作者：赵飞，房洁，尹迪，朱晶，青岛市口腔医院老年口腔科
铸造合金材料因其良好的性能在口腔临床中被广泛应用，然而这些材料在长期使用中受复杂的口腔微环境影响，部分金属离子会缓慢析出，考虑到这些金属离子对机体造成的潜在危害，探索安全、高效的重金属解毒物质是目前国内外学者关注的焦点。金属硫蛋白作为一种高效的抗氧化剂，由于其强大的生物学功能和广泛的应用前景，目前被应用于多个领域。
在其诸多的生物学功能中，解毒重金属及抗氧化应激两大功能，与口腔金属材料毒副作用密切相关，也是目前学者们研究的热点。本文阐述了牙科常用的非贵金属合金材料析出的金属离子诱导氧化应激的机制，以及金属硫蛋白解毒重金属和抗氧化应激的两大作用，归纳了金属硫蛋白与口腔疾病的相关性研究，期望能为将其作为重金属解毒物质或疾病的治疗靶点，应用于口腔领域提供参考依据。
1. 牙科非贵金属合金材料析出的金属离子诱导氧化应激
牙科铸造合金材料在临床上被广泛应用，与生物性能优良的贵金属合金相比，价格相对低廉的非贵金属合金仍占据了广泛的牙科市场，然而随着时间的推移，受复杂的口腔微环境影响，这些合金材料会发生腐蚀，进而导致金属离子析出。大量研究证实析出的金属离子会诱导氧化应激，给机体带来不同程度的慢性毒副作用。
我们前期的研究发现牙科材料中常见的镍（Ni）、铬（Cr）、钴（Co）金属离子能诱导人类牙龈成纤维细胞的细胞凋亡。国内外大量研究也证实Ni、Cr、Co等金属离子会形成细胞内氧化应激源，通过不同的机制诱导过氧化物和超氧化物产生，通过氧化应激引起机体的氧化损伤。学者们发现Cr、Ni、镉（Cd）等金属介导形成的自由基可引起DNA碱基突变、脂质过氧化，后者又进一步与氧化还原金属反应，产生致癌和致突变的丙二醛和环外DNA加合物。
另有研究表明，Cd能诱导产生过量的活性氧（ROS），导致DNA损伤并阻断其修复，使细胞增殖减少，促进其凋亡；同时这些损伤可导致癌症的发生和一些器官系统的损害，如肾脏、呼吸系统、生殖系统等。此外，若将植物暴露于富含Cd的环境下，Cd可抑制其光合活性、酶活性和营养物质运输，对生长发育也会产生有害影响。
在牙科材料的最新研究中，kovač等以Ni、Cr、Co、钼（Mo）、铁（Fe）和钛（Ti）金属离子的混合物模拟了不同的口腔正畸合金材料，用不同浓度的金属氯化物处理酵母细胞。结果表明，当浓度高达1000µmol/L，所有模拟正畸合金均具有细胞毒性；对于钴铬合金，甚至100µmol/L也具有细胞毒性；不锈钢和钴铬合金组的酵母均存在活性氧和氧化损伤，只有模拟的镍-钛和β-钛合金没有诱导任何测试菌株的氧化应激，可见正畸合金材料的部分金属离子具有细胞毒性，诱导氧化应激，且与浓度有关。
2. 金属硫蛋白及其生物学功能
金属硫蛋白是一种广泛存在于大部分生物体内的低分子量蛋白质，由60～68个氨基酸组成，其中约20个氨基酸是还原型半胱氨酸，可与锌(Zn)、Cd、Ni、Co等金属紧密结合，参与诸多生理病理过程。目前，国内外大量研究证实金属硫蛋白具有调节体内金属离子平衡、解毒重金属毒性、抗氧化应激、抑制细胞凋亡、抗电离辐射等作用，还与多种疾病的发生有密切关系；诸多作用中研究最多、与口腔领域密切相关的是解毒重金属及抗氧化应激两大作用，下面分别进行论述。
金属硫蛋白对金属离子的解毒作用及其机理：金属硫蛋白由于其独特的分子生物学结构，对多种重金属离子具有高亲和力，可螯合重金属离子，降低其对机体的损害。当机体接触金属离子后，一方面，这些金属离子会争夺占据机体内金属硫蛋白原有金属离子的结合位点，从而减少体内这些重金属的蓄积，增加其排泄；另一方面，金属硫蛋白与重金属离子螯合形成复合物后，可通过溶酶体从细胞质内排到细胞外，从而减少对机体的损害。
