项目摘要

项目名称：金属硫蛋白，金属硫蛋白抗体与镉致健康损害

项目完成单位名称：复旦大学

项目完成人：金泰廙，陈亮，常秀丽，卢坚，雷立健，黄波，曾祥斌，陈珏，邵波，宁勇，逄兵

项目研究起止年月：1998．9～2006．6

项目研究经费来源：瑞典Sida基金（Sida2Umea99）和国家973课题经费（NO．2002CB512905）欧共体INCODC项目（ERB3514PL971430）

项目概况：

镉（Cadmium，Cd）是一种在工业中广泛应用的重金属元素。目前全世界Cd的年产量约为17000吨，主要被用于电镀、油漆、颜料、电池、照相材料和陶瓷等行业。在我国，镉的污染较重而且区域较广，每年由工业废弃物排放到环境中的镉总量约680余吨。

1957年，Margoshes和Vallee在马肾皮质中发现金属硫蛋白（metallothionein，MT），是一类重要的环境应答蛋白，富含巯基的细胞内蛋白质家族。大量研究表明MT与重金属（如镉）的运输、代谢、解毒等密切相关。进入机体的镉随着血液到达肝脏，在肝细胞中MT受镉的诱导合成，并与镉结合成镉－金属硫蛋白（CdMT），释放到血液中，随血液到达肾脏。由于分子量小，因而很容易通过肾小球到达肾小管腔，被肾小管上皮细胞摄取，在溶酶体中降解，镉重新游离，并在肾脏中又能诱导MT合成。当接触镉剂量过大，MT的量不足以结合细胞内游离的镉时，肾小管上皮细胞即受到损害，导致肾小管重吸收功能障碍，从而出现小分子量蛋白尿，包括金属硫蛋白尿。动物实验和镉接触人群中观察到尿金属硫蛋白（UMT）与尿镉、肝镉、肾镉间呈明显正相关。尽管一些环境和职业镉接触人群研究提示UMT可作为衡量镉接触和镉致肾功能损伤的生物标志物，但是UMT与尿镉间的剂量反应关系尚未完全阐明。国外有部分研究对尿金属硫蛋白在职业和环境镉接触中的作用进行过一定探讨，国内甚少。

镉在外周血细胞中的毒代动力学研究显示外周血淋巴细胞（PBL）MT基础表达水平较低，经镉诱导后迅速增高，提示PBL可能是MT作为镉接触的生物标志物研究的合适组织。对PBL的MT作为镉接触的生物标志物研究，以往的报道主要基于未分亚型MT的表达，从剂量－效应、时间－效应关系上分析镉与各亚型基因表达的关系，有助于深入了解MT各亚型诱导表达与镉肾毒性之间的关系，以探讨其作为镉接触指标的可能性。人群和动物研究皆发现接触一些有毒金属，包括镉后，在循环中可发现自身抗体。Jin等发现遗传性过敏性皮炎患者和正常人血清中均存在有抗金属硫蛋白自身抗体（MT－Ab），对金属过敏的遗传性过敏性皮炎患者血清MT－Ab滴度和异常率明显增加。它对不同镉接触人群的毒作用效应有什么影响，目前亦未见相关报道。

课题组在我国观察了镉接触人群HPBLs中金属硫蛋白基因亚型基础表达水平的变化，发现：金属硫蛋白基因各亚型的基础表达与血镉有良好的剂量－效应关系，可反映机体镉负荷水平；MT－1A基础表达水平的改变随尿镉的升高而升高，可反映机体镉蓄积水平，可作为镉接触的生物标志物。应用BMD方法估算了镉接触人群尿金属硫蛋白（UMT）异常的生物接触限值（尿镉），发现UMT的BMDL值仅高于尿NAG但低于尿B2M和UALB，UMT可以作为职业性镉接触肾损伤的早期生物标志物。在研究MT－Ab与镉接触水平的联系中，在国际上报道了在相同接触水平下，血浆MT－Ab高滴度人群较低滴度人群更易出现肾小管功能损伤，提出了血浆MT－Ab可以作为镉致肾损伤的易感性标志物。在研究血浆MT－Ab与糖尿病患者肾功能损伤关系时，发现随着尿镉和血浆MT－Ab水平增加，糖尿病患者肾小管损伤的危险性明显增加。

