學(xué)術(shù)報告廳
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The expression change of brain metallothione and the regulation mechanisms under psychological stress condition |
陳偉強（衛生學(xué)環(huán)境醫學(xué)研究所，天津３０００５０） 在現代社會(huì )，心理應激普遍存在并嚴重困擾和威脅著(zhù)人們的健康。目前有關(guān)應激對機體損傷的研究越來(lái)越受到人們的重視。 許多研究顯示，內源性糖皮質(zhì)激素的釋放在心理應激引起的病理改變中發(fā)揮著(zhù)重要作用，糖皮質(zhì)激素可直接誘導金屬硫蛋白（MTs ）的表達。MTs 是一類(lèi)小分子量的非酶蛋白質(zhì)。根據序列和電荷的不同，可將MTs 分為４型，即MT－Ⅰ～MT－Ⅳ。與MT－Ⅰ和MT－Ⅱ相比，MT－Ⅲ含有一個(gè)高度可變的結構區（約７個(gè)氨基酸）。MT－Ⅰ和MT－Ⅱ分布廣泛，MT－Ⅲ的表達嚴格局限于神經(jīng)組織，MT－Ⅳ主要分布于角質(zhì)化上皮細胞中。中樞神經(jīng)系統（CNS ）中只有MT－Ⅰ～MT－Ⅲ三型。腦中MT－Ⅰ和MT－Ⅱ主要分布在星形細胞、微型膠質(zhì)細胞、柔腦膜細胞、室管膜和脈絡(luò )叢上皮。而MT－Ⅲ主要分布于海馬CA１～CA３區錐體細胞、齒狀回顆粒細胞以及大腦皮層、小腦的蒲肯野細胞內。MT－Ⅲ在腦組織尤其是海馬腦區的特異性分布預示著(zhù)它對腦功能有著(zhù)特殊的意義。 金屬硫蛋白在不同腦區中的表達水平也不一樣，按表達量從高到低排列依次為海馬、嗅球、皮層和間腦。海馬是介導應激反應最重要的腦區之一，也是應激激素作用的主要靶區，其較高的金屬硫蛋白表達水平可對抗應激對機體的不利影響。 心理應激條件下MTs 對腦組織是否具有保護作用是近年來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對大鼠分別進(jìn)行束縛１w、２w和４w作為應激原，結果應激組動(dòng)物腦和肝臟MTs 含量較正常組均明顯升高；海馬組織MT－１mR－NA和MT－３mRNA水平明顯升高；同時(shí)血漿皮質(zhì)醇和白細胞介素－６（IL－６）水平亦顯著(zhù)升高。Hernandez 等[１０]研究證實(shí)，束縛應激可使小鼠肝臟MT－１、MT－２蛋白以及MT－１mRNA的水平均明顯升高。糖皮質(zhì)激素受體阻斷劑RU４８６可減輕這種反應，而腎上腺切除術(shù)則只能降低MT－１和MT－２蛋白的水平，而且，皮質(zhì)酮或孕酮也不能逆轉RU４８６的作用。這些結果提示，束縛應激時(shí)，糖皮質(zhì)激素對MT－１和MT－２蛋白的合成非常重要，而對MT－１mRNA的積聚沒(méi)有影響，故推測還有其他因子參與這一過(guò)程。研究表明，IL－６是中樞神經(jīng)系統中調控MTs 表達的一種主要細胞因子，炎性細胞不僅產(chǎn)生許多的細胞因子，還可增強中樞神經(jīng)系統的氧化應激，從而與MT－１、MT－２的上調偶聯(lián)[１２]。在上述的束縛實(shí)驗中，腦和肝臟MTs 含量均明顯升高，可能是大量產(chǎn)生的皮質(zhì)醇發(fā)揮的誘導作用所致；而海馬組織兩種亞型MTs mRNA水平的升高則與IL－６分泌增加有關(guān)。 在分子水平上，MTs 對鋅代謝穩態(tài)的調控具中心作用。在生長(cháng)發(fā)育或成年的大鼠和小鼠中，鋅狀況可影響MTs 的含量及MTs mRNA的表達。而且最近的研究顯示，鋅的抗氧化作用是通過(guò)其誘導的MTs 實(shí)現的，腦MTs 是對抗腦損傷的一種重要的自由基清除劑，可保護細胞免受應激誘導的過(guò)氧化反應的損害。此外，海馬腦區MT－３亞型的分布與含Zn２＋神經(jīng)元（又稱(chēng)鋅能神經(jīng)元，指的是腦中富含Zn２＋的谷氨酸能神經(jīng)元，主要位于端腦，其突觸小泡中儲存Zn２＋，并由一種Ca２＋依賴(lài)性機制釋放Zn２＋，因而這些神經(jīng)元又稱(chēng)為鋅能神經(jīng)元）分布一致，并可調節兒茶酚胺能神經(jīng)元、谷氨酸能神經(jīng)元及GABA能神經(jīng)元的突觸傳遞功能。在中樞神經(jīng)系統遭到損傷時(shí)，MT－３協(xié)同膠質(zhì)酸性蛋白（GFAP）等因子共同參與神經(jīng)細胞的損傷修復過(guò)程。有人認為MT－３對神經(jīng)具有保護作用，心理應激條件下MTs mRNA表達升高可能是對抗應激損傷的一種重要措施。 Zn２＋可在含鋅蛋白和各種含鋅酶之間進(jìn)行雙向傳遞，細胞的氧化還原狀態(tài)和某些生物絡(luò )合劑的局部濃度可決定Zn２＋的傳遞方向并最終影響Zn２＋的分布。