镉(Cd)是一种污染环境的重金属,它广泛地用于电池、合金、塑料生产及电镀工业等，并作为一种污染源存在于某些磷肥之中。镉在自然界难于降解，广泛存在于食物链中。镉的毒性取决于接触剂量的大小和接触时间的长短。大剂量、急性镉中毒可致肝、肺和睾丸损伤，而慢性镉中毒则影响肾脏、骨骼、血液及免疫系统，甚至引起癌变。体内的镉绝大部分与金属硫蛋白(Metallothionein,简称MT)结合，主要分布于肝、肾。因此，研究MT与镉毒性的关系显得至关重要。

MT为小分子的富含巯基的蛋白质，它的氨基酸组成的1/3为半胱氨酸，这些半胱氨酸的残基可以结合镉或其它金属，从而成为体内镉的“储库”。MT很容易被金属、有机化合物及各种环境刺激所诱导，故常用诱导的方法来提高组织中的MT含量以研究其功能。但至今没有特异的MT诱导剂，常用的MT诱导剂可产生许多其它副作用，故对MT的功能难以正确评价。

近年来，随着转基因技术的推广和应用，转基因动物已成为阐明某一基因产物功能的有力手段。本文仅就利用转基因动物来研究MT对镉毒性的作用作一简要综述。

一、MT转基因动物

现已研制出MT-I和MT-III高表达型的转基因动物，以及删除MT-I/II和MT-III的转基因动物。MT-III主要分布于大脑中,参与维持锌的稳态及突触的传递功能;而MT-I和MT-II则广泛分布于各组织中，与镉毒性密切相关。故本文仅讨论MT-I/II转基因动物。MT-I的高表达型的转基因动物（以下简称MT-TG）^［1］是将改造的MT-I基因序列整合入含MT的质粒中，然后将此DNA片段显微注射入小鼠受精卵中，植入假孕母鼠的宫腔。用DNA杂交检测成活的仔鼠是否携带此基因。现在应用的MT-TG动物比正常鼠多含50拷贝的MT-I基因，因此在其各组织中均有较高的MT含量，以胰腺、肝、肾和胃肠为显著（5～20倍）。组织中的MT可进一步被诱导^［2］。MT-TG鼠与正常鼠外观无异，其组织中细胞色素P450酶类、抗氧化损伤酶类及锌、铜等微量元素均在正常范围之内^［2］。

MT-I/II基因删除动物，是将人工合成的DNA片段整合入含有MT-I/II基因的质粒中，以造成基因突变（MT-I）或早期蛋白质翻译的中断（MT-II），以致具有功能的MT蛋白质不能合成^［3,4］。将改造后的基因转入(transfect)胚胎干细胞(ES)中。经筛选，携带此基因的ES细胞被注射入C57小鼠的胚母细胞(Blastocyte)中，并植入假孕鼠的子宫。产生的仔鼠(Chemiria)进一步与正常鼠杂交，筛选出无MT-I/II基因的杂合子以至纯合子(Homozygous)的鼠（以下简称MT-null)。MT-null动物能正常的繁殖、生长，与正常鼠无异，说明MT-I/II并非生命所必需。在MT-null动物的组织中，MT蛋白质含量低于临界值水平，并不受MT诱导剂所诱导^［5,6］。MT-null动物组织中的抗氧化酶类、激素水平、能量代谢以及锌和铜的含量基本上处于正常范围之内^［5~7］。

二、MT对镉体内代谢动力学的影响

1.吸收:口服CdCl₂吸收很差(?%）。在镉0.3～100 μmol/kg的剂量范围内，MT-TG动物从胃肠吸收镉的能力与正常动物相似;仅在镉300 μmol/kg的染毒剂量下才有明显增加的趋势。提示胃肠MT在镉口服吸收中的作用是很有限的^［8］。

2.分布：不论口服还是注射染毒，镉在转基因动物组织中的“即时分布”均与正常动物相似。若口服给药，镉在主要脏器（肝、肠、心、肺、肌肉、睾丸）的分布依染毒剂量的增减而异:肾脏蓄镉随剂量加大而增加；肝/肾含镉百分比随剂量而变化。但转基因动物未见特异性，提示MT对镉的组织分布的影响是有限的^［5,8］。

3.排泄：胆汁和粪便是体内镉排泄的主要途径。在MT-null动物中，较多的镉从胆汁分泌并从粪便排出^［5］，支持以前有关因肝脏MT诱导而减少胆汁镉排泄的假设。

4.组织蓄积：虽然镉的“即时分布”在MT-null鼠中与正常鼠无异，但随着染镉时间的推移，镉在MT-null鼠组织中的蓄积则大大减少，以肝、肾最为明显。例如,慢性染镉10周，MT-null动物肝、肾的镉含量仅为正常动物的1/10^［9~11］。因此，镉在体内与MT的结合是其生物半衰期特别长的原因。

三、MT对镉急性毒性和肝损伤的影响

一次大剂量注射CdCl₂可引起量-效相关的急性毒性。MT-TG动物可明显耐受染镉所致的急性毒性。例如:能引起对照动物死亡50%的染镉剂量，只引起不到5%的MT-TG动物死亡^［12］;反之,MT-null动物的死亡率则明显高于正常动物^{［3,4,6,13］}，证实了MT对镉急性毒性的保护作用。

