金屬硫蛋白在缺血性腦損傷過程中的調控作用

郭家彬，馮 敏，張 麗，彭雙清

(軍事醫學科學院疾病預防控制所毒理學評價研究中心，北京　100071)

金屬硫蛋白在缺血性腦損傷過程中的調控作用

郭家彬，馮 敏，張 麗，彭雙清

(軍事醫學科學院疾病預防控制所毒理學評價研究中心，北京100071)

金屬硫蛋白(MT)是一類富含半胱氨酸殘基的低分子量金屬連接蛋白。在中樞神經系統中主要有MT-Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ亞型。MT可廣泛參與中樞神經系統的神經細胞生長、自主防御反應、免疫調節和腦損傷修復等活動。MT具有清除自由基、調節腦細胞離子穩態、重金屬解毒、抗炎癥和抗細胞凋亡等多種重要生物學功能。腦缺血應激可顯著誘導腦組織細胞MT的表達。近年來越來越多的研究表明,MT對腦缺血損傷具有重要保護作用,有可能成為預防和(或)治療腦缺血疾病的重要靶點。本文簡要綜述中樞神經系統中MT的表達與調控特點以及腦缺血應激對MT表達的影響,重點討論MT對腦缺血損傷的保護作用及其可能機制。

金屬硫蛋白；中樞神經系統；腦缺血

金屬硫蛋白(metallothionein，MT)是一類富含半胱氨酸殘基、低分子量(6～7 ku)的非酶類金屬連接蛋白質，1957年由哈佛大學的 Margoshes和Vallee博士在馬的腎皮質中首次分離發現。在哺乳動物中，MT主要由肝和腎合成，但其他多種器官和組織中也有廣泛分布。在人體中，MT主要由一類位于染色體16p13的基因編碼，至少可能涉及10個已知的功能基因[1]。X射線衍射晶體分析法和NMR波譜法研究顯示，MT分子結構中含2個不同的結構簇，可通過結構簇中的半胱氨酸殘基分別與3個和4個二價金屬離子結合，包括必需微量元素(Zn和Cu離子等)以及有毒重金屬(Cd和Hg離子等)[2]。生理條件下，MT主要與Zn離子結合，被稱為體內組織細胞Zn離子的“貯庫”。

至今研究發現，哺乳動物體內MT共有4種亞型，即MT-Ⅰ～MT-Ⅳ，其中以MT-Ⅰ和MT-Ⅱ為主要異構形式(通常合稱為MT-Ⅰ/Ⅱ)。MT-Ⅰ又可進一步分為MT-Ⅰa，MT-Ⅰb和MT-Ⅰc等多種亞亞型，MT-Ⅱ也同樣存在多種亞亞型[1]。在中樞神經系統中MT有 3種亞型，即 MT-Ⅰ/Ⅱ和 MT-Ⅲ。其中，MT-Ⅰ/Ⅱ在腦內組織細胞有著廣泛表達，且主要分布在膠質細胞，MT-Ⅲ主要分布在神經元。MT可廣泛參與中樞神經系統的自主防御反應、免疫調節和腦損傷修復等活動，具有清除自由基、調節腦細胞離子穩態、重金屬解毒、抗炎癥反應和抗細胞凋亡等多種重要生物學功能[1－2]。近年來越來越多的研究表明，MT對腦缺血損傷具有重要保護作用，有可能成為預防和(或)治療腦缺血疾病的重要靶點[3－4]。腦缺血應激可激活MT的表達，并由此產生自主保護作用。外源性MT誘導劑或MT可有效減輕腦缺血損傷，應用MT-Ⅰ/Ⅱ或MT-Ⅲ轉基因動物模型研究結果進一步確證MT對缺血性腦損傷具有重要的保護作用[1，3]。MT抗腦缺血損傷的作用機制還不清楚，可能與清除自由基、維持金屬離子穩態、線粒體功能調節和抗細胞凋亡等作用有關。本文簡要綜述中樞神經系統中MT的表達與調控特點以及腦缺血應激對MT表達的影響，并討論MT對缺血性腦損傷的保護作用及其可能機制。

