金属硫蛋白及其生物学功能

李欢

（长治学院，山西长治046011）

金属硫蛋白作为一种金属结合蛋白，通常与应激性疾病有着密切的关系。对于金属硫蛋白的研究重点在于生物学功能的价值研究。针对金属硫蛋白能够有效消除生物内的自由基，有效缓解应激反应，对于微量元素有着调控作用。金属硫蛋白是保守表达的低分子质量蛋白质，其生物学功能与细胞内的锌离子有着最大的相关性。金属硫蛋白能够对抗细胞的应激反应，从而为细胞生理病症进行有效抑制，通过对金属硫蛋白及其生物学功能进行深入的研究，为现代医学肿瘤细胞类疾病提供治疗思路。

1 金属硫蛋白

金属硫蛋白能够为细胞提供稳定的氧化还原环境，实现细胞环境的优化保护。同时硫蛋白降低氧化应激损伤，参与到细胞的调控当中，能够对肿瘤细胞的增殖与分化进行有效限制。在当前的相关研究中可以得知：金属硫蛋白能够在神经疾病、心血管疾病以及新陈代谢疾病上有着很好的调节作用。金属硫蛋白结构为高度保守型，例如哺乳动物的金属硫蛋白主要由六十一到八十一个氨基酸组合形成，未结合金属离子的成为硫蛋白，其本身结构为链状型蛋白质，结构相对稳定性较低，极容易与金属离子结合，进而形成高结构的金属硫蛋白。在现有分类中，其合成影响因素涉及到金属硫蛋白分子重量与结合金属离子的种类。同时也覆盖基因编码、氨基酸等。针对现有的金属硫蛋白的四种亚型号中，所有脊椎动物最少富含两种。其中三型号与四型号存在于特定的组织表达当中，三型号金属硫蛋白为大脑神经细胞与生殖细胞中表达，四型号在舌与消化道上表达[1]。

2 金属硫蛋白合成

在金属硫蛋白的合成中，由于其本身作为可诱导性合成蛋白质。细胞受到重金属与激素诱导，细胞的合成功能借助诱导合成相应的蛋白质，以此结合金属离子。在生物体内进行诱导硫蛋白的合成，主要是金属离子具备的效应元件，被认为金属诱导，金属硫蛋白合成的起始遗传物质序列，具有金属硫蛋白诱导性增强的作用，同时相关研究发现其是转录调控蛋白的识别位点，是金属硫蛋白的遗传物质转录起点。同样在研究中发现重金属镉离子与汞离子的诱导能力较强，并且生成的金属硫蛋白结合牢固，不易被其他金属离子所替换，从而导致生物功能受限。

同样在硫蛋白合成中，锰离子硫蛋白依赖于肝脏的诱导合成，并且对肝脏本身无损伤。砷离子通过金属活性转录因子与应激信号诱导砷离子硫蛋白合成。锌离子作为最重要的诱导金属离子，锌离子在生命中诱导生成的锌离子硫蛋白，能被多种金属置换，因此在重金属解毒方面研究起着决定性作用。同时，结合在金属硫蛋白中的锌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金属硫蛋白诱导。在现有研究中，金属硫蛋白含量的增加往往是机体对现有应激的一种补偿性保护调节机制，从而有效地达到保护调节的作用[2]。

3 结合金属离子性能分析

3.1 锌离子的调节作用

在金属硫蛋白的结合金属离子类型中，锌离子作为必不可少的微量矿物元素。锌离子是生物生长发育、遗传物质合成与免疫系统构建必需的微量矿物元素。锌离子通过对金属硫蛋白与氧化物酶和谷胱甘肽的功能进行调节，以维持细胞膜内外的平衡，从而保护细胞的完整性。锌离子在细胞内的存在，通常作为金属硫蛋白的分子结构，在锌离子与硫蛋白离子之间进行调节流动。例如：金属硫蛋白的高级结构中，包含七个对锌离子具有高亲和力的结合位点，导致细胞质中金属硫蛋白对锌离子进行缓冲和穿梭作用。同样锌离子也能够参与到血单核细胞中，对转运蛋白和金属硫蛋白的基因表达水平进行调节。当细胞内的金属硫蛋白含量过高，需要借助结合锌离子，以此降低细胞锌离子浓度，在细胞内形成负反馈的信号表达，以此调节细胞氧化应激环境[3]。

