金属硫蛋白基本知识

金属硫蛋白

1、MT命名及定义

根据与 MT结合的金属的不同，对只舍一种金属，例如 Cd或 Cu等，可分别定名为镉金属硫蛋白或铜金属碗蛋白等；还可根据结合金属的摩尔含量写成

Cd

7–MT、Zn

7

–MT等 (表示每分子结合7个分子Cd或Zn)。对于含一种以上金属，

如同时含 Cd和Zn时，可写成Cd，Zn-MT。对其分子结构上的差别，可用罗马数字和小写字母标出，例如MT-Ⅱ、MT-Ⅰ、MT-Ⅱ

a

等。

经典MT定义：根据金属硫蛋白命名委员会（Thecommitteeon the Nomenclature of Metallothionein）的建议，1988年，Kagi将具有以下特征的蛋白质或多肽定义为MT（Kagi & Schaffer, 1988）。

1.低分子量，一般为6,000－7,000道尔顿，含60-63个氨基酸残基；

2.高金属含量，每分子蛋白质可结合7个二价金属离子，或多至18个一价金属离子；

3.特有的氨基酸组成，无芳香族氨基酸及组氨酸；

4.富含Cys残基(约23-33%)，无二硫键；特征的氨基酸序列，Cys残基在氨基酸序列中占据相当保守的位置；

5.所有的Cys残基均以还原态存在；并通过巯基以硫酯键结合金属离子；从而具有金属巯基化合物的特征吸收光谱。

实际上，这只是对经典MT的一个定义。现在MT家族所包括的成员远远超出以上定义的范围。

※ Cys半胱氨酸

2、MT的分类

1.1 根据 MT的结构差异，一般将其分3类

第1类：MT的氨基酸序列中的半胱氨酸位置与最先从马肾中分离的 MT的氨基酸序列中的半胱氨酸位置紧密相关的多肽。所有哺乳动物的 MT都属于这一类。其它来源的 MT只要其基本结构与哺乳动物的MT相似亦归这一类。

第2类：MT氨基酸序列结构中的半胱氨酸位置与马肾 MT关系较远，与哺乳动物 MT没有或很少有相似的进化关系。如酿酒酵母和某些高等植物的 MT属于这一类。

第 3类：非典型的 MT。是一类由非转译合成的金属硫醇盐多肽，由γ-谷氨酰半胱氨酰基单元组成。这类MT主要来源于真核微生物，常称之为类 MT。依据它们之间的差异，又可分为4种类 MT：

第一类：含大量的酸性氨基酸残基，天冬氨酸含量大于 14％，谷氨酸含量大于18％，这类 MT仅被Cu、Ag诱导。

第二类：它们由同样的肽基亚单位构成，基本结构为γ-谷氨酰肽或称(γ

-EC)

n G 或 (γ-Glu-Cys)

n

-Gly。

第三类: MT不舍芳香族氨基酸，分子量为9～9.5kD。

第四类：MT的分子量为 7kD，具有重复 Cys-Xaa- Cys多肽序列的二分子。

※巯(qiu)基-有机化合物中含硫和氢的基，通式为-SH

3、金属硫蛋白的诱导

用于诱导MT试验的动物很广泛。小鼠因其来源广、价廉常被用来做诱导 MT 试验。此外，田晓光等利用舍蝇幼虫提取了金属硫蛋白，发现每克舍蝇幼虫中约含金属硫蛋白0.8 mg，此结果显示，舍蝇可以用于提取金属硫蛋白。郭祥学等用锌诱导蓝藻也成功分离出了类金属硫蛋白。而兔子因具有来源广、价廉、易饲养、MT产率高等优点而常用于MT制备的诱导，其中尤以青紫兰家兔因其耐受性强而广泛应用。目前，诱导金属硫蛋白有如下几种方法：金属诱导、激素与应激诱导、在疾病状态下诱导等。

⑴金属诱导 MT。许多金属如 Cu、Ag、Au、Zn、H g、Cd、C0、Ni、Al等均能诱导MT的合成。大量研究表明，动物注射金属诱导后，其肝、肾、脾、肠等器官内MT的含量增加。Cd、Hg诱导金属硫蛋白的能力较强，而Zn稍弱。余美祥等给家兔注射CdC1，在肝脏中提取MT得到了良好的结果。但Cd对生物体有害，而去掉Cd的方法复杂，故此元素的应用受到一定的限制。目前的医药试验是通过直接注射ZnSO 诱导 MT合成，所得 MT完全是Zn—MT。郝守进等发现外源性的Zn诱导兔肝金属硫蛋白含量显著提高。

⑵激素与应激对MT的诱导。肝脏是 MT表达的主要场所。给兔注射激素，如糖皮质激素、胰高血糖素、肾上腺素等均能增加兔肝MT mRNA水平，从而使肝脏中MT合成增加。此外，各种生理、病理或心理应激状态，以及炎症因子、机体的应激状态也能增加兔肝 MT mRNA的转录，同时伴有血浆中Zn 浓度的下降。

