MT與腫瘤的耐藥性不僅局限于此，MT還可清除體內(nèi)一些微量元素，如鉑類化療藥物順鉑，MT清除鉑等微量元素后使化療藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的DNA不起作用，且腫瘤細(xì)胞死亡的數(shù)量并沒有增多[18]。腫瘤細(xì)胞耐藥性與生長因子有關(guān)，研究顯示，生長因子可抑制腫瘤相關(guān)抑癌酶和蛋白，阻礙其表達(dá)[19]。MT具有保護(hù)細(xì)胞膜的作用，在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中，血管細(xì)胞膜的通透性降低，阻礙了化療藥物對(duì)周圍血管細(xì)胞的擴(kuò)散作用，使治療效果降低。

3.2高表達(dá)MT與肺癌生存率的關(guān)系 腫瘤組織的分化程度和預(yù)后與MT水平密切相關(guān)。Mao等[19]在研究肺腫瘤時(shí)發(fā)現(xiàn)，MT在癌組織中表達(dá)高于良性病變，并且與肺癌的分化、年齡、患者的預(yù)后有關(guān)。MT表達(dá)的患者生存期顯著短于不表達(dá)者，而且MT表達(dá)與性別、組織學(xué)類型、TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與否均無關(guān)。多數(shù)報(bào)道認(rèn)為，MT表達(dá)與生存情況呈負(fù)相關(guān)，其具體原因尚不清楚，可能為環(huán)境和生活狀態(tài)的改變所致[20-21]。

4 展 望

肺癌的病死率超過其他腫瘤，對(duì)肺癌的研究也日漸頻繁。MT表達(dá)水平的上調(diào)受多種因素調(diào)控，如氧自由基的增多、應(yīng)激反應(yīng)和腫瘤的發(fā)生等，對(duì)于其作用機(jī)制也逐漸明朗。MT的表達(dá)對(duì)腫瘤來說是一個(gè)早期表現(xiàn)，并且MT清除一些微量元素的作用對(duì)含金屬化療藥物是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，今后的化療藥物將繞過MT清除作用直接作用于腫瘤，提高患者生存率。目前，我國尚無相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的估計(jì)，對(duì)患者來說也缺少一部分病情資料，未來對(duì)MT的關(guān)注將會(huì)越來越高，而相應(yīng)的設(shè)備和措施也會(huì)逐步完善。MT的發(fā)現(xiàn)給患者以及醫(yī)療工作者帶來了希望。

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