金屬硫蛋白 三 的應用

重金屬如鎘、鉛、汞、砷、硒、鋅、鉻等工業污染己經逐漸成為世界環境的重大問題，在台灣，調查顯示農地遭受重金屬污染程度在中部地區相當嚴重，去年在虎尾所爆發之鎘米事件嚴重地打擊了消費者的信心，繼之，今年在彰化及屏東也發現了農田遭受重金屬危害的案例，這不僅使政府及地方在提昇國產農產品品質形象的努力遭受挫折，對於環境生態而言更是一大衝擊，而遭污染危害的農田也只能休耕以對，使本國農民成為工業污染最終的受害者。
　　植物己知可經由吸收累積之過程來移除土壤中之重金屬，利用植物來進行受金屬污染的土地的復育工作(或稱為植物復育，phytoremediation)己被廣泛注意，然而許多可耐高量重金屬之植物其生長皆相當緩慢，因此利用速生植物進行轉殖，並提高其耐金屬及累積金屬的涵量(capacity)來進行土地復育為一可行之方法。
　　在植物忍受與隔離重金屬危害的機制中，金屬硫蛋白(Metallothionein, MT)與金屬螯合素(Phytochelatins, PCs)扮演了相當重要的角色。典型的金屬硫蛋白具有61-74個胺基酸，其中含有20個半胱胺酸(cysteine)，每一個金屬硫蛋白可以結合七個二價離子如鎘、鉻、鋅等。
　　金屬螯合素則主要由麩光甘汰(glutathione, GSH)所構成，其結構為麩胺酸-半胱胺酸-甘胺酸(r-Glu-Cys-Gly)，GSH可以保護植物細胞減少氧化逆境傷害(oxidative stress damage)，例如由鎘所引起的脂質過氧化反應。GSH同時也是金屬螯合胜汰(phyto-chelations peptides，簡稱PCs)的前驅物。PCs這一群金屬螯合胜汰的一般結構為(r-Glu-Cys)n-Gly,，n= 2~11。當金屬離子侵入細胞時，會破壞胞內酵素，這時金屬螯合胜汰會和金屬離子結合形成小分子量的複合體以迅速解除金屬毒害，之後再將這些金屬複合體運送到液胞中加上硫形成較穩定的結構。
　　目前研究顯示動物存在金屬硫蛋白以抵抗重金屬毒害，植物則同時含有類似金屬硫蛋白酵素以及金屬螯合胜汰。目前國際上有相當多的研究探討金屬螯合胜汰的作用機制與清除金屬離子的效果。在應用上的主要考慮是(一)使用生長速率快的植物，例如芥菜，能快速累積生物質量。(二)利用基因轉殖導入金屬硫蛋白酵素或金屬螯合胜汰合成酵素(例如r-glutamylcysteine synthetase及glutathion synthetase)，經過上述兩個關鍵酵素後可合成GSH，之後GSH經由PC synthetase之作用而形成PCs。
　　研究顯示在正常植物中，r-ECS是GSH生合成的速率限制步驟，在芥菜(Brassica juncea)殖入大腸桿菌(E. coli)之r-ECS可大幅提高植物GSH與PCs含量，同時忍受及累積重金屬鎘之涵量也隨之提高，在水耕狀況下，轉殖植株比對照組可增加近兩倍的鎘金屬吸收量。除了利用基因轉殖之外，如何提高土壤中金屬離子有效性以利植物吸收，也是研究的重點之一。
　　目前農地遭受重金屬及其他工業污染已是事實，除了休耕之外，研究單位或許應思考更積極的處理方式，讓農村真正成為兼具生態、生產與生活功能的地方。


MT具有廣譜高效的保健效果和極高的醫療價值，其用途大致如下：
一、保健食品： 用MT製成的口服液或膠囊具有清除人體的自由基的作用，根據人體的需要配製而成。不斷清除自由基是保持人體健康的最有效方法，從而增強人體的免疫功能、降低血脂、清潔血液達到延緩衰老的目的，提高生活質量。