Park等在研究金属硫蛋白对Cd和其他金属解毒应用的实验中，通过给正常小鼠和敲除了金属硫蛋白基因的小鼠皮下注射Cd、Zn、汞(Hg)、砷(As)等金属，通过横向和纵向对比半数致死量（LD50）发现，两组小鼠在注射了不同重金属离子的情况下死亡率差异明显，其中镉处理的小鼠LD50最高，比敲除金属硫蛋白基因的小鼠高6.9倍，研究表明，金属硫蛋白对细胞防御金属毒性具有重要作用，对Cd的解毒作用最强。
另外，金属硫蛋白在植物学方面的研究表明，在铜（Cu）和Cd过量的条件下，与敲除金属硫蛋白的拟南芥植株相比，金属硫蛋白高表达的植株对Cd的抵抗性更强；与cad1-3突变体的植株相比，结合金属硫蛋白的cad1-3突变体对Cu和Cd具有更高的敏感性。这些结果表明，金属硫蛋白能保护植物对抗Cu和Cd的金属毒性。此外，金属硫蛋白的表达水平还与重金属离子的含量密切相关，有学者研究了黄鳝体内金属硫蛋白的表达与重金属含量的季节变化，发现其肝脏中Zn、Cd、Ni的含量与金属硫蛋白的水平呈正相关，其金属含量越高，金属硫蛋白基因的表达水平越强，提出金属硫蛋白可作为金属暴露的生物标志物，并对这些金属对机体产生的生物危害，发挥一定解毒作用。
Sauliutė等对多组分金属（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）混合物对不同鱼类毒性的影响进行了研究，通过观察金属积累和金属硫蛋白反应模式的关系，发现虽然不同组织内金属的积累量不同，但金属硫蛋白呈现高表达的反应模式，且与金属的浓度正相关；这些研究还可应用于环境污染的检测中。另一方面，金属硫蛋白解毒重金属离子有一定的限定范围，当超过其临界值后，机体无法产生足够的金属硫蛋白来保护自身免遭高浓度金属离子的损害。
金属硫蛋白抗氧化应激的作用及其机理：研究证实，金属硫蛋白的抗氧化保护作用明显优于其他抗氧化剂，其清除氧自由基的能力是谷胱甘肽（GSH)的25倍，清除羟自由基的能力是超氧化物歧化酶（SOD）的100倍。它以一种氧化还原依赖的机制捕获中和自由基，包括Zn的结合和释放；同时，作为细胞内主要的Zn池，在生理条件下，一个金属硫蛋白分子可结合多达7个Zn离子，两者的结合主要受细胞氧化还原状态的影响，其中金属硫蛋白半胱氨酸残基的氧化促进了Zn从这些蛋白质转移到多种金属蛋白和转录因子上，从而调节诸多细胞过程。另一方面，金属硫蛋白作为一种潜在的抗氧化剂，可保护各种ROS和活性氮(RNS)对机体造成的氧化损伤，如对眼部、中枢神经系统、心血管系统等部位的氧化损害。
近年来诸多比较有代表性的研究，如：Álvarez-Barrios等研究了金属硫蛋白对眼睛的抗氧化保护机制，结果表明Zn-金属硫蛋白氧化还原循环作为眼表、晶状体、视网膜等不同组织的抗氧化防御系统；Zn占据的结合位点数量不同，金属硫蛋白抗氧化能力不同，角膜中最高，这与暴露在较高氧化环境下的外层需要更有效的抗氧化系统有关；同时，该研究提到Zn-金属硫蛋白氧化还原系统可以作为对抗眼组织氧化应激的治疗靶点，可通过诱导金属硫蛋白合成、硫蛋白系统再生或两者的再激活，来治疗年龄和氧化应激相关的眼病。
另有学者利用安捷伦44 K水稻芯片和RT-PCR技术，检测了在Cr(VI)或Cr(Ⅲ)不同浓度的诱导下，金属硫蛋白参与水稻幼苗的金属螯合和ROS清除；结果表明，两种Cr处理的水稻组织中金属硫蛋白的表达均增强，H2O2和O2-自由基的积累都很明显，前者比后者波动更明显，这与调控ROS的金属硫蛋白基因表达位点及机制不同有关。
