学术报告厅
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The expression change of brain metallothione and the regulation mechanisms under psychological stress condition |
陈伟强（卫生学环境医学研究所，天津３０００５０） 在现代社会，心理应激普遍存在并严重困扰和威胁着人们的健康。目前有关应激对机体损伤的研究越来越受到人们的重视。 许多研究显示，内源性糖皮质激素的释放在心理应激引起的病理改变中发挥着重要作用，糖皮质激素可直接诱导金属硫蛋白（MTs ）的表达。MTs 是一类小分子量的非酶蛋白质。根据序列和电荷的不同，可将MTs 分为４型，即MT－Ⅰ～MT－Ⅳ。与MT－Ⅰ和MT－Ⅱ相比，MT－Ⅲ含有一个高度可变的结构区（约７个氨基酸）。MT－Ⅰ和MT－Ⅱ分布广泛，MT－Ⅲ的表达严格局限于神经组织，MT－Ⅳ主要分布于角质化上皮细胞中。中枢神经系统（CNS ）中只有MT－Ⅰ～MT－Ⅲ三型。脑中MT－Ⅰ和MT－Ⅱ主要分布在星形细胞、微型胶质细胞、柔脑膜细胞、室管膜和脉络丛上皮。而MT－Ⅲ主要分布于海马CA１～CA３区锥体细胞、齿状回颗粒细胞以及大脑皮层、小脑的蒲肯野细胞内。MT－Ⅲ在脑组织尤其是海马脑区的特异性分布预示着它对脑功能有着特殊的意义。 金属硫蛋白在不同脑区中的表达水平也不一样，按表达量从高到低排列依次为海马、嗅球、皮层和间脑。海马是介导应激反应最重要的脑区之一，也是应激激素作用的主要靶区，其较高的金属硫蛋白表达水平可对抗应激对机体的不利影响。 心理应激条件下MTs 对脑组织是否具有保护作用是近年来相关领域的研究热点。对大鼠分别进行束缚１w、２w和４w作为应激原，结果应激组动物脑和肝脏MTs 含量较正常组均明显升高；海马组织MT－１mR－NA和MT－３mRNA水平明显升高；同时血浆皮质醇和白细胞介素－６（IL－６）水平亦显著升高。Hernandez 等[１０]研究证实，束缚应激可使小鼠肝脏MT－１、MT－２蛋白以及MT－１mRNA的水平均明显升高。糖皮质激素受体阻断剂RU４８６可减轻这种反应，而肾上腺切除术则只能降低MT－１和MT－２蛋白的水平，而且，皮质酮或孕酮也不能逆转RU４８６的作用。这些结果提示，束缚应激时，糖皮质激素对MT－１和MT－２蛋白的合成非常重要，而对MT－１mRNA的积聚没有影响，故推测还有其他因子参与这一过程。研究表明，IL－６是中枢神经系统中调控MTs 表达的一种主要细胞因子，炎性细胞不仅产生许多的细胞因子，还可增强中枢神经系统的氧化应激，从而与MT－１、MT－２的上调偶联[１２]。在上述的束缚实验中，脑和肝脏MTs 含量均明显升高，可能是大量产生的皮质醇发挥的诱导作用所致；而海马组织两种亚型MTs mRNA水平的升高则与IL－６分泌增加有关。 在分子水平上，MTs 对锌代谢稳态的调控具中心作用。在生长发育或成年的大鼠和小鼠中，锌状况可影响MTs 的含量及MTs mRNA的表达。而且最近的研究显示，锌的抗氧化作用是通过其诱导的MTs 实现的，脑MTs 是对抗脑损伤的一种重要的自由基清除剂，可保护细胞免受应激诱导的过氧化反应的损害。此外，海马脑区MT－３亚型的分布与含Zn２＋神经元（又称锌能神经元，指的是脑中富含Zn２＋的谷氨酸能神经元，主要位于端脑，其突触小泡中储存Zn２＋，并由一种Ca２＋依赖性机制释放Zn２＋，因而这些神经元又称为锌能神经元）分布一致，并可调节儿茶酚胺能神经元、谷氨酸能神经元及GABA能神经元的突触传递功能。在中枢神经系统遭到损伤时，MT－３协同胶质酸性蛋白（GFAP）等因子共同参与神经细胞的损伤修复过程。有人认为MT－３对神经具有保护作用，心理应激条件下MTs mRNA表达升高可能是对抗应激损伤的一种重要措施。 