金属硫蛋白——一种新的安全驱铅手段

      铅是人类较早使用的金属之一，用途广泛，与工业生产和人民生活均有密切关系。目前铅的产量在有色金属中占第四位，铅可通过呼吸道、皮肤及胃肠道等途径进入人体。根据三室模式计算，在血铅和一些迅速交换的软组织中铅的半衰期是19~21天，软组织包括骨骼肌中铅的半衰期是35~40天，而骨骼中是20年。铅主要由粪便、尿液等排出，但如果排出量小于吸收量，就会产生血铅增高，软组织内蓄积铅，吸收到体内的铅贮藏到骨骼内形成不溶性磷酸铅，并对人体产生各种危害。

      历史上，临床传统（特别是劳动卫生和职业病）使用的驱铅药物，如依地酸二钠钙(CaNa₂EDTA)、青霉胺、二巯基丙醇、二巯基丁二酸钠等均为络合剂，多用于重症铅中毒病人的治疗；不适合亚临床病变的早、中期铅中毒患者。主要问题是较大的副作用。如络合综合症、过敏反应、肾脏损害等，不适于预防用药。CaNa₂EDTA只能注射给药，能与大多数络合常数大于钙的金属离子结合成络合物，由尿排出，同时排出了许多有益元素如Zn、Cu、Fe、Mn等，还可产生全身反应如寒战、发热、疲乏、口渴、头痛、糖尿、血压暂时下降、贫血、皮炎、肾子管坏死等；青霉胺虽可口服，但服用后影响皮肤胶原的交换，使血清中巨球蛋白解离，并影响血清免疫球蛋白和免疫复合物以及白细胞的功能，其不良反应的发生率约20%～30%，过敏反应发生频繁；二巯基丙醇口服几乎不吸收，一般作深部肌肉注射，用于防治重金属对巯基酶的结合比复活受抑制的酶活性效果要好，在血浆中要以2∶1（二巯基丙醇∶金属）的浓度才可获最佳治疗效果。其不良反应率约50%，可抑制琥珀酸氧化酶系统，对中枢神经系统有与剂量相关的刺激作用，并有收缩小动脉的作用，所以其毒性限制了使用剂量；二巯基丁二酸钠与二巯基丙醇相似，但毒性较二巯基丙醇小；另外，临床上也使用促排灵（五醋三胺钙）和新促排灵（二乙三胺五醋酸锌三钠），也只能用于注射，药理作用与CaNa₂EDTA相似，大剂量可损害肝肾。

     由于铅的危害逐渐被人们认识和了解，预防低、中级中毒浓度的铅对人们特别是儿童的损害，已是刻不容缓的了。多年来，国内外临床上一直使用络合剂作为驱铅治疗的主要药物，该类药物多使用不便，副作用大，不适于预防用药，特别是亚临床期的儿童，因此，寻找更为理想的驱铅药物已成了许多药物工作者的重要工作。二十世纪七十年代开始，研究者在许多方面进行了非络合物驱铅方法的探索。如使用Zn、Ca、Fe、Vc、果胶纤维素、半胱氨酸、中草药等产品进行驱铅。无机元素Zn、Ca、Fe等与铅（Pb）有取代和拮抗的相互作用，Zn还可诱导机体产生金属硫蛋白（MT）达到驱铅的目的，但是，如果人体必需的微量元素大大超过了机体调节能力，同样对人体是有害的，Zn被人们誉为“生命之花”参与人体内80余种酶和蛋白质核酸的合成，但当体内锌量超过正常值，就可引起锌中毒，慢性则表现为食欲不振、腹痛、呕吐以及顽固性贫血等症状，急性锌中毒的临床表现则与锌进入体内的途径有关。同样，过量的Fe（在体内超过正常量的10—20倍）也可出现慢性中毒症状，肝、脾有大量的铁沉着，可表现为肝硬化、骨质疏松、软骨钙化、皮肤呈棕黑色或灰暗，胰岛素分泌减少而导致糖尿病；Vc在体内可使氧化型谷胱甘肽转变为还原型谷胱甘肽，保护酶系统的活性巯基免受毒物破坏，但用于解毒时须同时应用其他疗效较好的特异性解毒剂，其配伍禁忌多，大量或长期使用后，可有恶心、烧心、腹痛、头痛、排尿困难、高尿酸血症及结晶尿等；果酸、纤维素可使肠道中的铅沉淀，减少吸收并促使排出，但对非肠道吸收的铅及体内蓄积的铅则无大疗效；L—半胱氨酸是注射剂，注射过快可出现呼吸抑制，还可引起恶心、呕吐、嗜睡、白细胞减少等副作用；中草药驱铅也有报道，但他们的化学成分复杂，有些药物疗效较好，如中医认为“解百药毒”的甘草，其所含的甘草甜素能与有毒金属如铅、镉、汞等结合并排出体外，又可调节体内宏量和微量元素的水平，但其内服可至假性醛固酮增多症、低血钾并诱发肝昏迷、血压升高，幼儿长期吮吸至中毒等不良反应，美国等国家不允许中国甘草及含甘草制剂进口。上述各种思路先后被排除和否定，最后金属硫蛋白被选定为有科学性的，值得探索的途径。欧洲优利卡计划正式列为基础前沿课题，予以重大人力、物力支持。从二十世纪七十年代末已启动了相关研究。中国863计划在追踪前沿课题中，亦列为重大基础