1 中樞神經系統中MT的表達與調控

生理條件下，MT-Ⅰ/Ⅱ在腦中的mRNA和蛋白表達水平均較低，而且在胚胎及新生腦中均有表達。隨著機體生長，MT-Ⅰ/Ⅱ的表達也不斷增加，在中樞神經系統中的分布也越來越廣泛。MT-Ⅰ/Ⅱ是腦內MT的主要亞型，在膠質細胞、脈絡叢細胞、內皮細胞和腦膜細胞等腦細胞中有著廣泛表達。其中，星形膠質細胞是腦內MT-Ⅰ/Ⅱ的主要來源。神經元細胞僅表達少量的MT-Ⅰ/Ⅱ。MT-Ⅲ是一種腦特異性MT，又稱為生長抑制因子。MT-Ⅲ主要分布在海馬CA1～CA3區的神經元細胞，在嗅球、大腦皮質細胞和小腦的浦肯野細胞中也有少量分布。長期以來，MT被認為是一類細胞內蛋白，主要表達在細胞核，在細胞質溶酶體和線粒體等細胞器中也有少量分布，這一特征與保護細胞核DNA和維持胞內Zn離子穩態密切相關[1]。近年來研究提示，MT在細胞內外均有分布。細胞外的MT有可能作為一種重要的細胞通訊分子，在不同腦細胞之間的“對話”中發揮重要作用[5]。例如，Chung等[6]研究表明，腦損傷發生后星形膠質細胞中MT-Ⅰ/Ⅱ的表達顯著增加，并將MT-Ⅰ/Ⅱ釋放至細胞外以抑制神經元損傷。MT作為一種小分子蛋白，可穿過細胞核膜和細胞膜，容易在細胞核和線粒體等不同細胞器之間以及細胞與細胞之間實現穿梭轉位。MT在細胞核與胞漿之間的轉位依賴于特定的胞漿伴侶蛋白和核結合蛋白，MT本身也可以發生分子結構改變，使其更容易穿過核孔復合體。

MT是一類可誘導蛋白質，在中樞神經系統中亦是如此。大量研究表明，重金屬離子、腦缺血、低溫應激、激素、谷氨酸鹽、藥物毒物作用以及電離輻射等因素，均可迅速活化MT-Ⅰ/Ⅱ的轉錄合成，從而增加腦組織細胞中MT-Ⅰ/Ⅱ的表達，這一反應對于機體抑制炎癥反應和氧化應激等有害效應、發揮自主防御作用有著重要意義[1－2]。MT-Ⅲ同樣也可被誘導表達，但MT-Ⅲ和MT-Ⅰ/Ⅱ對外源性刺激因素的反應性可能存在較大差異。除缺氧應激、細胞因子、腦損傷和多巴胺等因素外，大部分能誘導MT-Ⅰ/Ⅱ表達的因素卻不能有效誘導MT-Ⅲ表達。MT的表達調控主要發生在轉錄水平，且通常依賴于一種協調方式。MT基因的啟動子中存在針對不同轉錄因子的多個結合位點，包括金屬反應元件，糖皮質激素反應元件和轉錄信號轉導蛋白和激活子等[7－8]。金屬轉錄因子-1(metal transcriptional factor-1，MTF-1)是一種復合型鋅指蛋白，與金屬反應元件連接并發生相互作用。研究提示，MTF-1可能是調節MT基因表達的主要調控因子，在Zn等金屬離子誘導的MT表達中可能發揮關鍵作用，并介導氧化應激和缺氧等外源性刺激對MT的誘導表達[8]。Zn是MT連接的主要金屬離子，也是調控MT表達的最重要的因素之一。Zn可與MTF-1連接，迅速啟動MT基因的轉錄活化，從而增加MT的生物合成。而Zn缺失時，MTF-1可能與Zn反應抑制劑形成一個復合物稱作MT轉錄抑制劑，從而阻止MTF-1和金屬反應元件反應并抑制MT-Ⅰ/Ⅱ基因的表達[7]。MT的表達同樣也存在轉錄后調控以及翻譯后修飾機制，其蛋白質表達水平并不一定反映mRNA水平[9]。MT表達調控的具體機制還不十分清楚，不同因素對MT表達的調控可能涉及不同的作用機制。

