第五节　金属硫蛋白

金属硫蛋白（metallothionein，MT）是一组分子量较小（6000～7000u）、半胱氨酸含量较多、易被金属离子等诱导合成的蛋白质。Margoshe等（1957）首次在马的肾组织中发现并分离出MT，以后其他学者又发现MT广泛存在于其他各种生物体内。截至1997年，被发现并确定其分子组成的MT达170余种。MT的生物学功能主要有参与微量元素的代谢、解除重金属的毒性、清除自由基、促进动物的生长发育和抗应激等。

一、应激因子对MT合成的诱导

金属等矿物元素、糖皮质激素等多种因子均可诱导MT的合成，许多应激性因子也能诱导MT的合成，故MT被认为是一种应急性蛋白质。因此，MT必然与应激反应以及应激性疾病有着紧密的联系。

1.环境性应激因子

研究表明，大鼠在低温下肝脏、肾脏可被诱导合成MT。 Beattie等（1996）测定了大鼠在低温下棕色脂肪组织中MT-I基因的表达。试验结果如下：在控制温度6℃ 6h后，棕色脂肪组织（BAT）中MT-mRNA表达量增加；在24h后，大鼠肝、肾中的MT-I含量分别较常温组（25℃）增加3倍和1.4倍，BAT中的MT-I含量增加16倍。由此可见，低温可诱导BAT和肝、肾中MT-I的合成。

Hidalgo等（1990）的试验结果也表明，成年鼠在应激诸如饥饿或口渴等的情况下，其肝、脑和心脏中MT含量都显著地增加。

2.外伤性应激因子

Sasaqaw等（1993）切除了大鼠背部的皮肤，6h后，其肝中MT含量较对照组增加6倍，过氧化物增加2.3倍；创伤24h后，MT则降至正常水平。大鼠剖腹术后肝脏中Zn-MT含量也增加。一般认为MT的合成由激素、生长因子或其他因子等介导。

周志博等（2003）研究发现，老鼠在被烧伤24h后，肝中谷胱甘肽过氧化酶活性增强。程义勇等（1996）在试验中观察到，大鼠在遭遇应激时，其体内5种矿物元素的代谢发生变化。应激反应可使大鼠肝组织中MT水平大幅度提高。这些结表明：MT在动物的应激反应过程中发挥着重要的作用。

3.金属等矿物元素

一些矿物元素制剂对动物组织中MT合成的诱导起着很重要的作用。Kreppel等（1993）给老鼠注射不同剂型的砷制剂，结果表明，注射不同剂型不同剂量的砷制剂时，其肝脏中MT含量显著增加，肾、脾、胃、小肠、心脏和肺中的MT含量也都增加。当被敲除MT基因后，动物对氧化应激以及对有毒重金属的敏感性显著增强。李丽立等（2004）的试验表明，高剂量的锌制剂可诱导杜×长×大三元杂交猪肝内大量合成MT。基于MT指标，锌在饲粮中的最适添加量为330mg/kg。在对家兔的诱导试验中也得到了类似的结果：兔肉、血浆、肝、肾、肺和小肠中的MT含量显著地多于对照组（P＜0.05）；小肠中MT含量增幅最大；兔肝中MT含量最高，达到5.42mg/g。张建鹏等（2003）和柴春彦等（2002）的试验结果都表明，剂量相同时，锌诱导MT合成的效果比铁和铜好，但比镉和银诱导MT合成的效果差。镉和银诱导合成的Cd-MT和Ag-MT化合物结合较牢固，其他金属元素不能置换Cd-MT和Ag-MT中的镉和银，因而不能起到重金属解毒的功能。锌诱导生成的Zn-MT中的锌能被其他多种金属置换。结合在MT中的锌还能发挥其他的生物学作用。因此，锌被认为是最安全、最有效的MT合成诱导剂。

4.其他因素

用酒精（4g/kg）对老鼠进行处理，结果发现，处理后12h，其脑中MT含量增加29%；18h后，脑中MT含量约增加27%。电离辐射和紫外线照射后，动物细胞和组织中MT含量增加。Satoh等（1996）将老鼠置于静电磁场中，然后用四氯甲烷处理，其肝中MT含量显著增加；Hernandez等（1996）的试验表明，向腹腔注射内毒素（LPS，1mg/kg）后，大鼠肝组织中MT含量较对照组增加8倍。