目前，已有试验发现，应激能激活下丘脑一垂体肾上腺轴，引起糖皮质激素和儿茶酚胺的增加。这些物质能调节组织中(包含它们的感受器1不同目标基因的表达。而肾上腺轴被激活后，对提高 MT-I和 MT-1I基因表达至关重要。同时有些数据分析表明，面对抑制性心理应激，组织通过增加 MT-I和 MT-Ⅱ基因的表达，能有效抵抗应激的有害影响。

⑶疾病状态下诱导 MT。通过由增殖性因素刺激皮肤。对正常皮肤增生的表皮组织及增生的病损皮肤区域染色，发现 MT mRNA表达增加，这表明MT在表皮角质细胞的增生过程中发挥作用。另有试验发现，在皮肤伤处于早期急性阶段的细胞中MT mRNA表达增加。兔的外科手术中发现，随着局部使用氧化锌、氯化镉、硝酸银后，会出现局部 Zn浓度的积聚和伤口边缘基质细胞 MT的释放，使用氧化锌、硝酸银的兔子和对照组相比伤口愈合较快，这一点也给临床药物开发提供了潜在的治疗价值。肿瘤组织、癌组织和患有心血管系统疾病及中枢神经系统(CNS)疾病的动物组织中MT的含量普遍提高，目前在国外已有试验试图通过疾病提取诱导 MT，但试验方法有待于进一步优化，这将为以后人们对硫蛋白的提取提供新的思路。

⑷转基因诱导表达 MT。有人把结合重金属离子能力很强的小鼠 MT-I基因(mMT-I cDNA)与蓝藻类金属硫蛋白基因启动子(smtO-P)构成金属调控单元，导入

聚胞藻 PCC6803中进行金属诱导表达和纯化 mMT-I。在做小批量锌诱导表达和纯化了外源蛋白后，检测了转基因对于提高蓝藻金属离子耐受能力的作用，这为基因工程制药进行了有益的研究与探索。张晓钰等用另一个α结构域取代金属硫蛋白的β结构域，得到金属硫蛋白αα突变体后，再使这个突变体αα-cDNA在烟草中表达，发现αα-cDNA在烟草根部的表达强于叶部，同时，转基因烟草对Cd+抗性提高。而人们应用此方法对于兔肝中金属硫蛋白的提取尚在探索之中。

4、MT的分离纯化

分离纯化MT的常用方法是凝胶过滤和离子交换技术相结合的层析法，微量分离可以采用HPLC法,但是凝胶过滤法不能将MT的不同“亚型”分开。KIaassen 等建立的阴离子交换的HPLC-AAS法可将MT的亚型分开,KIauserdeng建立的反相HPLC法可分离不同来源的MT。此外，也有采用DEAE-Sepharose fast flow 方法分离MT的。这些分离纯化方法有其明显的优点，但也有不足之处，如何建立简便分离纯化MT的方法仍是一个热门课题。

凝胶过滤层析和离子交换层析技术相结合的是最常用的兔肝金属硫蛋白的分离纯化方法。分离纯化的一般流程为：粗分、拆分和脱盐。不同种属、不同组织 MT的分离纯化存在一定的差别，兔肝中常用两次离子交换层析张保林等则利用了MT强热稳定性这一特点，预先对萃取液进行热处理，以除去大部分杂蛋白，从而经一次凝胶分离，一次离子交换拆分得到了高纯度的 MT—I和 MT一Ⅱ，不仅简化了试验过程，也避免了多一次离子交换层析造成的样品损失，提高了回收率。

在对兔肝金属硫蛋白的分离中，微量分离常采用HPLC与阴离子交换的HPLC-AAS法，大量制备MT则增大层析面积即可。另外，也有采用DEAE-Sepharose Fast F1ow凝胶来分离金属硫蛋白，由于该凝胶具有流速快、容量大，而且溶涨体积不受缓冲液离子强度变化影响等优点，所以每次用完后，不需重新装柱。将二价铜离子螯合在 Chelating SepharoseFast Flow凝胶上制成亲和层析柱的方法，锌诱导兔肝和镉诱导小鼠肝经匀浆、乙醇处理后上柱，用pH值4.0的醋酸盐缓冲液平衡，再用 pH值 5.2不同浓度的醋酸盐缓冲液洗脱，可得 MT-I和 MT-II两个洗脱峰，此法比传统的凝胶过滤一离子交换法简单、省时、适于实验室规模分离纯化。

5、MT的检测方法

现有的检测方法都是建立在MT的理化特性以及免疫学特性基础上。可分为以下几类：⑴测定结合金属以计算MT的含量，如镉血红蛋白饱和法和银血红蛋白饱和法；⑵测定SH基以计算MT的含量，主要有微分脉冲极谱法和循环伏安法；

⑶测定蛋白含量：包括免疫学方法，如RIA,ELISA等；还有色谱分析法,如HPLC 和HPLC-AAS法。从方法学上讲，测定组织器官中的的MT含量，首推HPLC-AAS 和血红蛋白饱和法，测定血液的MT含量，选用RIA和ELISA 法为佳。

6、一般理化特性

研究表明不同来源的MT的分子量一般为6500道尔顿, 去除金属后即硫蛋白