金属硫蛋白与肿瘤

　　自从1957年Margoshe和Valle从蓄积镉的器官马肾中分离出该物质以来，至今已有四十年的历史了。以往的研究多集中于金属硫蛋白(MT)基因的组成、诱导、结构与功能及金属结合位点的研究［1］。近年来人们将注意力转向研究MT在疾病的发生和治疗过程中的作用，其中最受关注的是MT与肿瘤的关系。

　　1　MT减轻抗肿瘤药物毒副作用的可能性研究

　　人们在对MT的结构和功能进行研究时发现，MT具有金属结合特性和清除自由基的功能。能否运用MT的这一特殊功能来人为地控制MT的水平，达到既能提高MT对正常组织的保护性又能减轻抗肿瘤药物的毒副作用的目的呢?为此人们进行了大量的研究工作。第一位用动物试验显示出MT抗顺铂毒副作用的工作者是Naganuma,他在给小鼠注射顺铂(35μmol/kg)前24小时，分别给小鼠一次性注射Cu、Hg、Bi、Cd、Ni及Co，观察给药后小鼠的生存情况。结果发现，显著地降低了顺铂的致死毒性。Yukihiro的研究结果表明：预先用硝酸铋诱导MT，肾中MT的含量与顺铂造成荷瘤小鼠肾损伤情况呈负相关性，与铂的浓度呈正相关［2］。他认为铋抗顺铂肾毒性作用可能是MT与铂结合，使肾脏中铂的浓度下降，从而阻止了游离铂对细胞的毒作用。又有研究表明：高锌饮食能够明显地抑制一种顺铂类似物对实验动物的血液毒作用，同时对药物治疗脑部肿瘤的效果未见显著影响［3］。用PPG(Propagylglycine,PPG丙炔甘氨酸)抑制小鼠体内MT的合成，研究MT在肿瘤治疗中的作用。发现MT能明显地减轻顺铂对小鼠肾脏的毒性作用，同时对顺铂的疗效未产生影响。Satoh M给荷瘤小鼠皮下注射ZnSO4(200μmol/kg)也得到了相同的结论［4］。

　　从上述的研究结果可以看出：MT在保护细胞防止亲电性物质—顺铂对细胞的损伤过程中起重要作用。然而，MT的保护细胞的作用机制还不十分清楚，而且就MT在抗肿瘤药物副作用方面的作用还存在着争议。有人经口给大鼠锌(5～30mg/kg)，结果大鼠肝、肾组织中MT的浓度增加了2倍，但对顺铂造成的急性肾损伤无任何保护作用［5］。Robert等人用MT过度表达的转基因小鼠研究MT对阿霉素致心肌损伤副作用的影响［6］，结果表明心肌中高浓度的MT对阿霉素致心肌急性损伤未见保护作用。作者强调，实验中转基因小鼠心肌组织中MT的含量较对照高3倍，而人类心肌组织中MT的含量(如用硝酸铋诱导)不可能达到此浓度。所以用诱导MT的方法防止阿霉素致心肌的损伤作用的可能性，有待于进一步研究。

　　有限的资料表明：预先给患有卵巢癌、泌尿系统肿瘤的病人口服不同剂量的硝酸铋，能明显地降低顺铂对肾脏的毒副作用。但对疗效的影响还有待于进一步观察。目前，临床上使用利尿剂来减少顺铂对肾脏的毒副作用。由于大量脱水，易给病人带来心衰的危险。所以深入研究MT抗顺铂毒副作用是急不可待的事情。

　　2　MT在癌症发生过程中的作用

　　已知一些抗肿瘤药物能影响肿瘤细胞DNA的复制过程，同时对正常细胞DNA也有损伤作用，使得这些药物除治疗作用外还表现出致突变性和致癌性。因此随着肿瘤放、化疗应用的增多，继发性肿瘤屡见不鲜。如放疗能引发Hodykin病患者血癌及其他部位的肿瘤。令人可喜的是，Ippei Nakagawa等人研究发现，预先给小鼠腹腔注射次硝酸铋(50μmol/kg)、ZnCl2(400μmol/kg)能诱导骨髓MT。当MT的水平较对照增加2～3.5倍时，MT明显地抑制了阿霉素、顺铂、环磷酰胺、苯丙酸氮芥等抗肿瘤药物诱导的小鼠骨髓细胞微核的形成［7］。研究者认为上述抗肿瘤药物能在体内产生大量的自由基，自由基除作用于肿瘤细胞外，对正常细胞造成损伤。他们对小鼠体内MT及谷胱甘肽含量、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶及谷胱甘肽过氧化物酶的活性进行了检测，发现除MT含量发生了变化外，上述其他指标均未发生改变。因此将金属化合物的抗微核作用归结为MT对自由基的清除作用，并且认为MT抗微核形成作用表明MT很可能具有对抗上述物质的致癌作用。Ekaterina等人用高表达MT的转基因细胞系G12研究发现，MT表达的高低与细菌自发回变能力成反比［8］。