Zn２＋可在含锌蛋白和各种含锌酶之间进行双向传递，细胞的氧化还原状态和某些生物络合剂的局部浓度可决定Zn２＋的传递方向并最终影响Zn２＋的分布。金属硫蛋白与金属具有较高的结合常数，但仍可将Zn２＋传递给其它蛋白质。金属硫蛋白并不将其结合的７个Zn原子全部传递，但它至少含有一个易于脱离的Zn原子。金属硫蛋白的Zn－SH结合部位改构后会增加Zn的释放，使Zn传递增多。金属硫蛋白对含锌蛋白质的生物合成产生调控作用，可能正是通过Zn２＋的双向传递[２４]而实现的。 MT－Ⅲ与锌关系密切，而且在中枢神经病理改变中发挥重要作用。在卡因酸诱导癫痫后，MT－Ⅲ缺失小鼠海马CA１区和丘脑的胞浆锌浓度比野生型小鼠显著降低。MT－Ⅲ与锌离子的结合具有相对特异性，MT－ⅢmRNA主要表达于轴突末梢含锌离子的神经元胞体内，MT－Ⅲ表达能选择性地增加细胞容纳锌离子的能力。锌离子具有神经调质（neuromodulator ）样作用，在除极化刺激条件下可与某些神经递质（如Glu、γ－GABA等）由突触小泡同时释放进入突触间隙。MT－Ⅲ通过调节神经元对锌离子的摄取、储存和转运，可能影响锌结合蛋白的生物合成和活性、依赖锌离子的酶活性以及某些转录因子的活性，进而对神经细胞功能活动产生影响。对实验性自发变应性脑脊髓炎（EAE），用锌－MT 进行外源性干预可显著减少EAE的临床症状、降低死亡率和CNS 的白细胞浸润。锌－MT 处理后可显著减少CNS 中IL－６和肿瘤坏死因子－αTNF－α的表达，并能减少神经元和少突胶质细胞的凋亡。MTs 的神经保护作用可通过阻止自由基的生成和抑制神经元凋亡以及减少炎性细胞中炎性细胞因子的产生来实现。 一些作者近年的研究特别重视锌、NO与MTs 三者之间的关系。NO是一种性质不稳定的气体型小分子，是细胞－细胞间信息传递的重要调节因子，作为第二信使和神经调质而起着许多重要的生理作用，参与脑内许多生理功能和病理生理过程。已被证实，NO具有典型的双重作用，其有利的一面是扩张血管，增加脑血流量，阻断N－甲基－D－天冬氨酸（NMDA）受体的过度兴奋，进而减轻神经元的兴奋性毒性损害，对神经元起保护作用。但过量NO则对神经细胞产生毒性作用：NO可在细胞内形成NO－铁复合物，抑制细胞的能量代谢，影响细胞的生长、发育和增殖；并可与超氧阴离子反应，最终使细胞膜发生脂质过氧化反应。许多研究证实，NO的毒性作用主要是由于大量诱导产生的NO与体内同时大量生成的O２－等活性氧类反应，生成过氧化硝酸盐阴离子（ONOO－）或N２O３等一系列物质，由二者分别介导氧化损伤和亚硝基化损伤。ONOO－是一种强氧化剂，可有效地氧化蛋白质中的巯基、FeS中心、锌指结构，或硝化蛋白的酪氨酸残基，使许多重要的蛋白质或酶失活，从而影响细胞代谢。MTs 富含巯基，容易受到NO的攻击。NO、锌与Mats 之间存在着密切的关系，由NO供体复合物产生的NO可使锌从各种金属蛋白中释放，如乙醇脱氢酶、Mats 和锌指转录因子[１０] 。NO使蛋白质的含硫基团发生亚硝基化，从而使MTs 结合的镉、锌释放，而游离的锌又可与MTF作用而激活MTs 的基因表达，NO与MTs 之间的相互作用可能在锌自稳态的维持和基因调控中具有重要作用。而且体外研究也显示，在培养的大鼠肝表皮细胞TRL１２１５和人HepG２细胞中，加入ZnCl ２CdCl ２ 诱导金属硫蛋白产生，然后加入DETA（二亚乙基三胺，一种NO供体）产生NO，NO浓度增高后会攻击金属硫蛋白的金属－SH结合部位，使之发生亚硝基化，使Zn２＋ 释放，游离的Zn２＋ 又可诱导金属硫蛋白的表达，使金属硫蛋白含量升高[１１]。 总之，金属锌是金属硫蛋白表达的重要调控因子，而且金属硫蛋白反过来又可对锌的释放、摄取和分布进行调节，二者之间的相互作用对正常生理功能的维持具有重要的意义。锌离子参与构成许多功能蛋白的活性部位，在基因表达调控中具有非常重要的作用，包括对金属硫蛋白的基因表达。金属 硫蛋白表达升高可能是机体对抗应激损伤的一种重要措施。 参考文献： |