生物化学论文
4. 4 铜蓝蛋白具有抗氧化作用
Cp 是一种重要的抗氧化剂，可以抑制由亚铁离子介导产生的活性氧； 同时，Cp 还可以进一步利用抗氧化作用，减少体内金属毒性，避免组织损伤及机体功能障碍。 有研究发现，Cp 能抑制黄嘌呤氧化酶，具有类似于超氧化物歧化酶对阴离子自由基的清除功能； Cp 不仅能与血液及组织液中Cu2 +结合，具有显着抑制 Cu2 +诱发的脂质过氧化作用，而且还可有效拮抗 Cu2 +诱发的红细胞水解[19]. 当氧化应激毒物三硝基甲苯（ TNT） 进入小鼠体内，经还原产生的 O2 -可由超氧化物歧化酶作用生成 H2O2,一般情况下 H2O2可与 Fe2 +发生Fenton 反 应 （ Fe2 ++ H2O2→ Fe3 ++ OH-+OH+） ,但当 Cp 存在时可通过其铁氧化酶活性竞争利用上述反应环境中的 Fe2 +并将其氧化为Fe3 +,于是 Fenton 反应被消除，抗氧化作用得以实现[20]. 此外，Cp 在体内还可诱导一氧化氮合成酶的表达，促进机体 NO 的合成，通过 NO 清除自由基的途径而间接发挥抗氧化的作用[21].
5 铜蓝蛋白与疾病
5. 1 铜蓝蛋白与遗传性铜蓝蛋白缺乏症
遗传性铜蓝蛋白缺乏症（ aceruloplasminemia）是一种罕见的常染色体上 Cp 基因的突变引起的疾病[23]. Cp 基因的错义突变使 Cp 的亚铁氧化酶的活性丧失，致使 Fe2 +无法氧化成 Fe3 +,进而不能与铁转运蛋白（ Fpn） 结合进行铁的输出[17]. 同时，也会引起神经系统中 Fe2 +大量沉积和 Fe3 +缺乏，从而造成神经细胞因营养缺乏和自由基累积，导致组织损伤以致最终引起神经系统退行性变性[17]. 尽管 Cp 因错义突变会导致其铜结合能力缺失[4],如 D58H,G631R,Q692K 和 G969S 等突变[24]; 但仍有一些突变体残存部分亚铁氧化酶活性，能与 Fpn 相结合，但比野生型 Cp 结合 Fpn 效率低（ I9F,Q146E,F198S,W264S,A331D,G606E,G876A） ; 在一位年轻的杂合的重度锥体外运动失调患者身上发现了 Cp R701W 突变，该突变导致Cp 不能结合铜，但是当含铜的谷胱甘肽或含铜的三磷酸腺苷酶（ Ccc2p,为 ATP7B 的同源基因） 与其一起表达时，Cp R701W 可以产生 holo - Cp 并使 Fpn 分子稳定，但这种稳定状态需要一定的 Cp活性水平才能维持[25],说明如果参与金属结合的ATP7B 基因不受损伤，Cp 基因的活性可以恢复。Cp R701W 也会造成大量活性氧的产生，但其具体机制仍不清楚。 治疗遗传性铜蓝蛋白缺乏症的关键是有效地进行铁清除，通过注射静脉含 Cp的血浆和去铁胺，可使肝中铁的浓度下降。
5. 2 铜蓝蛋白与 Wilson 疾病
威尔逊氏病（ WD,肝豆状核变性） 归因于ATP7B（ 位于 13 号染色体上） 的突变，它编码一个 ATP 依赖型的铜跨膜运输蛋白，该蛋白主要负责将铜转运到两条途径中，一条途径用来与 apo- Cp 相结合形成 holo - Cp; 另一条是将肝中多余的铜随胆汁排出肝脏，因而 ATP7B 功能的缺陷不仅会影响 Cp 的合成，还导致铜在肝脏和脑等器官中积累[10]. 研究发现，ATP7B 基因突变热点在不同人群之间有显着差别。 在西方患者中主要是3207 位的碱基 C→A 的点突变导致组氨酸被谷氨酰胺所替代，而在中国主要的基因突变位点则是第八外显子上的 2333 基因 G→T 的点突变，使精氨酸被亮氨酸所取代[26].