2 腦缺血應激對MT表達的影響

人們已經應用多種模型研究腦缺血應激對MT表達的影響及其機制，包括大鼠、小鼠和犬等動物模型以及體外培養的腦細胞模型。體內外研究表明，腦缺血應激可顯著誘導MT-Ⅰ/Ⅱ和MT-Ⅲ的表達發生改變，且MT的表達改變通常在腦缺血損傷之前就已經發生。以小鼠腦中動脈阻塞模型研究為例，Yousuf等[10]研究表明，大腦中動脈阻塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)術后2 h可觀察到海馬組織中MT含量呈明顯增加。Wakida等[11]研究表明，MCAO后6 h可觀察到MT-Ⅰ和MT-Ⅱ的蛋白表達呈明顯增加，且以MCAO術后24 h MT-Ⅰ/Ⅱ增加最為顯著。MT-Ⅰ/Ⅱ的表達改變主要發生腦皮質和皮質下區域，其中腦皮質神經膠質原纖維在酸性蛋白陽性細胞中MT表達改變最為明顯，腦血管中MT-Ⅰ/Ⅱ的表達也出現顯著增加。MT-Ⅰ/Ⅱ的基因表達對腦缺血應激可能更為敏感，MCAO術后6 h可觀察到腦皮質中MT-ⅠmRNA水平呈明顯上升，但隨后出現下降，而腦皮質中MT-Ⅱ的mRNA水平則在MCAO術后一直呈時間相關性增加[11]。Yanagitani等[12]研究表明，腦缺血應激同樣也可誘導MT-Ⅲ的表達增加，而且在腦缺血損傷早期和后期增加MT-Ⅲ的表達均能有效減輕腦缺血神經損傷。這些研究提示，MT表達上調可抑制腦缺血損傷，但不同亞型的MT對腦缺血應激可能存在不同的反應性，腦組織不同區域MT對缺血應激的敏感性也可能有所不同。腦細胞體外氧-糖剝奪培養是一種常用的模擬腦缺血應激的體外模型。體外研究表明，氧-糖剝奪可誘導腦皮質膠質細胞和神經元、腦血管內皮細胞MT-Ⅰ/Ⅱ的表達改變，且MT-Ⅰ與MT-Ⅱ的改變程度存在著一定的差異[13－14]。

腦缺血應激誘導MT表達的機制還不清楚，一些研究推測MT的表達上調可能與腦缺血應激引起的腦組織細胞活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成增加有關。腦缺血條件下，腦組織細胞能量供應不足，可導致腦細胞ATP合成障礙而ROS形成增加。氧-糖剝奪可迅速誘導神經元、星形膠質細胞和腦血管內皮細胞等腦細胞ROS形成增加。ROS可促進金屬反應元件與MT啟動子的結合，進而激活MT-Ⅰ/Ⅱ基因的轉錄及其信號轉導，增加MT的生物合成[15]。另有研究表明，缺血應激可促進腦細胞外Zn離子向胞內轉運，而Zn離子是誘導MT表達的最有效的因素[7，16]。然而，細胞內過量的Zn離子蓄積則可能引起細胞毒性改變，甚至引起神經細胞死亡。此外，腦缺血應激還可導致細胞釋放大量的谷氨酸鹽以及腫瘤壞死因子和白介素6等細胞因子，進而誘導MT的表達增加[3－4]。