3.2 铜离子的基因调控作用

在金属硫蛋白结合的金属离子类型中，铜离子作为细胞构成的基本元素，在细胞酶的系统中具备辅助作用。铜离子参与到金属硫蛋白中，能够诱导基因表达产物的表达。例如：金属硫蛋白含有的铜离子，能够有效地抑制细胞癌变基因蛋白质的功能显现。铜离子作为细胞强活性氧的催化剂，能够参与到基因的调控当中，从而抑制线粒体复合物的合成，使得细胞内活性氧的含量增加。金属硫蛋白富含铜离子可能造成细胞微量氧化损伤。在现有的细胞癌变中，针对细胞癌变恶化过程中，铜离子函数的不断增加成为肿瘤细胞转移的限制关键因素，因此，需要适度控制金属硫蛋白的铜离子[4]。

3.3 重金属的解毒作用

在金属硫蛋白的解毒作用中，有毒的重金属，如重金属镉砷和铅汞在生物体内富集，将引起器官损害，间接诱发各种慢性疾病。针对当前日常严峻的环境，重金属污染已成为人类健康威胁。长期处于多种重金属的环境中，肿瘤与癌症等细胞变异类疾病明显提升，因此，重金属诱导硫蛋白的表达增加，导致细胞对毒性重金属产生抗性。在金属硫蛋白的生物学功能上，其重金属解毒作用，主要取决于重金属和硫蛋白之间的亲和力。硫蛋白与有毒金属紧密结合，能够有效消除重金属对大脑、肝、肾等重要器官的损伤，因此，被用于重金属模型当中[5]。

4 生物学功能分析

4.1 消除自由基，对抗应激反应

在金属硫蛋白的生物学功能上，金属硫蛋白能够有效消除自由基，对抗应激反应。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，例如蛋白质与遗传物质等，导致癌症、肝脏损伤、自身免疫性疾病以及衰老等症状出现。含不同金属的金属硫蛋白，清除自由基的能力不同，如金属硫蛋白的锌离子清除羟自由基的能力较强，主要是因为巯基含量不同而导致金属硫蛋白活性差异。硫蛋白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[6]。

4.2 调节与解毒作用

在金属硫蛋白的生物学功能研究中，硫蛋白调节微量元素代谢，实现重金属解毒作用。硫蛋白与金属离子本身具备较强的结合功能，因此，在血液与肝脏上，硫蛋白能够有效地对锌离子与铜离子进行吸收，从而维持微量元素的新陈代谢平衡。其优化的实际步骤主要为：先给予少量重金属，在一定时间的适应后，再给予其大剂量反应，此时细胞表现出对重金属明显的抵抗作用。金蛋白的转录表达，对离体供血心肌间质起着保护作用，硫蛋白对胃黏膜上由幽门螺杆菌引起的胃溃疡发挥着保护作用，硫蛋白抑制由高脂肪肝引起的心肌收缩障碍，从而在恶性肿瘤细胞上有着较好的抑制，与硫蛋白参与机体抑制肿瘤细胞有着密切关系[8]。

5 金属硫蛋白在重大疾病的应用价值

5.1 金属硫蛋白对糖尿病延缓作用

金属硫蛋白在重大疾病的应用价值，在于金属硫蛋白的心血管保护功能，能够为糖尿病的延缓与改善发挥着重要的作用。由于金属硫蛋白作为抗氧化剂，能够在高血压、糖尿病等疾病上发挥着优异作用。在糖尿病中，由于细胞内自由基产生增加，导致糖尿病与胰岛细胞氧化应激存在着密切的关联性。同样硫蛋白作为胰岛细胞内抗氧化重要的蛋白质，通过硫蛋白的参与，能够有效减少胰岛细胞诱导的氧化应激，从而在糖尿病的预防上发挥着重要的作用。

5.2 新型诊断试剂与治疗药物的开发

在金属硫蛋白在重大疾病的应用中，有助于新型诊断试剂与治疗药物的开发。金属硫蛋白作为稳态分子与金属离子结合，可以让体内一些必需金属离子得到代谢平衡，以此实现重金属解毒的作用。 同样硫蛋白能够对抗线粒体、内质网、溶酶体的应激反应，以及抑制生物膜脂质过氧化损伤，实现细胞内的氧化还原环境的调控，从而维持细胞内环境的稳定。对于硫蛋白作用的生物性机制研究，为肿瘤等疾病的发生与治疗提供新思路，并基于金属离子硫蛋白作用的特异性，开发新型的诊断试剂和治疗药物。

6 结语

由此可见，在金属硫蛋白的深入研究上，需要针对其本身的生物学功能，加强其在新陈代谢的调节作用以及微量元素调控和重金属解毒上的作用，有助于金属硫蛋白产品的开采，从而为医学领域发展提供保障。同样由于金属离子的硫蛋白在抗氧化与肿瘤病变上具备阻碍作用，能够有效降低癌症细胞的抗药性，同时也能够为肿瘤治疗创设新途径，从而为现代医学肿瘤与重大疾病治疗提供新方向。