二、重金屬解毒素： 有毒重金屬一般是指鉛、砷、汞等，一旦中毒是很難治癒的，MT可以與鉛、砷、汞等有毒金屬緊密結合，使它們無法毒害其他生物大分子，從而起到解除重金屬對人的毒性。MT對各種不同金屬的結合能力不同，結合力由強到弱的順序爲(銀)Ag＞(汞)Hg＞（鎘）Cd＞（鉛）Pb＞（鋅）Zn，Zn和Pb與MT結合的平衡穩定常數分別爲：
KZn=1×1018M-1
KPb=1×1020 M-1
也就是說MT與Pb結合力要比與Zn強200倍，換言之，口服Zn-MT在人體內遇到鉛（Pb）時，Pb將與MT結合成Pb-MT，而把對人體有益的鋅（Zn）置換下來即
Pb2++Zn-MT=Pb-MT+Zn2+
這樣鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）等對人體極有毒性的重金屬與MT結合後，重金屬毒性不能發揮，即重金屬的毒性越強，MT的解毒作用越強。而將對人體有益的微量元素釋放出來，調節微量元素的代謝。這對保護大腦、肝、腎等人體重要器官具有極重要的意義這對保護大腦、肝、腎等人體重要器官具有極其重要意義。用MT製成的解毒劑主要用於重金屬中毒人員搶救治療，可用于礦工、冶煉工人和受重金屬污染地區人員的日常保健。


三、 抗輻射劑： X-射線、紫外線及各種電離輻射對身體造成損傷的主要機理之一，就是産生大量自由基和具有高度的活性物質，這些産物可破壞生物大分子，如蛋白質、不飽和脂肪酸、DNA、酶及細胞膜，而使它們不能發揮正常的生理功能，久而久之，被輻射的人員出現早衰、壽命縮短、罹患皮炎、血液病、腫瘤、癌症。MT含豐富的細胞組織，可抵抗離輻射或紫外線引起的細胞組織損傷。小鼠藥效試驗己初步證實，MT具有拮抗鈷60輻射、對由急性放射線疾病所引起的血小板損傷有恢復作用，用MT製成的抗輻射劑適用於醫院X-光透放操作人員、同位素接觸人員、飛行員、空姐及放療病人。


四、護膚美容： MT不僅可以清除體內産生的自由基及調節人體代謝平衡，而且還可以有效抵抗各種有害氣體（如汽車尾氣、工業廢氣、煙霧等），它可以加速面容各種炎症（如青春痘）的康復，用MT製成的護膚美容品，其保健效果奇佳，各類人員均可使用。


五、腸胃潰瘍康復劑： 將MT靜脈注射給大鼠動物實驗，結果證明MT能加強潰瘍遮罩系統的形成，從而促進腸胃疾病的康復。


六、防癌抗腫瘤： 在腫瘤預防和治療中，MT可保護細胞抵抗自由基、重金屬、烷化劑、輻射及紫外線致癌，所以MT具有廣泛的防止細胞癌變和抗腫瘤作用。


七、補鋅劑： 嚴格地講，我們生産的MT應該稱爲Zn-MT（即鋅金屬硫蛋白），是結合Zn的MT，所以有人把MT也稱爲生物鋅，一個分子的MT能結合5-7個鋅原子。如5mg的MT中的含鋅量爲5×1016個。鋅爲人體必需的一種元素，俗稱“生命之光”。鋅的缺乏會引起多種機能障礙：如生長不良及生殖器官發育受損、兒童常見的多動症、傷口癒合不良、對味道的敏感減弱、性功能衰退等。實驗證明，口服鋅金屬硫蛋白半小時後，人體中鋅值明顯升高，一小時達到最高值，並能維持8小時以上。因此補充鋅能使生命充滿智慧、活力和熱情。