阿霉素（Doxorubicin，DOX）属蒽醌类化合物，是临床上常用的广谱、高效抗肿瘤药物，广泛用于急慢性白血病及各种实体瘤的治疗。然而，DOX具有明显的心脏毒性，严重限制了其临床应用。因此，探讨DOX所致心脏毒性的机制，寻找有效的防护措施和拮抗药物，具有重要的理论意义和应用价值。金属硫蛋白（Metallothionein，MT）是一类富含还原型半胱氨酸残基的低分子量非酶蛋白，广泛存在于哺乳动物的各种器官和组织中，参与体内许多生理及病理过程。有报道表明，MT能拮抗电离辐射、炎症、感染、药物毒副作用等因素所致的损伤，在氧化应激状态下对机体组织细胞具有保护作用，是一种内源性的细胞保护物质，但其保护作用机制仍不十分清楚。机体内MT主要与Zn²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺等二价金属离子络合，能广泛地被重金属、炎症、休克、饥饿、电离辐射、抗癌药物等因素诱导表达。其中锌（Zn）属高效而且安全的MT诱导剂，较低剂量的Zn即可有效诱导MT的表达。近年来，应用基因敲除技术建立的MT基因缺失小鼠动物模型为研究生物体内MT的生物学功能及其作用机制提供了有力工具。本课题利用MT-Ⅰ／Ⅱ基因敲除型小鼠（MT-／-）和野生型小鼠（MT十／+），通过Zn预处理的方式，建立MT的三种表达水平模型（即缺失—生理表达量—高表达），观察MT不同表达水平对DOX所致心脏毒性损伤的影响，探讨MT是否对DOX心脏毒性损伤具有保护作用以及可能的作用机制。在传统毒性机制研究的基础上，本研究联合基因组学技术和蛋白组学技术，从整体水平上分析DOX给药后MT+／+小鼠与MT-／-小鼠心脏组织相关基因／蛋白质的变化情况，从基因网络调控的角度探讨MT拮抗DOX心脏毒性损伤的可能作用机制，并试图寻找在MT发挥对DOX心脏毒性拮抗作用中可能起重要作用的关键蛋白，为临床上合理使用DOX以及开发DOX心脏毒性保护剂提供理论依据。研究发现DOX（15mg／kg，i．p．）能引起MT+／+小鼠及MT-／-小鼠心脏明显的毒性损伤，表现为血浆CK及LDH活性升高、cTnT含量增加、心肌组织结构发生病理学改变、心脏组织脂质过氧化，且这些毒性表现在MT-／-小鼠比MT+／+小鼠更为严重。连续2天给予Zn预处理（300μmol／kg，s．c．，每天一次）能显著提高MT+／+小鼠心脏组织中MT水平（相当于对照组的25倍），且Zn预处理诱导的MT高表达明显抑制了DOX引起的MT+／+小鼠心脏毒性损伤。MT-／-小鼠经Zn预处理后未见其心脏组织中MT水平有明显改变，对DOX诱发的心脏毒性损伤无拮抗作用。以上结果提示，MT对DOX心脏毒性损伤具有保护效应，且在此保护效应中发挥关键作用的可能是MT，而不是Zn本身。本研究还发现，DOX给药后心脏组织O₂^-含量升高且3-NT呈弥漫性强阳性信号，而Zn诱导的MT高表达则可抑制DOX引起的O₂^-生成的增加和3-NT的表达增高；提示由O₂^-生成增加导致的ONOO^-水平升高可能参与了DOX心脏毒性作用过程，而MT对心脏的保护作用的机制之一可能是MT对ONOO^-生成的抑制作用，从而减少了ONOO^-引发的心肌细胞毒性损伤。即MT可能是通过其清除自由基的功能从而发挥对DOX心脏毒性的拮抗作用。利用小鼠全基因组表达谱芯片GeneChip Mouse Genome 430 2.0对MT+／+小鼠和MT-／-小鼠给予DOX后心脏全基因组表达谱的改变进行研究的结果表明：①生理状态下，MT-／-小鼠心脏组织与MT+／+小鼠相比有10个差异表达基因（fold change＞2或＜0.5），这些基因可能对细胞因子与细胞因子受体相互作用以及Jak-STAT生物学通路有影响，提示正常状态下两种小鼠对外界刺激的应激能力可能就有差异，因而导致对应激损伤的反应不同。②DOX给药后MT-／-小鼠与MT+／+小鼠心脏组织差异表达基因为50个，其中有8个编码细胞膜组分，7个编码线粒体组分，3个编码内质网组分，提示细胞质膜、线粒体以及内质网的损伤可能是MT发挥心脏保护效应的调控环节。50个差异表达基因中包括解偶联蛋白3（ucp3），钙网蛋白3（calr3），尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶1家族（ugtl），peroxiredoxin 2（prdx2）等，提示拮抗自由基引起的氧化应激、纠正钙稳态失调、以及减弱机体对毒物的代谢活化等可能是MT发挥对DOX心脏毒性拮抗作用的调控环节。③将MT-／-小鼠与MT+／+小鼠在给予DOX前后的差异表达基因进行对比分析，结果发现有483个基因的变化趋势不同；其GO分子功能的类别主要集中于蛋白结合、金属离子结合（尤其是锌离子结合与钙离子结合）、DNA结合、受体活性、激酶活性、ATP结合、水解酶活性、转移酶活性以及转录因子活性等。其相关的生物学通路包括有关氨基酸代谢、核苷酸代谢、糖代谢、脂肪酸代谢、氧化磷酸化、谷胱甘肽代谢、细胞色素P450对外来化合物的代谢等，提示这些基因及生物学通路可能与MT发挥对DOX心脏毒性的拮抗效应有关。利用双向凝胶电泳技术蛋白质组学对MT+／+小鼠与MT-／-小鼠给予DOX后心脏组织总蛋白的改变进行研究，共鉴定出13个差异表达蛋白，分别是乙酰辅酶A脱氢酶短链和中链、异戊酰辅酶A脱氢酶、Peroxiredoxin家族3和6、抑制素、α-B晶状体球蛋白、ATP合成酶、泛醇．细胞色素C还原酶核心蛋白1、肌球蛋白轻链4、磷酸丙糖异构酶1、烯醇酶3以及ES1蛋白。其功能主要集中在脂肪酸代谢、糖酵解和糖异生、电子传递呼吸链、细胞抗氧化防御系统以及心肌结构蛋白。采用Western blot对典型的差异蛋白——抑制素的表达量进行验证，结果显示与蛋白质组学研究结果的相关系数达到0.991。13个差异表达蛋白中，Peroxiredoxin家族成员以及Prohibitin的变化趋势与基因组学的研究结果相互呼应，提示它们可能是在MT发挥抗DOX心脏毒性作用中起重要作用的关键蛋白。