李天穎，李前勇，張德志，謝京君，王慶華

（西南大學(xué)榮昌校區(qū)動(dòng)物醫(yī)學(xué)系，重慶 榮昌 402460）

銅藍(lán)蛋白（Ceruloplasmin）是人和動(dòng)物血液中存在的一種含銅的具有氧化酶活性的α2糖蛋白，它是由Holmberg在1948年首次發(fā)現(xiàn)并命名的一種金屬蛋白，能結(jié)合95%以上的血清銅，外觀呈現(xiàn)藍(lán)色。自該蛋白發(fā)現(xiàn)以來的近70年時(shí)間，國外學(xué)者對(duì)其功能和作用展開了大量研究和探索，并取得了許多重要成果。近年來，隨著人們對(duì)Wilson′s病、帕金森氏癥及阿爾茨梅病等人類重要疾病的深入研究，銅藍(lán)蛋白的功能和作用也越來越多地引起了國內(nèi)外學(xué)者的重視和關(guān)注，為了能更好地了解銅藍(lán)蛋白質(zhì)生理作用的研究進(jìn)展，本文綜述了銅藍(lán)蛋白質(zhì)的氧化酶作用、抗氧化作用及在機(jī)體鐵、銅穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮的生理作用。

1 氧化酶作用

銅藍(lán)蛋白屬于多銅氧化酶家族成員，也是該家族成員中能結(jié)合分子氧并將其還原成水的少數(shù)重要酶類之一。銅藍(lán)蛋白獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特征，使其能借底物的一電子氧化催化分子氧的四個(gè)電子還原成兩個(gè)水分子，其反應(yīng)過程見圖1。在反應(yīng)過程中，銅藍(lán)蛋白的銅原子發(fā)生一個(gè)功能單位的氧化還原中心線性排列，該功能單位內(nèi)的T1位點(diǎn)可從底物攝取單個(gè)電子并轉(zhuǎn)運(yùn)到三環(huán)族上，并用獲取的電子還原分子氧成水。銅藍(lán)蛋白分子內(nèi)電子從T1位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到氧鍵位點(diǎn)的過程中，可消耗、氧化各種底物而不釋放各種氧自由基（ROS）。

圖1 銅藍(lán)蛋白催化氧還原成水的反應(yīng)過程，“S”為底物

研究證實(shí)，血漿銅藍(lán)蛋白可催化鐵離子和銅離子等無機(jī)生理底物，它可氧化Fe2+為Fe3+、Cu1+為Cu2+，以利于兩種金屬離子在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝。它還對(duì)機(jī)體其他有機(jī)組分所構(gòu)成的底物發(fā)生催化氧化作用，但形成的產(chǎn)物因生物種類的不同而有差異，具有一步電子氧化作用的生物，最終形成的產(chǎn)物是水；而對(duì)于哺乳動(dòng)物，形成的產(chǎn)物則為過氧化氫。這是一個(gè)胺氧化反應(yīng)過程，機(jī)體pH值及氯離子對(duì)其有明顯影響，報(bào)道證實(shí)，當(dāng)反應(yīng)體系的pH值達(dá)到5.2時(shí)，銅藍(lán)蛋白的胺氧化酶活性才會(huì)達(dá)到最佳，正常生理濃度的氯離子對(duì)銅藍(lán)蛋白胺氧化酶作用有很強(qiáng)的促進(jìn)作用[5]。此外，銅藍(lán)蛋白在機(jī)體內(nèi)還發(fā)揮鄰苯二酚氧化酶作用，它能催化酚氧化成相應(yīng)的鄰苯二胺，在動(dòng)物機(jī)體中能與該蛋白發(fā)生鄰苯二酚反應(yīng)的底物有對(duì)鄰苯二酚、鄰苯二酚取代物（如DOPA、神經(jīng)毒素6-羥基多巴胺）及多種神經(jīng)體液因子（如多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素、5-羥色胺及色氨酸）。

2 抗氧化作用

動(dòng)物機(jī)體中，許多結(jié)合有銅的蛋白質(zhì)，如銅藍(lán)蛋白（CP）、超氧化物歧化酶（SOD）和金屬硫蛋白，均具有明顯的抗氧化功能。血漿銅藍(lán)蛋白的抗氧化作用機(jī)制有亞鐵氧化酶活性、亞銅氧化酶活性、谷胱甘肽過氧化物酶的活性以及其清除活性氧的能力等。Goldsteim等研究發(fā)現(xiàn)，血清中正常濃度的銅藍(lán)蛋白能抑制黃嘌呤氧化酶調(diào)節(jié)的正鐵細(xì)胞色素C的還原作用，發(fā)揮類似于超氧化物歧化酶對(duì)O2-的清除功能。與超氧化物歧化酶的清除自由基作用比較，銅藍(lán)蛋白的這種作用顯得較弱，但卻比較恒定，即使在該蛋白發(fā)生變性的情況下仍然保持著除清自由基的作用，據(jù)報(bào)道這種現(xiàn)象可能是銅藍(lán)蛋白與O2-之間發(fā)生了直接化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。研究還證實(shí)，無論是具有活性的銅藍(lán)蛋白還是變性的銅藍(lán)蛋白均能與血液及組織液中Cu2+結(jié)合，從而顯著抑制由Cu2+誘發(fā)的脂質(zhì)過氧化作用，有人還提出，銅藍(lán)蛋白的抗氧化作用是血漿抗氧化能力的主要貢獻(xiàn)者。但也有研究表明，銅藍(lán)蛋白對(duì)過氧自由基和過氧化氫有敏感的氧化修飾作用[11-12]，甚至在銅藍(lán)蛋白分子出現(xiàn)單一的表面結(jié)合銅離子時(shí)，還表現(xiàn)出直接促氧化作用。