急性镉中毒的动物主要死于肝损伤以及随之而来的肝衰竭。MT-TG鼠明显耐受镉所致的肝损伤:在相同的染镉剂量(3.1 mg/kg)下，其血清氨基移换酶活力明显低于对照组，而组织坏死则明显减少^［12］，这是因为进入肝脏的镉主要和MT结合，从而减少镉在其他主要亚细胞成分中的分布。反之，MT-null动物的血清氨基移换酶活力则数倍高于对照组，大片肝细胞的坏死清晰可见^［5,13］。在急性镉中毒时，动物不但产生肝细胞坏死，同时亦产生肝细胞凋亡^［14］,在MT-null动物染镉后的肝脏中亦可发现比正常动物明显多的凋亡细胞^［14］，以及c-jun和p53基因的异常表达^［13］。以上的发现肯定了MT具有保护镉所致肝损伤的作用。

锌可以诱导MT，预先给锌可保护镉对正常动物的急性毒性及肝损伤,而锌不能诱导MT-null动物产生MT，故不能保护镉对其急性的肝损伤。提示锌对镉急性毒性的保护作用是通过MT诱导实现的^［5］。

四、MT对镉金属硫蛋白复合物(CdMT)急性肾毒性的影响

一般认为，镉的肾毒性是由CdMT所致。MT由肝脏合成，然后与镉结合成CdMT。当肝损伤或肝脏CdMT蓄积量饱和时,CdMT释放于血液中，通过肾小球滤过,并由肾小管吸收而产生肾毒性。因此，一次性大量注射CdMT已广泛用于镉肾毒性的研究。

MT-TG动物的肾脏含有5～10倍于正常动物的MT，原位杂交显示:近曲小管MT分布浓度较高。但是，MT-TG动物对CdMT(0.1～0.6 mg/kg)所致的急性肾损伤无明显的自我保护^［15］,而MT-null动物对CdMT所致的肾毒性亦未见明显的敏感^［14］。值得注意的是,预给锌(或与CdMT一起给予)的MT-null动物，可有效地预防CdMT所致的肾损伤^{［5,15,16］}。提示锌对CdMT急性肾毒性的保护作用并非通过诱导肾细胞内的MT实现。肾损伤是慢性镉中毒的主要特征，而细胞内的MT对CdMT的急性肾损伤似无明显的作用。

五、MT对慢性染镉所致肾损伤的保护作用

给MT-null鼠和正常鼠慢性染镉（0.025～2.4 mg*kg^-1*d^-1，达10周之久）来诱发镉肾中毒。MT-null动物不能耐受长期、慢性染镉，最高耐受剂量仅约为对照组的1/10左右。用0.1 mg/kg的CdCl₂染镉6周后即出现明显的肾毒性，表现为蛋白尿、酶尿、血尿素氮增高以及肾脏的广泛损伤。与此相比，正常动物须用10倍量或更多的镉才出现类似的肾毒症状^［10］。在正常动物中，肾脏MT被镉诱导达平常100倍以上，至500～800 μg/g，而MT-null动物，最高耐受量的镉亦不能诱导其肾MT生成(〈2 μg/g)。如此悬殊的肾MT含量差异似为MT-null动物易发生慢性镉中毒的主要原因^［10］。

用MT-null转基因动物发现了几个有关镉毒性的关键问题：(1)镉引起的肾中毒并不一定要通过CdMT来实现，因为MT-null动物不能合成CdMT，但产生肾损伤；(2)证实细胞内MT对镉的慢性毒性有保护作用；(3)对急性CdMT所致的肾损伤模型提出了质疑。最近对大鼠^［17］和小鼠实验的结果均提示:急性CdMT的损伤并不能完全模拟慢性镉中毒所致的肾病理变化以及防护机制。

六、MT对镉引起的血液系统及免疫器官毒性的影响

慢性染镉，随剂量的增加及染镉时间的延长，不仅造成肾脏毒性，而且损伤其他器官。小鼠慢性染镉10周，红细胞和血红蛋白可下降25%～45%，而白细胞总数上升2～3倍，其中中性粒细胞百分比从0.20上升至0.60，而淋巴细胞则从0.80下降至0.40。MT-null动物对镉所致的外周血象变化尤为敏感，所需剂量仅为正常对照的1/8～1/10^［18］。

慢性染镉亦造成量-效相关的肝(2倍)、脾(7倍)肿大及胸腺的萎缩（下降50%）。肝、脾的病理观察发现炎症细胞浸润，巨脾细胞，细胞凋亡、增生乃至纤维化^［11,18］。所有的这些变化在MT-null动物中都相当明显和严重。以上结果首次提示：细胞内的MT对镉所致血液及免疫器官的毒性亦有保护作用。

七、MT对镉所致骨骼毒性的影响

慢性镉中毒对骨的毒性已广为人知，但其影响因素，尤其是MT的参与则无报道。给MT-null动物一次口服200 μg镉，胃肠道钙的排出量高于对照组2倍，提示MT可防止口服镉所致的骨质丢失^［19］。给MT-null动物慢性染镉(0.1 mg/kg)10周，对股骨长度虽无明显影响，但骨失去光泽，骨的净重、骨灰及骨钙含量均下降达30%。X线片显示:骨两端骨质疏松、透明度增加，骨切片显示明显的病理改变。而在同等剂量下，以上病理改变在正常动物中不明显^［20］。用转基因动物首次揭示了MT对镉的骨毒性也有相当程度的影响。

八、MT对镉所<