3 MT對腦缺血損傷的神經保護作用

近年來越來越多的研究證實，MT對腦缺血應激誘導的腦損傷具有明顯的保護作用。盡管在生理狀態下，MT-Ⅰ/Ⅱ或MT-Ⅲ敲除對動物功能和神經行為等生理指標沒有明顯影響，但MT-Ⅰ/Ⅱ和(或) MT-Ⅲ敲除動物對腦缺血應激誘導的損傷卻更為敏感[10－12，17]。不管是在小鼠局灶性腦缺血模型或永久性腦缺血模型，還是在暫時性腦缺血或腦缺血再灌注模型中，均發現MT-Ⅰ/Ⅱ小鼠腦缺血損傷更為嚴重[10－11，17]，而MT-Ⅰ基因過表達小鼠則對腦缺血應激更為耐受[18]，這些研究提示MT-Ⅰ/Ⅱ具有明顯的神經保護作用。類似的研究發現，MT-Ⅲ敲除小鼠同樣對腦缺血應激誘導的神經細胞凋亡和氧化損傷敏感[19]。采用體內和(或)體外研究表明，白藜蘆醇、西洛他唑、紅細胞生成素、二異丙酚和低溫應激可誘導MT-Ⅰ/Ⅱ或MT-Ⅲ的表達并抑制腦缺血應激誘導的腦組織或腦細胞損傷，而將MT-Ⅰ/Ⅱ或MT-Ⅲ基因敲除或敲低則可明顯降低這些保護劑對腦缺血損傷的神經保護作用，從而進一步確證MT對腦缺血神經損傷的保護作用[10－11，13－14，17，20]。最近研究表明，外源性給予MT-Ⅱ可顯著抑制暫時性腦缺血引起的大鼠神經行為學改變和腦組織氧化損傷[21]。Sohn等[22]研究表明，將外源性MT-Ⅲ導入腦細胞表達也可有效抑制海馬CA1區的神經細胞死亡。這些研究證實，內外源性或外源性MT-Ⅰ/Ⅱ或MT-Ⅲ均可具有較好的抗腦缺血損傷神經保護作用。值得注意的是，McAuliffe等[23]研究表明，新生MT-Ⅰ/Ⅱ敲除小鼠對腦缺血應激誘導的神經損傷更為敏感，但其神經行為學改變與野生型小鼠卻并沒有明顯差異。這一研究提示機體對MT-Ⅰ/Ⅱ的缺失存在一定的行為學代償機制，以保護腦缺血應激誘導的神經行為學改變。

4 MT抗腦缺血損傷的可能作用機制

4.1 清除自由基與抗氧化作用

自由基誘導的氧化損傷是腦缺血損傷的重要特征。大量研究表明，腦缺血應激可誘導腦細胞產生多種自由基，包括超氧陰離子、過氧化氫(H2O2)、羥自由基(·OH)等ROS和一氧化氮(NO)等活性氮自由基[24]。過量的自由基可攻擊腦組織細胞的成分，如脂質、蛋白質和DNA等，引起脂質過氧化、蛋白質羰基化和DNA氧化損傷等。體內實驗研究表明，MT-Ⅰ/Ⅱ或MT-Ⅲ敲除小鼠對腦缺血應激誘導的氧化損傷更為敏感，而外源性給予MT-Ⅱ或MT-Ⅲ則能有效減輕腦組織氧化損傷[10－11，19－23]。 這些研究提示，清除自由基、抗氧化可能是MT發揮抗腦缺血神經保護作用的重要機制。MT分子結構中富含巰基，其清除自由基、抗氧化作用已受到廣泛關注。體外實驗研究表明，MT是一種高效的自由基清除劑，其分子中的20個巰基殘基均可參與自由基的清除反應。MT在細胞漿及細胞核內均有分布，能與包括各種ROS以及氮自由基在內的多種自由基發生反應并有效地對其進行清除。Quesada等[25]體外實驗研究表明，MT可作為H2O2的首要攻擊靶標，其分子中的巰基殘基可先于谷胱甘肽及其他蛋白中的巰基殘基與H2O2直接發生反應。體外·OH清除動力學實驗研究表明，MT對·OH的清除效率是谷胱甘肽的340倍，是超氧化物歧化酶的800倍，是谷胱甘肽過氧化物酶的1000倍[25]。MT基因表達調控的分子規律研究表明，MT結構基因上游區域存在抗氧化反應元件及金屬反應元件(可能作為調控MT基因表達的增強子)[15]。氧化應激狀態下，MT基因上游的ARE和MRE可迅速活化MT的轉錄，同時激活MT與氧自由基的清除反應[1，5]。然而，MT清除自由基的具體作用機制還有待進一步研究。