　　已知大部分烷化剂对实验性动物具有致癌性。某些金属化合物具有诱导MT、抑制微核形成、抑制突变等结果，从而导致人们研究MT的抗致癌作用。Kagimoto等报道［9］，预先给予小鼠硝酸铋，能防止r-射线诱导的小鼠甲状腺肿瘤的发生。Satoh的研究结果显示，在特定组织中诱导MT能明显地抑制顺铂、苯丁酸氮芥等抗癌剂诱发的继发肿瘤，MT对抗癌剂的疗效未见显著影响［10］。Michael在研究镉的致癌作用中［11］，偶尔发现了镉的抗癌作用，他给B6G3F1小鼠口服氯化镉，研究镉对亚硝基二乙胺的促肿瘤作用的影响，结果与所设想的相反：不论采用何种染镉途经和顺序，镉均可抑制亚硝基二乙胺致小鼠肝、肺组织肿瘤的形成。甚至在肿瘤发生后给镉，对肿瘤也有抑制作用。用一次性注射氯化镉也得到相同结果。对小鼠正常组织和肿瘤组织中MT进行检测发现，正常组织中MT含量很高，肿瘤组织中MT低表达，而且镉对正常组织未造成可见性损伤。因此，镉能够选择性地作用于肿瘤细胞。研究者认为，镉的抗癌作用与MT密不可分。由于MT对各种刺激所引起的细胞毒性都具有明显的抑制作用，使正常细胞对抗细胞内外毒素的耐受力增强，避免正常组织受致癌剂的破坏。其它研究表明发生转化的肝细胞，肺细胞MT的基础合成量明显减少，MT基因也极少表达，所以已转化的细胞对镉的细胞毒性高度敏感似乎起因于MT基因活性的降低。从以上的结果来看，某些金属氧化物诱导的MT的抗肿瘤作用的研究还处于萌芽阶段，如能从理论上和实践中充分证实MT在作为癌症化疗辅助治疗手段的同时又具有预防肿瘤发生的作用，必将产生重大的社会效益和经济效益。

　　3　MT在致癌过程中的作用

　　人们对MT在致癌过程中的作用的研究源于对肿瘤组织标本中MT的检测结果。Cherian和他的同事对34例人甲状腺肿瘤蜡块标本进行研究发现，31例标本MT表达阳性。而正常人甲状腺组织中只有20%MT呈阳性。免疫组织化学方法还揭示：在人睾丸癌、膀胱癌、乳腺癌及大肠癌中，也有MT出现。因此人们推测MT在致癌过程中可能发挥作用。

　　从动物实验的研究结果来看，荷瘤鼠肿瘤的生长依赖于肝中Zn+和MT水平的增加，研究者认为Zn+、MT的增加可作为癌症早期诊断的指标。Kloth DM等人［12］的实验结果与上述结果相一致。他们将人膀胱癌株移入小鼠体内，移植瘤对小鼠肝MT的含量具有明显的诱导作用，与小鼠肝细胞血浆中MT的含量呈正比。当将肿瘤切除后，小鼠体内MT立即恢复至正常水平。在亚硝基化合物和3-甲基胆蒽诱导的金黄地鼠胰腺肿瘤和肝癌的实验中，在致癌物发生作用的早期，胰腺和肝中就存在MT持续升高的现象。在小鼠转移性肺癌模型中，肺组织MT含量也持续稳定在较高水平。而在胰腺炎的动物模型中，炎症对MT也有诱导作用，所不的是，后者的增加是短暂的，非持续性的［13］。研究者认为，在致癌过程中，MT的持续增高与机体的应激状态对肝MT的诱导有关。

　　目前就MT的含量及表达量增加的意义和功能并不十分清楚。由于在肿瘤的发生和生长过程中，肿瘤组织在不间断地从宿主汲取营养成份的同时，还释放各种能诱导MT产生的细胞因子。同时，不断增大的肿瘤组织对周围组织和器官的挤压作用也使机体处于应激状态，从而使体内MT含量发生变化。目前还无直接证据证明MT与癌症的发生有直接关系，但至少已证明MT参与了癌症的发生过程。