金屬硫蛋白與金屬具有較高的結合常數，但仍可將Zn２＋傳遞給其它蛋白質(zhì)。金屬硫蛋白并不將其結合的７個(gè)Zn原子全部傳遞，但它至少含有一個(gè)易于脫離的Zn原子。金屬硫蛋白的Zn－SH結合部位改構后會(huì )增加Zn的釋放，使Zn傳遞增多。金屬硫蛋白對含鋅蛋白質(zhì)的生物合成產(chǎn)生調控作用，可能正是通過(guò)Zn２＋的雙向傳遞[２４]而實(shí)現的。 MT－Ⅲ與鋅關(guān)系密切，而且在中樞神經(jīng)病理改變中發(fā)揮重要作用。在卡因酸誘導癲癇后，MT－Ⅲ缺失小鼠海馬CA１區和丘腦的胞漿鋅濃度比野生型小鼠顯著(zhù)降低。MT－Ⅲ與鋅離子的結合具有相對特異性，MT－ⅢmRNA主要表達于軸突末梢含鋅離子的神經(jīng)元胞體內，MT－Ⅲ表達能選擇性地增加細胞容納鋅離子的能力。鋅離子具有神經(jīng)調質(zhì)（neuromodulator ）樣作用，在除極化刺激條件下可與某些神經(jīng)遞質(zhì)（如Glu、γ－GABA等）由突觸小泡同時(shí)釋放進(jìn)入突觸間隙。MT－Ⅲ通過(guò)調節神經(jīng)元對鋅離子的攝取、儲存和轉運，可能影響鋅結合蛋白的生物合成和活性、依賴(lài)鋅離子的酶活性以及某些轉錄因子的活性，進(jìn)而對神經(jīng)細胞功能活動(dòng)產(chǎn)生影響。對實(shí)驗性自發(fā)變應性腦脊髓炎（EAE），用鋅－MT 進(jìn)行外源性干預可顯著(zhù)減少EAE的臨床癥狀、降低死亡率和CNS 的白細胞浸潤。鋅－MT 處理后可顯著(zhù)減少CNS 中IL－６和腫瘤壞死因子－αTNF－α的表達，并能減少神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞的凋亡。MTs 的神經(jīng)保護作用可通過(guò)阻止自由基的生成和抑制神經(jīng)元凋亡以及減少炎性細胞中炎性細胞因子的產(chǎn)生來(lái)實(shí)現。 一些作者近年的研究特別重視鋅、NO與MTs 三者之間的關(guān)系。NO是一種性質(zhì)不穩定的氣體型小分子，是細胞－細胞間信息傳遞的重要調節因子，作為第二信使和神經(jīng)調質(zhì)而起著(zhù)許多重要的生理作用，參與腦內許多生理功能和病理生理過(guò)程。已被證實(shí)，NO具有典型的雙重作用，其有利的一面是擴張血管，增加腦血流量，阻斷N－甲基－D－天冬氨酸（NMDA）受體的過(guò)度興奮，進(jìn)而減輕神經(jīng)元的興奮性毒性損害，對神經(jīng)元起保護作用。但過(guò)量NO則對神經(jīng)細胞產(chǎn)生毒性作用：NO可在細胞內形成NO－鐵復合物，抑制細胞的能量代謝，影響細胞的生長(cháng)、發(fā)育和增殖；并可與超氧陰離子反應，最終使細胞膜發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應。許多研究證實(shí)，NO的毒性作用主要是由于大量誘導產(chǎn)生的NO與體內同時(shí)大量生成的O２－等活性氧類(lèi)反應，生成過(guò)氧化硝酸鹽陰離子（ONOO－）或N２O３等一系列物質(zhì)，由二者分別介導氧化損傷和亞硝基化損傷。ONOO－是一種強氧化劑，可有效地氧化蛋白質(zhì)中的巰基、FeS中心、鋅指結構，或硝化蛋白的酪氨酸殘基，使許多重要的蛋白質(zhì)或酶失活，從而影響細胞代謝。MTs 富含巰基，容易受到NO的攻擊。NO、鋅與Mats 之間存在著(zhù)密切的關(guān)系，由NO供體復合物產(chǎn)生的NO可使鋅從各種金屬蛋白中釋放，如乙醇脫氫酶、Mats 和鋅指轉錄因子[１０] 。NO使蛋白質(zhì)的含硫基團發(fā)生亞硝基化，從而使MTs 結合的鎘、鋅釋放，而游離的鋅又可與MTF作用而激活MTs 的基因表達，NO與MTs 之間的相互作用可能在鋅自穩態(tài)的維持和基因調控中具有重要作用。而且體外研究也顯示，在培養的大鼠肝表皮細胞TRL１２１５和人HepG２細胞中，加入ZnCl ２CdCl ２ 誘導金屬硫蛋白產(chǎn)生，然后加入DETA（二亞乙基三胺，一種NO供體）產(chǎn)生NO，NO濃度增高后會(huì )攻擊金屬硫蛋白的金屬－SH結合部位，使之發(fā)生亞硝基化，使Zn２＋ 釋放，游離的Zn２＋ 又可誘導金屬硫蛋白的表達，使金屬硫蛋白含量升高[１１]。 總之，金屬鋅是金屬硫蛋白表達的重要調控因子，而且金屬硫蛋白反過(guò)來(lái)又可對鋅的釋放、攝取和分布進(jìn)行調節，二者之間的相互作用對正常生理功能的維持具有重要的意義。鋅離子參與構成許多功能蛋白的活性部位，在基因表達調控中具有非常重要的作用，包括對金屬硫蛋白的基因表達。金屬 硫蛋白表達升高可能是機體對抗應激損傷的一種重要措施。 參考文獻： |