4.2 Zn離子穩態調節

哺乳動物腦內含有大量Zn離子，主要分布在海馬、皮質、杏仁體和紋狀體等組織。胞內Zn離子主要聚集在突觸小泡內，其濃度可高達毫摩爾水平。生理條件下，Zn離子在神經信號轉導、突觸傳遞、腦內金屬離子穩態調節以及神經細胞生長和死亡調控等活動中具有重要作用[8]。腦缺血應激條件下，Zn離子作為一種內源性的神經遞質從神經末梢釋放出來，容易在突觸間隙內聚集，引起腦內Zn離子穩態失調[7]。游離型Zn離子大量增加是介導腦缺血神經細胞死亡的重要原因。MT是與Zn離子螯合的主要蛋白，其分子結構中含多個可與Zn離子相連的結構域。通常1分子MT可與7分子Zn離子螯合，為調節腦內Zn離子濃度穩態提供強大的緩沖作用。Zn離子濃度升高可迅速誘導MT表達，這可能部分解釋了腦缺血應激誘導MT表達增加的原因。與此同時，MT通過增加對Zn離子的螯合并形成Zn-MT復合物，從而降低游離型的Zn離子、維持腦內Zn離子穩態，最終減輕Zn離子介導的神經細胞死亡[7]。

4.3 線粒體功能調節

線粒體是細胞能量代謝的主要場所，為細胞提供超過90%的ATP。同時，線粒體在細胞生長、信號轉導和死亡調控等生命活動中也發揮著十分重要的作用。近年來越來越多的研究提示，MT的神經保護作用與調節腦細胞線粒體功能密切相關[26]。腦細胞屬高耗能細胞，含豐富的線粒體，其能量代謝和生物合成等非常活躍，這對于維持腦細胞的能量需求與正常生理功能有著重要意義。線粒體是細胞內ROS生成的主要場所，同時也是ROS攻擊的主要靶標。MT一方面有可能通過清除自由基而減輕腦缺血應激誘導的ROS生成增加和氧化損傷；另一方面也可能通過穩定線粒體膜電位和鈣離子穩態等作用，從而抑制腦缺血應激引起的線粒體功能紊亂。體內實驗研究表明，白藜蘆醇有可能通過上調MT的表達、進而抑制腦缺血引起的線粒體功能紊亂，最終抑制腦缺血應激誘導的神經損傷[10]。研究提示MT也有可能通過調節線粒體生成功能而發揮其神經保護作用[27－28]。線粒體生成功能是修復神經損傷的重要機制。腦缺血應激可迅速激活腦組織細胞線粒體生成功能，以促進腦組織細胞損傷修復[29－30]。我們研究表明，盡管生理狀態下，MT敲除小鼠生理功能與野生型小鼠沒有明顯差異，但在MT缺失小鼠及其來源的神經細胞對氧化應激誘導的線粒體功能破壞卻更為敏感，提示MT的保護作用與調節線粒體生成功能密切相關[27，31]。此外，MT還有可能通過調節線粒體自噬以發揮其神經保護作用[32]。

4.4 抗神經興奮性毒性效應

腦缺血可導致細胞釋放大量的興奮性遞質，引起興奮性毒性而導致腦細胞死亡。谷氨酸是一種常見的興奮性神經遞質，腦缺血應激可導致神經元的谷氨酸能神經末梢囊泡釋放增加，同時促進谷氨酸轉運體的逆轉運，導致神經細胞胞外谷氨酸濃度升高[33]。此外，腦缺血應激狀態下一些死亡細胞可出現崩解，使胞質中的谷氨酸釋放，進一步加劇谷氨酸濃度的增加。谷氨酸的釋放可激活N-甲基-D-天冬氨酸受體等突觸后的相應受體，進而誘導Na/Ca離子內流以及質膜去極化，最終導致細胞死亡[33]。星形膠質細胞是腦內表達MT的主要細胞，它可通過“谷氨酸-谷氨酰胺”循環有效減少腦細胞外谷氨酸的濃度，這一功能與其富含MT密切相關[34－35]。應用MT轉基因動物結果表明，MT敲除小鼠來源的神經元/星形膠質細胞對N-甲基-D-天冬氨酸受體引起的興奮性毒性更為敏感，提示MT對神經興奮性毒性效應具有明顯的保護作用[31]。