眾所周知，NO是L-精氨酸（L-Arg）在一氧化氮合成酶（NOS）催化下生成的，而NOS有兩種類型，即結(jié)構(gòu)型NOS合成酶（cNOS）和誘導(dǎo)型NOS合成酶（iNOS），其中誘導(dǎo)型NOS合成酶主要催化合成一氧化氮。生理濃度的NO能和羥自由基（·OH）反應(yīng)，生成HONO而減輕羥自由基對(duì)組織的損傷。有資料證實(shí)，銅藍(lán)蛋白有促使形成S-亞硝基谷胱甘肽的作用，當(dāng)將它加到培養(yǎng)的單核細(xì)胞中時(shí)，可誘導(dǎo)表達(dá)誘導(dǎo)型NO合成酶。Mukhopadhyay等在對(duì)高膽固醇血癥病人的研究中發(fā)現(xiàn)，銅藍(lán)蛋白確實(shí)有催化合成一氧化氮的作用。由此可見銅藍(lán)蛋白在機(jī)體內(nèi)還可通過促使S-亞硝基化谷胱甘肽的形成，誘導(dǎo)一氧化氮合成酶的表達(dá)，促進(jìn)機(jī)體一氧化氮的合成，通過一氧化氮除清自由基的途徑而間接發(fā)揮抗氧化的作用。

3 維持鐵、銅的穩(wěn)態(tài)

銅是人和動(dòng)物機(jī)體必需的微量元素，缺乏或攝入過多均會(huì)對(duì)健康造成不可忽視的影響，甚至引起死亡現(xiàn)象的發(fā)生。然而，游離的銅常對(duì)機(jī)體造成損害，研究證明，細(xì)胞內(nèi)游離的銅可導(dǎo)致羥自由基的形成，或經(jīng)多巴胺介導(dǎo)銅的氧化損傷發(fā)生，此外，銅在β-淀粉樣蛋白的表達(dá)和朊蛋白聚集體的裝配中還起重要作用。因此，保持機(jī)體中游離銅的穩(wěn)態(tài)是確保銅生理功能的發(fā)揮和正常代謝進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。Holmberg早在1944年就證實(shí)，銅藍(lán)蛋白結(jié)合了動(dòng)物血清中95%以上的游離銅，自由銅通常維持在極低濃度的結(jié)合蛋白、分子伴侶蛋白的分子內(nèi)或亞細(xì)胞內(nèi)，Jeong等報(bào)道，銅藍(lán)蛋白可為機(jī)體各種細(xì)胞提供最優(yōu)先的銅源，是機(jī)體銅的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。由此可知，銅藍(lán)蛋白在機(jī)體銅動(dòng)態(tài)平衡中起著至關(guān)重要的作用。

銅藍(lán)蛋白還在機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)的控制中發(fā)揮著不可忽視的作用。對(duì)人類的一些遺傳性疾病研究中發(fā)現(xiàn)，病人銅藍(lán)蛋白基因（aceruloplasminemia）發(fā)生突變，則會(huì)在視網(wǎng)膜、肝臟、大腦等器官中發(fā)生鐵的沉積；運(yùn)用基因敲除法得到的銅藍(lán)蛋白基因缺失小鼠，其血漿中銅藍(lán)蛋白缺乏，血清中亞鐵氧化酶活性喪失，全身各組織出現(xiàn)明顯的鐵沉積現(xiàn)象，且在小鼠生命的晚期還表現(xiàn)出輕度的神經(jīng)退行性變化。有研究還指出，銅藍(lán)蛋白在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中以GPI聯(lián)合的形式表達(dá)，可促進(jìn)鐵從中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中流出，而且還可促進(jìn)肝細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞中鐵的釋放。但銅藍(lán)蛋白對(duì)鐵的作用并不僅限定于促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鐵的流出或釋放，Dexter報(bào)道，帕金森氏癥病人在大腦特定的區(qū)域內(nèi)銅藍(lán)蛋白濃度有較大幅度的增加，同時(shí)鐵的含量也增加，這說明該蛋白質(zhì)在一定條件下還有促進(jìn)細(xì)胞攝取鐵的作用。

4 小結(jié)

銅藍(lán)蛋白是人和動(dòng)物機(jī)體廣泛存在的一種含銅的金屬蛋白，其具有的胺氧化酶活性及鄰苯二酚氧化酶作用使其參與了體內(nèi)鐵、銅及多種神經(jīng)體液因子的代謝；通過發(fā)揮亞鐵氧化酶、亞銅氧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶的活性，具有清除機(jī)體活性氧的能力；經(jīng)促使S-亞硝基化谷胱甘肽的形成，沿一氧化氮除清自由基的途徑間接發(fā)揮抗氧化的作用；它是機(jī)體中最重要的銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在機(jī)體銅動(dòng)態(tài)平衡中起著至關(guān)重要的作用；在機(jī)體組織中以GPI錨定形式表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鐵的流出和釋放，但在一定條件下能促進(jìn)細(xì)胞鐵的攝取，因而表現(xiàn)出對(duì)機(jī)體鐵穩(wěn)定的調(diào)控作用。然而，銅藍(lán)蛋白在鐵代謝調(diào)控中的作用機(jī)制還不太清楚，同時(shí)，該蛋白的胺氧化酶活性發(fā)生胺氧化反應(yīng)的生理基礎(chǔ)到目前為止還尚未發(fā)現(xiàn)，其鄰苯二酚和酚氧化酶活性的生理作用能被氯離子激活，但其激活機(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。