　　4　MT与肿瘤细胞获得性耐药性的关系

　　在肿瘤化疗过程中，肿瘤细胞的耐药性问题是肿瘤化疗失败的重要原因。MT具有亲核性。人们在研究中发现，对亲电性抗癌药物产生耐药性的细胞中MT表达增高，由此开展了MT与肿瘤耐药性关系的探索。

　　人们首先采用细胞培养法研究MT与肿瘤细胞抗药性问题。Marton用编码MTI基因质粒转染NIH3T3细胞，细胞对顺铂的敏感性发生了变化［14］。Kora检测了转染小鼠MTcDNA的5个克隆，发现其中四个克隆比未转染MT克隆对顺铂更加敏感［15］。并且转染以后的MT高表达使CHO克隆形成率下降。从上述研究结果无法得出MT与细胞耐药性的直接关系。正如George阐述的那样：肿瘤细胞致死率依进入细胞中顺铂的实际剂量、顺铂与DNA发生结合反应的强度以及细胞对顺铂造成的损伤的修复作用的强弱等因素而变［16］。同时顺铂与细胞内的MT、谷胱甘肽或其他硫醇类化合物发生反应，又一次分割了顺铂在细胞内的毒性作用。由于顺铂进入细胞内发生了上述反应，单一的MT不可能对抗性起决定作用，但一些已知调节剂对已被普遍认为能对抗性表型产生影响的这些因子均无调节作用。这提示还可能存在另外一些抗性机理。

　　研究者发现，凡能诱导MT的因素(如白细胞介素Ⅰ、金属盐化合物、地塞米松等)均能使肿瘤细胞对顺铂的抗药性增强，同时对阿霉素、苯丙酸氮芥出现交叉抗性［17］。用基因敲除的鼠胚成纤维细胞证实内源性MT直接影响细胞对吗呋啉、争光霉素等药物的抗药性。MTI、MTII不表达的肿瘤细胞对上述抗肿瘤药物敏感性极强，而MT高表达的肿瘤细胞呈现抗药性［18］。用MT合成抑制剂的PPG抑制荷人膀胱癌移植瘤小鼠体内MT的合成，当MT的合成量减少时，顺铂、阿霉素的治疗指数明显上升。对MT在细胞内分布研究表明：细胞内MT的分布具有细胞特异性，细胞抗药性与细胞核内MT密不可分。

　　Monden等人对消化道肿瘤病人的病理标本中MT、GST-Pi、及P糖蛋白的表达与病人的转归进行了研究。结果表明：药物的疗效与上述三种蛋白的高效表达成反比［19］。将MT在肾癌组织中的表达与肿瘤临床病理分型及患者的实际病情联合观察结果显示：MT的表达与肿瘤分化程度成负相关。低分化肿瘤细胞中MT高表达。揭示MT可能在肿瘤生长分化中起作用［20］。

　　有人提出MT是细胞抗药性和细胞内金属自稳定的调节剂。MT与小鼠黑色素瘤细胞作用4小时后，细胞对顺铂的抗性增强。将MT基因转染到CHO细胞中，MT高表达，细胞对镉的抗性也增加；若将反义链转染到细胞中，则MT低表达，细胞对镉的抗性下降，但对电力辐射和氨甲喋呤的抗性未发生改变。令人感兴趣的是与对照相比，凡表达外源性MT基因的细胞对顺铂和甲基亚硝基胍的抗性均有所下降；MT与肿瘤有密切关系，转染内源性MT基因的细胞对顺铂抗性呈良好的正相关，与甲基亚硝基胍呈负相关。MT对顺铂、甲基亚硝基胍抗性的调节作用可能与物质的毒性有关。在无毒剂的作用下，外源性MT基因高表达，集落形成能力下降，但细胞生长率未发生改变；转染反义MT基因导致人单核细胞MT低表达，消除脂多糖引发的呼吸爆发。揭示MT可能参与细胞自稳态过程。由于MT表达的高低能影响细胞的生存能力，所以MT能稳定细胞正常功能。当这种稳定功能受到干扰时，细胞出现不同的抗药性［16］。

　　从上述的研究成果来看，虽然有些问题还处于有争议之中，但MT与肿瘤的相关性已经得到人们的普遍认可。