越來越多的研究證實，MT是一種具有神經保護作用的多效應蛋白。除上述機制外，MT抗腦缺血損傷作用還可能與調節腦組織細胞炎癥反應和免疫反應、調節鈣離子穩態和神經營養因子表達以及抑制腦細胞凋亡有關[5，35]。MT的神經保護效應可能是多種機制共同作用的結果，其具體作用機制還有待進一步的廣泛研究。

5 展望

MT作為一種具有多種生物學功能的金屬結合蛋白，在腦缺血損傷的發生與發展過程中發揮著重要的調控作用。深入認識MT在腦缺血損傷中的作用，對于闡明腦缺血損傷的作用機制、開發相關保護作用具有重要的意義。基于腦內MT的表達與調控特征以及腦缺血應激對MT表達的影響，提示MT有可能作為一種表征腦缺血損傷的重要標志物。在腦缺血發生發展過程中，MT的表達水平以及分布改變均可能具有重要臨床意義。通過合適的藥理學干預措施誘導內源性的MT的表達或給予外源性MT，可有效減輕腦缺血損傷，提示MT有可能成為預防和(或)治療腦缺血損傷的潛在靶點。然而，由于MT在機體多種組織器官均有表達，且易受多種因素影響而出現表達改變，目前還沒有MT特異性的誘導劑。特別是在中樞神經系統中，受血腦屏障和MT本身表達復雜性等因素的影響，MT的抗腦缺血損傷作用向臨床轉化還存在一定的困難。近年來，組織特異性MT表達和靶向給藥技術的發展為進一步了解MT在中樞神經系統中的作用提供了有力工具，將有可能成為MT抗腦缺血作用的重要方向。

[1] Thirumoorthy N，Shyam Sunder A，Manisenthil Kumar K，Senthil Kumar M，Ganesh G，Chatterjee M.A review of metallothionein isoforms and their role in pathophysiology[J].World J Surg Oncol，2011，9:54.

[2] Penkowa M.Metallothioneinsare multipurpose neuroprotectants duringbrainpathology[J].FEBS J，2006，273(9):1857-1870.

[3] Hozumi I.Roles and therapeutic potential of metallothioneins in neurodegenerative diseases[J]. Curr Pharm Biotechnol，2013，14(4):408-413.

[4] Ito Y，Tanaka H，Hara H.The potential roles of metallothionein as a therapeutic target for cerebral ischemia and retinal diseases[J].Curr Pharm Biotechnol，2013，14(4):400-407.

[5] Santos CR，Martinho A，Quintela T，Gon?alves I. Neuroprotective and neuroregenerative properties of metallothioneins[J].IUBMB Life，2012，64 (2):126-135.

[6] Chung RS，Penkowa M，Dittmann J，King CE，Bartlett C，Asmussen JW，et al.Redefining the role of metallothionein within the injured brain: extracellular metallothioneins play an important role in the astrocyte-neuron response to injury[J].J Biol Chem，2008，283(22):15349-15358.

[7] Shuttleworth CW，Weiss JH.Zinc:new clues to diverse roles in brain ischemia[J].Trends Pharmacol Sci，2011，32(8):480-486.

[8] Okumura F，Li Y，Itoh N，Nakanishi T，Isobe M，Andrews GK，et al.The zinc-sensing transcription factor MTF-1 mediates zinc-inducedepigenetic changes in chromatin of the mouse metallothionein-I promoter[J].Biochim Biophys Acta，2011，1809(1):56-62.

[9] Kurita H，Ohsako S，Hashimoto S，Yoshinaga J，Tohyama C.Prenatal zinc deficiency-dependent epigenetic alterations of mouse metallothionein-2 gene[J].J Nutr Biochem，2013，24(1):256-266.

[10] Yousuf S，Atif F，Ahmad M，Hoda N，Ishrat T，Khan B，et al.Resveratrol exerts its neuroprotective effect by modulating mitochondrial dysfunctions and associated cell death during cerebral ischemia[J].Brain Res，2009，1250:242-253.

[11] Wakida K，Shimazawa M，Hozumi I，Satoh M，Nagase H，Inuzuka T，et al.Neuroprotective effect of erythropoietin，and roleofmetallothionein-1 and-2，in permanent focal cerebral ischemia[J]. Neuroscience，2007，148(1):105-114.

