金属硫蛋白，及其生物.学功能
吴宗明，张彬，毕小艳
(湖南农业大学动物科技学院，长沙410128)
摘要：金属硫蛋白能够清除体内自由基，缓解动物应激，调控体内微量元素代谢及重金属解毒，调控机体,'
发育.文章介绍了金属硫蛋白的理化性质，主要功能及其应用.'
关键词：金属硫蛋白；动物应激；机体发育一
中图分类号:Q513;Q959文献标志码:A文章编号:1001—0084(2010)04-0008-03 ,
金属硫蛋白(Metall0thioneins,MTs)是一类低
分子量，富含半胱氨酸的金属结合蛋白，与应激及
应激性疾病关系密切，被认为是一种很有效的抗应
激蛋白，其抗应激功能得到了很深入的研究….
MTs的生物学功能主要有清除体内自由基，缓解动
物应激，调控体内微量元素代谢及重金属解毒，调
控机体发育等作用，在医学，农业科学以及食品科
学等领域应用广泛.
1金属硫蛋白概述
1.1金属硫蛋白的理化性质
MTs是一类富含半胱氨酸的低分子量金属结合
蛋白，广泛存在于多种生物体内.MTs的氨基酸序
列是很相似的，哺乳动物的MTs均含有61个氨基
酸，其中38个相同，完全缺乏芳香族氨基酸和组
氨酸，羧基末端都是丙氨酸，且所有这些MTs都
有20个半胱氨酸.
MTs家族包括I,Ⅱ，血,Ⅳ4种亚型，所
有的脊椎动物体内都存在两种或更多的MTs亚型. MTs—I和MTs一11基因在大多数的组织中表达，而
且能被包括金属离子和激素在内的不同化学物理条
件协同诱导.MTs—III和MTs—IV基因只在特殊的
组织中表达.MTs—IlI主要在大脑的神经细胞和星
形细胞，脊索以及生殖系统的器官中表达.MTs一
Ⅳ的表达仅限于特定分化的复层上皮细胞，舌和上
收稿日期:2010—02—04
基金项目：国家自然科学基金资助项目(30671516)
作者简介：吴宗明(1984一)，男，湖北咸丰人，硕士研究生，研究方向为特种经济动物营养与饲料.
通讯作者：教授，博士生导师.
8饲料博览'技术版2010年第4期
消化道.
1.2金属硫蛋白的诱导合成
金属硫蛋白是一种内源性可诱导的蛋白质，能
够被许多因素如重金属，激素等诱导合成.
1.2.1金属诱导MTs合成
许多金属能诱导MTs的合成.金属效应元件
被认为是金属诱导MTs合成的起始DNA序列，具
有金属诱导增强子功能，是转录调控蛋白的识别位
何冰点.机体内预先存在一种或多种金属效应转录因
子，与诱导金属结合后发生变构效应进而与金属效
应转录因子结合，对效应基因进行调控，促发MTs
基因转录【1.重金属(镉，汞等)诱导能力较强,
但是诱导产生的MTs与金属结合很牢固，不易被
其他金属替换，所以生物学功能受限.锰依赖于
IL一6诱导肝脏MTs合成，并且对肝脏无损伤.
砷通过金属活性转录因子一I(MTsF—I)介导应激
信号诱导MTs合成.Zn是目前应用最广的诱导
金属，锌诱导生成的Zn—MTs能被多种金属置换,
在重金属解毒方面起着重要作用，同时结合在MTs 中的zn还能够行使其他生物学功能，因此锌被认
为最安全最有效的MTs诱导剂【71.黎云等发现锌源不同诱导效果也有差异，与硫酸锌相比，日粮中添
加氨基酸锌显着提高了肝脏MTsmRNA基因表达
水平(P<0.05)【引.