传统的 WD 病理学认为 ATP7B 突变会造成铜从细胞排出障碍，从而发生肝铜过载、肝细胞凋亡以及铜溢出到脑脊髓液中，造成中枢神经系统氧化损伤[27]. 但也有其他的病理学理论指出，在星形胶质细胞中 ATP7B 障碍可能导致产生受损Cp 进而导致 Fe 的流出[17],情况类似于遗传性 Cp缺乏症[28]. 威尔逊氏病必须进行药物终身治疗，严重者可以进行肝移植。
5. 3 铜蓝蛋白与其他相关疾病
Cp 的超氧阴离子自由基清除作用，使它具有一定的抗炎效应，因而被作为急性时相反应蛋白，在炎症反应、外科创伤或者感染时 Cp 的浓度将会加倍。 许多病理条件下 Cp 可以升高，如 1 型和2 型糖尿病、严重不稳定型心绞痛等心血管疾病、风湿性关节炎。 而在某些病理情况下（ 如 Wilson病中） Cp 却下降[3]. 近期研究显示，Cp 也介导房颤的炎症通路[29]. 阿尔茨海默病是由氧化应激效应对机体造成氧化损伤而产生的疾病，当 Cp功能障碍或其合成紊乱时，势必引起体内铜的蓄积，因此 Cp 也与阿尔茨海默病有关[30]. 另外，肿瘤生长需要血管生成，新血管的形成需要大量的铜，高浓度的 Cp 是铜离子的最好来源[13]. 因此，Cp 在恶性肿瘤的形成中有重要的作用，从癌症的临床治疗研究方面也证实 Cp 是一个有用的癌症治疗指标[31].临床上，铜蓝蛋白对某些肝、胆、肾等疾病的诊断也具有一定意义。 例如，Wilson 病患者血清铜蓝蛋白含量降低，超过 50% 的肝转移瘤、肿瘤引起胆道阻塞及胆石症病人血清铜蓝蛋白增高。肾病综合征时，血清铜蓝蛋白降低。 其他如一些传染病、白血病、缺铁性贫血病也可引起铜蓝蛋白增高。 现在已经有商品化的测定铜蓝蛋白含量的诊断试剂盒在使用。
6 铜蓝蛋白的演化
含铜结合位点的氧化酶家族分为单铜和多铜氧化酶家族。 单铜氧化酶包括菌蓝蛋白（ Rusticya-nin） 和杯蛋白 cupredoxin （ 如根瘤素 nodulins 和dinodulins） ,它们都只含有一个铜结合位点 T1Cu（ 亦称之为 blue copper binding domain,BCB do-main） ,已发现菌蓝蛋白主要介导细胞色素 C 和终端的细胞色素氧化酶之间电子传递，而杯蛋白在植物根部发育起作用。 铜蓝蛋白是属于多铜氧化酶蛋白家族（ MCP） 的成员，含有 BCB 位点以及结构域之间呈三角形状的铜离子连接位（ interdo-main copper binding site,IDCB site） ,主要包括 1个 T2Cu 和两个 T3Cu 以及 8 个组氨酸残基[4]. 这个家族成员根据蓝铜结合位点结构域（ BCB） 的组成和功能分为 3 大类，一类是亚硝酸还原酶（ 含有 2 个结构域） ,一类是漆酶和抗坏血酸氧化酶（ 含有 3 个结构域） ,一类是铜蓝蛋白（ 含有 6个结构域） . 进化分析显示铜蓝蛋白的 6 个结构域主要聚为两簇，1、3、5 结构域聚为 1 簇，2、4、6结构域聚为 1 簇，提示它们的祖先可能为 2 域蛋白[29]. 根据单铜和多铜氧化酶结构比较分析的结果，认为多铜氧化酶家族最初始于单铜结构域的复制，形成含有两个结构域的 MCO,同时伴随BCB 位点的复制以及 T2Cu 和 T3Cu 的产生，后两者组成了 IDCB 位点。 其进化的路径如下： 单铜氧化酶最先出现，然后出现2 域蛋白，包含2 个 BCB位点和 1 个 IDCB 位点。 随后，第一结构域中的BCB 位点缺失，形成 2dMCO - B. 如果一个单独结构域插入，则形成 AAO、漆酶等三域 MCO,而2dMCO - B 经过两次复制形成铜蓝蛋白等 6 域的MCO（ 图 3） .
7 小结
Cp 自从 1948 年被发现以后，不断在各种生物体中被发现。 迄今为止，人们发现几乎所有常见动植物机体中均有 Cp 的存在。 又因其与生物体生长发育、生物体内调节和人类疾病密切相关，从而使研究者在近几十年内对其蛋白结构、合成分布、特性、及生理功能等诸多方面展开了大量研究，尤其以该蛋白与人类部分疾病之间的联系研究报道较多，并取得了不少的成就，尽管如此，Cp仍有进一步的研究空间，例如 Cp 和其他多铜氧化酶结构的比较以及功能溯源等，这对我们理解Cp 以及其他多铜氧化酶家族的功能具有重要意义，值得进一步研究。（图略）
参考文献：
[1 ] Brown M A,Stenberg L M,Mauk A G. Identificationof catalytically important amino acids in human ceru-loplasmin by site-directed mutagenesis[J]. FEBS let-ters,2002,520（ 1 /2 /3） : 8 - 12.
[2 ] Korzh S,Emelyanov A,Korzh V. Developmental anal-ysis of ceruloplasmin gene and liver formation in ze-brafish[J]. Mechanisms of development,2001,103（ 1/2） : 137 -139.
[3 ] Jiang R,Hua C,Wan Y,et al. Hephaestin and cerulo-plasmin play distinct but interrelated roles in iron ho-meostasis in mouse brain[J]. The Journal of nutri-tion,2015,145（ 5） : 1003 - 1009.