[12] Yanagitani S，Miyazaki H，Nakahashi Y，Kuno K，Ueno Y，Matsushita M，et al.Ischemia induces metallothioneinⅢexpression in neurons of rat brain[J].Life Sci，1999，64(8):707-715.

[13] Edmands SD，Hall AC.Role for metallothioneins-Ⅰ/Ⅱinisofluranepreconditioningofprimary murine neuronal cultures[J].Anesthesiology，2009，110(3):538-547.

[14] Park YH，Lee YM，Kim DS，Park J，Suk K，Kim JK，et al.Hypothermia enhances induction of protective protein metallothionein under ischemia[J]. J Neuroinflamm，2013，10:21.

[15] Liu J，Qu W，Kadiiska MB.Role of oxidative stress in cadmium toxicity and carcinogenesis[J].Toxicol Appl Pharmacol，2009，238(3):209-214.

[16] Dietz RM，Weiss JH，Shuttleworth CW.Contributions of Ca2＋and Zn2＋to spreading depression-like events and neuronal injury[J].J Neurochem，2009，109(Suppl 1):145-152.

[17] Wakida K，Morimoto N，Shimazawa M，Hozumi I，Nagase H，Inuzuka T，et al.Cilostazol reduces ischemic brain damage partly by inducing metallothionein-1 and-2[J].Brain Res，2006，1116(1): 187-193.

[18] van Lookeren Campagne M，Thibodeaux H，van Bruggen N，Cairns B，Gerlai R，Palmer JT，et al. Evidence for a protective role of metallothionein-1 in focal cerebral ischemia[J].Proc Natl Acad Sci USA，1999，96(22):12870-12875.

[19] Koumura A，Hamanaka J，Shimazawa M，Honda A，Tsuruma K，Uchida Y，et al.Metallothionein-Ⅲknockout mice aggravates the neuronal damage after transient focal cerebral ischemia[J].Brain Res，2009，1292:148-154.

[20] He J，Huang C，Jiang J，Lv L.Propofol exerts hippocampal neuron protective effects via up-regulation of metallothionein-3[J].Neurol Sci，2013，34(2):165-171.

[21] Diaz-Ruiz A，Vacio-Adame P，Monroy-Noyola A，Méndez-Armenta M，Ortiz-Plata A，Montes S，et al.Metallothionein-Ⅱinhibits lipid peroxidation and improves functional recovery after transient brain ischemia and reperfusion in rats[J].Oxid Med Cell Longev，2014，2014:436429.

[22] Sohn EJ，Kim DW，Kim MJ，Jeong HJ，Shin MJ，Ahn EH，et al.PEP-1-metallothionein-Ⅲ protein ameliorates the oxidative stress-induced neuronal cell death and brain ischemic insults[J].Biochim Biophys Acta，2012，1820(10):1647-1655.

[23] McAuliffe JJ，Joseph B，Hughes E，Miles L，Vorhees CV.MetallothioneinⅠ，Ⅱdeficient mice do not exhibit significantly worse long-term behavioral outcomesfollowingneonatalhypoxia-ischemia: MT-Ⅰ，Ⅱ deficient mice have inherent behavioral impairments[J].Brain Res，2008，1190:175-185.

[24] Rodrigo R，Fernández-Gajardo R，Gutiérrez R，Matamala JM，Carrasco R，Miranda-Merchak A，et al.Oxidative stress and pathophysiology of ischemic stroke:novel therapeutic opportunities[J].CNS Neurol Disord Drug Targets，2013，12 (5):698-714.

[25] Quesada AR，Byrnes RW，Krezoski SO，Petering DH.Direct reaction of H2O2with sulfhydryl groups in HL-60 cells:zinc-metallothionein and other sites[J]. Arch Biochem Biophys，1996，334(2):241-250.

[26] Lindeque JZ，Levanets O，Louw R，van der Westhuizen FH.The involvement of metallothioneins in mitochondrial function and disease[J].Curr Protein Pept Sci，2010，11(4):292-309.