二、MT对应激动物的保护作用及其机制

应激可使动物体脂质过氧化反应增强，继而产生自由基而造成组织损伤。MT能被应激诱导合成，因而可能对应激有保护作用。

1.抗氧化作用

羟自由基是通过攻击生物膜中多不饱和脂肪酸以及细胞中DNA、蛋白质和其他生物大分子，引起细胞乃至组织氧化损伤，细胞、组织裂解，酶和氧化剂释放，从而导致生物体病变、生命力和生产力下降，甚至死亡。由于自由基的氧化作用，肌细胞膜及亚细胞膜被氧化损伤，肌肉中的肌红蛋白被氧化，同时膜被破坏，胞内液渗出，动物屠体颜色由红色变成褐色，降低鲜肉产品质量，口感变差。另外，动物生长减慢，蛋鸡产蛋率、母畜繁殖力、抵抗力下降，疫病发生率提高等。羟自由基引起的氧化应激，还会使奶牛发生乳房炎和繁殖性能低下，不仅可降低奶牛的产奶性能，还会因为氧化产物的积累而导致牛奶异味，从而降低奶的品质。MT能清除羟自由基，增强抗氧化酶的活性，阻断脂质过氧化链式反应，减轻脂质过氧化损伤，减少DNA损伤等，从而减少疾病发生，延长动物利用年限，提高动物的生产力。

帖建科（1995）报道，MT富含半胱氨酸的巯基，其清除羟基自由基的能力是谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）的很多倍。MT的抗氧化作用除能直接清除·OH外，还可显著增强SOD、GSH-Px的活性。MT在动物体内像血红蛋白运送氧气一样，对多种金属离子的结合与释放具有可逆性。铜、锌、锰、铁、硒等微量元素，是体内SOD、GSH-Px等抗氧化酶系的组分，MT参与微量元素的储存、运输与代谢，及时提供SOD等抗氧化酶系所需的微量元素，从而增强这些抗氧化酶的活性。MT与不同的金属相结合，其抗氧化能力不同。郑军恒（1999）报道，Zn-MT的抗氧化能力比Cd-MT强。

魏涛等（2000）用低、中和高三种剂量的Zn-MT饲喂10月龄的昆明小鼠，测定多项抗氧化指标。结果表明，与对照组比较，低剂量MT能提高SOD活性9%；中剂量MT能提高小鼠谷胱甘肽过氧化酶活性10%，降低肝过氧化脂质含量18%，提高肝脏SOD活性14%；高剂量MT能提高小鼠谷胱甘肽过氧化酶活性15%，降低肝过氧化脂质含量18%，降低心肌脂褐质含量9%。刘湘新等（2005）的试验结果表明，MT对谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT）活性的影响不显著，但能增强超氧化物歧化酶活性。超氧化物歧化酶广泛地分布于动物体内，能催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，从而清除体内多余的超氧阴离子自由基，维持体内自由基的平衡，维护细胞膜的完整性和线粒体超微结构及其正常功能。在应激反应中，MT和超氧化歧化酶协调发挥抗氧化作用，从而预防氧化性应激损伤。MT对应激状态下的肝脏功能有保护作用。

2. MT抗氧化损伤的机理

MT具有抗心肌损伤作用，可能是通过抑制线粒体细胞色素C的释放与细胞凋亡酶caspase-3的活化，进而抑制心肌细胞凋亡而实现的。在不同时间，向转MT基因的新生小鼠和非转基因的对照小鼠的心肌细胞加入临床浓度（1.0 mmol/L）的强力霉素，发现后者心肌细胞大量凋亡，而前者心肌细胞凋亡很少。同时，用荧光共聚焦显微镜发现，强力霉素处理后的非转基因小鼠心肌细胞线粒体活性氧（ROS）含量显著增加，而在MT表达的小鼠心肌中ROS含量几乎不增加。因此，MT能抑制强力霉素诱导的心肌细胞凋亡，可能是通过抑制线粒体细胞色素C介导的凋亡途径实现的。

研究表明，MT抗氧化损伤的机制可能还与激素的代谢有关。应激、组织损伤或感染时释放的糖皮质激素、胰高血糖素等均可诱导大鼠MT合成。大鼠肾上腺被切除后，肝、肾中MT含量增加，但在饮水中加入皮质酮后可使该效应完全逆转，说明糖皮质激素对两种组织MT合成有抑制作用。这个试验结果提示，糖皮质激素可能参与应激时大鼠MT-I合成的调节。新近研究发现，MT基因5'端基因启动区存在一个被称为激素调控元件的基因调控片段，与糖皮质激素诱导MT合成有关。这提示，激素代谢的变化可能是MT应激保护作用的机制之一。另研究表明，应激条件下MT的保护作用可能还与细胞因子的合成、微量元素代谢改变或神经内分泌系统功能调节有关。

三、MT的应用前景

随着规模化、集约化养殖业的发展，畜、禽应激反应越来越多，这势必影响动物的健康和生产性能。MT具有抗应激的作用。MT能清除自由基，可增强抗氧化酶的活性，阻断脂质过氧化链式反应，减少膜脂质过氧化和DNA的损伤。因此，将MT应用于动物，可促进生长，减少疾病发生，减缓鲜肉氧化速度，延长动物利用年限，提高经济效益。

MT作为一些疾病的治疗药物以及食品、美容化妆品的添加剂等，在医学、食品加工等多个领域也已被广泛应用，但MT在养殖业中的应用研究还很少。加强对MT在动物体内的应用研究，将有助于改善动物的新陈代谢、增强其免疫力和抗应激能力、提高其健康水平和生产性能、提高动物产品的质量和保护生态环境。