Šulinskienė等通过向小鼠腹腔注射Ni Cl2金属盐溶液，来观察Ni离子对小鼠脑细胞氧化状态的影响，评估金属硫蛋白作为氧化应激生物标志物以及氧化还原调节剂的作用，发现小鼠大脑中金属硫蛋白含量明显上升，Zn对Ni诱导的谷胱甘肽和脂质过氧化均有保护作用，能有效保护大脑细胞免受镍的神经毒性损伤。
另有学者研究发现，饲料中Cr的浓度水平对石斑鱼的氧化应激指标和金属硫蛋白的基因表达有显著影响，当饲料中Cr的浓度增加时，其幼鱼肝脏和鳃的SOD活性提高，GSH水平降低，金属硫蛋白的基因表达增强；当浓度超过120 mg/kg时，可引起抗氧化反应及金属硫蛋白表达的显著变化。
3. 金属硫蛋白与口腔疾病的关系
鉴于金属硫蛋白的诸多作用和强大的市场潜力，能否更好地将其开发和利用，是学者们关注的焦点；在医学领域，学者们对金属硫蛋白在肿瘤发生和进展过程中的作用产生了浓厚的兴趣，也证实了金属硫蛋白在正常细胞和肿瘤细胞生长中发挥着重要作用；近年来，金属硫蛋白与口腔疾病的相关性研究也不断增多。
国内学者陈恒雯等通过免疫组化的方法检测口腔鳞状细胞癌中金属硫蛋白的定位及表达水平，发现金属硫蛋白的表达与OSCC的分化程度有关，分化程度越低，恶性程度越高，金属硫蛋白的表达就越强，但金属硫蛋白在癌旁及正常口腔黏膜上皮组织中同样表达，只是表达强弱不同。另有研究证实，在快速增殖的组织中能检测到金属硫蛋白有很高的合成率。
国外学者Palati等在探讨金属硫蛋白与口腔鳞状细胞癌关系的实验中发现，金属硫蛋白在肿瘤组织的细胞质和细胞核中均有表达，外周细胞中金属硫蛋白表达增加，8052394个金属硫蛋白等位基因的突变，导致OSCC患者的生存率降低。
Mendes等用免疫组化的方法检测了40例口腔扁平苔藓（OLP）和20例口腔苔藓样病变（OLL）中金属硫蛋白的表达。结果表明金属硫蛋白的表达水平与OLP的严重程度相关，白色OLP的基底和旁基层的金属硫蛋白浓度高于红色OLP中金属硫蛋白的浓度；此外，与OLL相比，金属硫蛋白更频繁地出现在OLP的细胞质和细胞核中。金属硫蛋白表达的差异与OLP和OLL的发病机制及临床表现密切相关，但现有数据还不足以为金属硫蛋白作为诊断和管理这些病变的指标提供临床依据。
目前，尽管这一领域有大量的数据，但它们并不一致：一方面，部分研究证实，在多种疾病中如乳腺癌、肾癌、口腔癌等，金属硫蛋白表达增强；但另一方面，学者们也认为金属硫蛋白的表达是健康组织的一种适应性反应，其表达的增强有利于细胞存活和增殖，保护DNA使机体免受氧化损伤，从而降低了其致癌突变的可能性。由此可见，金属硫蛋白在肿瘤发生和进展过程中是一把“双刃剑”，目前的研究还只局限于其在疾病中的表达水平，相应的作用机制还需要进一步的探索。
由于金属硫蛋白强大的生物学功能，目前已经广泛的应用于分子生物学、毒理学、医学保健、环境学以及肿瘤的预防和治疗等领域，但其用于口腔方面的研究还较少，目前的研究还局限于其与口腔疾病的相关性，鉴于牙科合金材料析出的金属离子可诱导氧化应激对机体造成损伤，而金属硫蛋白可螯合金属离子解毒，以及抗氧化应激，能否从抗氧化剂的角度将其用于口腔领域来干预或阻断合金材料对机体的氧化损伤是值得期待的；同时，金属硫蛋白与多种口腔疾病的发生发展密切相关以及其在肿瘤发展过程中的双面性，能否作为靶向诊断或治疗疾病的标志物还需要进一步研究。
来源：赵飞,房洁,尹迪,等.金属硫蛋白在口腔领域的研究进展[J].北京口腔医学,2024,32(03):222-225.
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