[27] Guo J，Guo Q，Fang H，Lei L，Zhang T，Zhao J，et al.Cardioprotection against doxorubicin by metallothionein Is associated with preservation of mitochondrial biogenesis involving PGC-1α pathway [J].Eur J Pharmacol，2014，737:117-124.

[28] Dong F，Li Q，Sreejayan N，Nunn JM，Ren J. Metallothionein prevents high－fat diet induced cardiac contractile dysfunction:role of peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator 1alpha and mitochondrial biogenesis[J].Diabetes，2007，56(9):2201-2212.

[29] Xie Y，Li J，Fan G，Qi S，Li B.Reperfusion promotes mitochondrial biogenesis following focal cerebral ischemia in rats[J].PLoS One，2014，9 (3):e92443.

[30] Yin W，Signore AP，Iwai M，Cao G，Gao Y，Chen J.Rapidly increased neuronal mitochondrial biogenesis after hypoxic-ischemic brain injury[J]. Stroke，2008，39(11):3057-3063.

[31] Yu X，Guo J，Fang H，Peng S.Basal metallothionein-Ⅰ/Ⅱ protects against NMDA-mediated oxidative injury in cortical neuron/astrocyte cultures [J].Toxicology，2011，282(1-2):16-22.

[32] Lee SJ，Koh JY.Roles of zinc and metallothionein-3 in oxidative stress-induced lysosomal dysfunction，cell death，and autophagy in neurons and astrocytes[J].Mol Brain，2010，3(1):30.

[33] Belousov AB.Novel model for the mechanisms of glutamate-dependent excitotoxicity:role of neuronal gap junctions[J].Brain Res，2012，1487:123-130.

[34] Stelmashook EV，Isaev NK，Lozier ER，Goryacheva ES，Khaspekov LG.Role of glutamine in neuronal survival and death during brain ischemia and hypoglycemia[J].Int J Neurosci，2011，121(8):415-422.

[35] Chung RS，Hidalgo J，West AK.New insight into the molecular pathways of metallothionein-mediated neuroprotection and regeneration[J].J Neurochem，2008，104(1):14-20.

ReguIatory roIe of metaIIothionein in process of ischemic brain injury

GUO Jia-bin，FENG Min，ZHANG Li，PENG Shuang-qing
(Evaluation and Resarch Center for Toxicology，Institute of Disease Control and Prevention，Academy of Military Medical Sciences，Beijing100071，China)

Metallothionein(MT)is a cysteine-rich and low-molecular metal binding protein.Three isoforms of MT have been found in the central nervous system，including MT-Ⅰ，Ⅱ，andⅢ.MT is widely involved in many critical activities in the central nervous system，such as neuronal growth，autodefensive reaction，immune-regulation，and repair of cerebral injury.MT exerts many important biological functions like scavenging of free radicals，regulation of ion homeostasis in brain cells，detoxification of heavy metals，anti-inflammation，and anti-apoptosis.Recently，MT has been increasingly shown to have protective effects against cerebral ischemia.MT promises to be an important target for prevention and/or treatment of cerebral ischemic disease.In this review，the expression and regulation characteristics，and the effect of cerebral ischemic stress on MT expression have been summarized，with focus on the neuroprotective effect of MT and its possible underlying mechanisms.

metallothionein；central nervous system；brain ischemia

PENG Shuang-qing，Tel:(010)66948462，E-mail:pengsq＠hotmail.com

R963

:A

:1000-3002(2014)06-0898-06

10.3867/j.issn.1000-3002.2014.06.013

Foundation item:The project supported by National Natural Science Foundation of China(81102424)；National Science and Technology Major Project(2009ZX09501-034)；and National Science and Technology Major Project (2012ZX09J12203)

2014-07-04 接受日期:2014-10-30)

(本文編輯:喬 虹)

國家自然科學基金(81102424)；國家科技重大專項(2009ZX09501-034)；國家科技重大專項(2012ZX09J12203)

郭家彬，男，博士，主要從事心腦血管藥理毒理學與藥物毒理學研究，E-mail:gjb321＠163.com

彭雙清，Tel:(010)66948462，E-mail: pengsq＠hotmail.com