本研究结果有助于建立以镉致健康损害效应机制为基础的危险度评价，为预防镉损害效应提供了科学依据，促进我国镉污染的防治工作。达到国际先进水平。

本项目历时七年，总结发表了论文21篇，其中SCI论文8篇，共引用28次，影响因子合计27．028，国内期刊13篇。其中“Plasmametallothioneinantibodyandcadmium－inducedrenaldysfunctioninanoccupationalpopulationinChina”在国际上本专业权威期刊《ToxicologicalSciences》的2006年第一期中被作为亮点（Highlight）加以评述。培养了从事镉毒理学研究和环境和职业流行病学研究的硕士4名和博士5名。同时我们还注重基层协作单位人员的培训，带动了当地镉污染的防治。

Metallothionein，metallothioneinantibody

andcadmiuminducedhealthimpacts

Cadmium，anenvironmentalpollutant，causesanumberofadversehealtheffects，particularlytowardthekidneys．Metallothonein（MT）isawell－knownresponseproteininducedbyCdadministrationandisvitalduringCdintoxicationandordetoxification．Tillnow，quitealotofstudieshadbeenundertakentoexploretherelationshipbetweenmetallothioneinandcadmiumtoxicity，however，someaspectshadneverbeenelucidated．

Cadmiumisawell－knownnephrotoxicagentwithextremelylongbiologicalhalf－timeof15－30yearsinhumans．Topreventnephrotoxicityinducedbycadmium，itisnecessarytoidentifyspecificandsensitivebiomarkersofcadmiumexposureandrenaldamage，andtodefinecriticalexposurelevelsrelatedtominimalnephrotoxicityinhumans．Inthisstudy，urinarycadmium（UCd），bloodcadmium（BCd）andtotoluptakeofcadmium（TTCd）wereusedascadmiumexposureindicators，urinaryb₂－microglobulin（UB2M），N－acetyl－b－D－glucosaminidase（UNAG）andalbumin（UALB）wereappliedastheeffectbiomarkersoftubularandglomerulardysfunction．Therelationshipbetweenurinarymetallothionein（UMT）andcadmiumexposurebiomarkersaswellaseffectbiomarkerswasexamined．SignificantcorrelationswerefoundbetweentheUMTandTTCd，BCd，andUCd．Atthesametime，UB2M，UALBandUNAGshowedpositivecorrelationwithUMTaswell．Accordingtothisresult，cadmium－exposedindividualswithrenaldysfunctionexcretedmoremetallothioneinthanthosewithout．Dose－responserelationshipsbetweenUCdandurinaryindicatorsofrenaldysfunctionwerestudied．

BasalMT－1A，E，F，XandMT－2Aexpressionexhibitdose－effectrelationshipwithexposurelevelinpopulationexposedtoCd．ItsuggestedthatMTisoformsbasalexpressioncouldbeusedasabiomarkerofcadmiumexposure．TheresultsrevealedbasalMT－1AexpressionincreasedwiththelevelsofUCd．Furthermore，MT－1Abasalexpressionwaspositivelycorrelativetootherindexes．ItsuggestedthatMT－1Abasalexpressioncouldbeusedaseffectbiomarkerofcadmium．ThecriticalconcentrationofUCdwasquantitativelyestimatedbythebenchmarkdose（BMD）method．ThelowerconfidencelimitoftheBMD－10（BMDL）ofUCd（3．1μg/gCr）relatedtoincreasedexcretionofurinarymetallothioneinwasslightlyhigherthanthatforUNAG（2．7μg/gCr），butlowerthanthoseofUB2M（3．4μg/gCr）andUALB（4．2μg/gCr）．TheresultsdemonstratethatUMTmaybeusedasasensitivebiomarkerofrenaltubulardysfunctionincadmium－exposedpopulations．SubjectshavinghigherMT－Ablevelsmorereadilydevelopcadmium－inducedrenaldysfunction．Thus，thelevelsofplasmaMT－Abcanbeusedasabiomarkerofsusceptibilitytorenaldysfunctioninoccupationalcadmiumexposure．ThisstudyfirstlyprovedMT－Abcouldpotentiatetubulardysfunctionamongdiabeticsubjects，andthosepatientswithhighlevelsMT－Abweremorepronetodeveloptubulardamage．Plasmametallothioneinantibodywasdeterminedbyenzymelinkedimmunosorbentassay（ELISA）techniques，andbothexposureassessmentandriskassessmentwereconductedinCdexposedworkersinChina．