1.2.2应激诱导MTs合成
动物的应激可以诱导MTs合成.Beattie等研
究发现，冷暴露可诱导大鼠棕脂肪组织中MTs—
I的合成，表明低温暴露大鼠肝脏，肾脏可诱导合
成金属硫蛋白【.另外，应激反应还能诱导体内氧
化物质的产生，通过免疫调节诱导金属硫蛋白大量
合成.孙玉生等发现，哮喘豚鼠肝，心,.肾，肺组
织及血浆中MTs含量显着增高，可能与哮喘豚鼠
体内氧自由基引起的过氧化损伤有关，说明MTs
含量增高可能也是机体对应激的一种代偿适应性保护反应口ol.同时大量研究发现，辐射，运动，创伤
等也能诱导体内MTs的合成.Hidalgo等研究表
明，在大鼠饥饿或口渴条件下肝脏和心脑等组织中
的MTs含量也增加fl】】.李利根等报道大鼠烫伤后血清锌下降，肝脏锌增加，肝脏MTs合成增多[121. 1.2.3激素和其他因素诱导MTs合成
激素和cAMP可诱导MTs的合成，其都能增
加肝脏MTsmRNA水平，从而引起肝脏MTs合成
的增加『l31.有机硒能够诱导体内大量合成MTs，硒很可能在诱导过程中部分取代了MTs分子中的硫
原子，形成一种与Zn—MTs相似的新型Se—MTs[.
皮质醇能增强细胞内锌吸收，并且由此依次刺激
MTs的表达i51.此外辐射也能诱导MTs的合成,
主要是通过氧化张力，细胞因子，信号传导诱导
MTs合成和mRNA表达『】61.疾病能诱导MTs高表达，但某些病变也能抑制MTs表达.
2金属硫蛋白主要生物学功能及其应用
2.1清除体内自由基，缓解动物应激
正常情况下体内自由基除了参与细胞内重要的
化学反应过程外，还可损伤生物活性分子如蛋白
质,DNA等，从而导致癌症，肝脏损伤，自身免疫
性疾病以及衰老等症状.MTs中还原状态的巯基具
有亲和性，其中的金属具有动力学不稳定性，巯基
的亲和性使得MTs对一些自由基有相互作用.含
不同金属的MTs清除自由基的能力不同，如zn—MTs清除羟自由基的能力比Cd—MTs强，主要是因
为巯基含量不同而导致MTs活性差异.MTs含量
丰富的细胞或组织，可以抵抗电离辐射或紫外线引
起的细胞组织损伤，修复受损细胞【18】.
2.2调节体内微量元素代谢及重金属解毒作用
MTs具有很强的结合各种金属离子的能力，金
属元素大多数是微量元素，所以MTs对体内微量
元素也有调节作用.王佳垫等研究表明，小鼠摄食
低锌饲粮使血浆MTs总量升高，肝脏，肾脏，小
肠MTs总量下降，并且发现正常情况下小鼠血浆,
肝脏，肾脏及小肠中MTs与zn,cu结合的比例不
同，血浆MTs中Zn:Cu是1:3，肝脏和小肠MTs
中Zn:Cu是3:1，说明MTs能调节对Cu和'Zn的
吸收，维持代谢平衡【】91.
非必需重金属元素和过量的必需重金属元素对
动物的生长和发育都是有害的，金属硫蛋白对重金属离子的螯合作用是动物耐受重金属胁迫的一种特定反应机制.研究发现，给予动物重金属(Cd,Zn)
或处理体外培养的细胞，可以增强MTs基因的转录，从而增加了MTs合成速率.若首先给予少量Cd，过一定时间后，再给予大剂量(致死量)的Cd,
动物或其细胞表现出对cd中毒明显的颉颃作用. 丧失了MTs合成能力的哺乳动物细胞对cd中毒高度敏感.但MTs并不是对所有能诱导其合成的金
属都有解毒作用如ACu和Ni都能诱导MTs
的合成，但MTs并不对这些金属有解毒作用[2Ol. 2.3调控机体生长发育与细胞代谢
Nishimura等率先报道了在胎鼠和新生鼠的肝
细胞核中MTs含量高，随后逐渐降低,2周后MTs
则主要集中在胞质中f2】】.Cherian等认为，细胞核中的高MTs含量与转录因子对zn的需求相关，核MTs可能起到保护细胞DNA和防止细胞凋亡的作用[221.许多研究表明,MTs表达量的升高能诱导细胞抗凋亡，而缺乏MTs表达的细胞对细胞凋亡敏感，其作用机制是通过阻止氧化性细胞损伤达到抑制细胞凋亡的作用,MTs含量较低的肝癌组织中凋亡细胞的数目也较多[231.
王毅等研究发现，金属硫蛋白对急性化学性肝
损伤有保护作用，通过抑制或激活相关酶活性，抑
制自由基诱导的肝脏脂质过氧化损伤作用，提高机体清除氧自由基能力，维护细胞膜结构和功能的完整性.有研究发现,MTs的表达对离体供血心肌
间质具有明显的保护作用,MTs对胃黏膜上由幽门螺杆菌引起的胃溃疡有重要保护作用,MTs抑制
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