      金属硫蛋白(metallothionein)简称MT，是新近发现的一种机体内源性物质，分子量介于6000～7000Da之间，通常含有61个氨基酸，其中20个为半胱氨酸，可以与7个二价金属离子形成两个独立的金属簇。属一类低分子量富含半胱氨酸的金属结合蛋白，广存于生物体内。他的主要功能有：参与微量元素的贮存、运输和代谢，拮抗电离辐射、强力清除自由基，重金属解毒作用，参与激素和发育过程的调节、增强机体对各种应激的反应，参与细胞DNA的复制和转录、蛋白质的合成与分解、能量代谢等的调解过程；其中微量元素代谢和重金属解毒功能近年来越来越受到人们瞩目，特别是对接触低浓度铅而致的亚临床病变的早期铅损害的保护作用，受到了专家们的肯定。

       铅中毒主要损伤三个系统：造血系统、神经系统和肾脏，另外对染色体、精子的生成、胚胎发育等均有影响。血铅增高可影响血红素合成过程中的几个酶：氨基酮戊酸合成酶（ALAS）、氨基酮戊酸脱水酶（ALAD）、粪卟啉原脱羧酶、血红素合成酶。铅在低剂量时就可与ALAD中的巯基结合，使酶失去活性，若有MT的存在则可保护酶上的—SH使酶保持活性，铅还可作用于成熟红细胞膜，改变其蛋白构象，使其溶血破裂，MT可在红细胞膜外形成保护层，使铅无法破坏细胞膜，保护红细胞不溶血，这点已经实验证明；铅对神经系统的毒作用机理较复杂，线粒体是铅神经毒性的亚细胞靶器官，铅作用于线粒体部位至少有三种共同的毒性：（1）铅对血红素合成的效应，（2）铅对氧化磷酸化效应（3）铅对细胞内钙代谢的效应。铅首先引起了星形胶质细胞的损害，继而引起了微静脉内皮细胞的损害，从而造成了血脑屏障上最重要的结构成分的破坏。细胞膜是机体的第一道防线，随着细胞膜的损伤和老化，膜蛋白α螺旋含量降低，直至无序死亡。MT可使膜蛋白α螺旋含量增加，改善细胞膜的功能，并能提供—SH基保护Na—K—ATP酶的活性而维持膜蛋白的构象使细胞不受损害，维持血脑屏障，阻碍铅对大脑的损害；人体中75%~80%的铅是经肾脏排出的，铅在肾脏蓄积达一定量时，首先抑制了含—SH基酶的活性，干扰细胞内外离子的转运，从而导致肾小管的损害。铅中毒损伤肾小管可发生葡萄糖、氨基酸和磷的重吸收功能障碍。MT上的—SH基可保护肾小管，并且与铅结和后可经尿排出体外，不再被重吸收进入体内对机体造成毒害。

    外源性MT对机体铅中毒有双重保护作用，首先在消化道与铅结合后直接将铅排出体外，在体内与铅结合，保护含—SH基的酶活性，在细胞膜表面形成保护层，抵御铅的进攻损害，加速铅排出体外。MT是机体微量元素的调节剂，在排除铅的同时,不会像EDTA等络合剂那样引起体内微量元素失调，导致机体内的电荷失去平衡，而是在不破坏机体电荷平衡的状态下去除重金属。由中国医师协会儿童健康专业委员会领导的全国儿童期环境损伤防治协作组（前身为全国儿童期铅损伤防治协作组）所使用的金属硫蛋白口服制剂，通过国家卫生部食品卫生监督检验所的两阶段毒理试验证明，该产品属于实际无毒物，三项致突变试验均为阴性；同时，该所进行的慢性毒性试验（大鼠90天喂养）证明该产品对大鼠的一般表现、食物利用率、血常规血生化、脏器系数及病理组织学检查，各项指标均未见异常。该产品对大鼠体内铅的促排作用的实验证明，通过对大鼠的灌胃试验，该产品使铅中毒大鼠加速体内铅的排泄，降低组织及骨内的铅含量，并具有明显的防止铅中毒引起的血清SH值下降的能力。通过该产品对铅引起红细胞溶血的抑制试验，证明产品中的MT可夺取Pb²⁺，使红细胞膜受到保护，降低溶血率。因此，补充金属硫蛋白是一种既安全又有效的新型预防和驱铅手段。