谷胱甘肽S-转移酶（GST）的生理功能和应用

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随着环境污染的日益加剧，生物体的抗逆性研究 成为全球性的热点问题。研究指出，所有的生物体都具有一套精细的抵抗外来或内源性有害物质的防御系统。

在近期的《》一文中，我们提到过谷胱甘肽在人体内的生化防御体系起重要作用，具有多方面的生理功能。谷胱甘肽S-转移酶（GST）是谷胱甘肽结合反应的关键酶，催化谷胱甘肽结合反应的起始步骤。

在生物体的防御系统中，GST的作用非常重要，它常在生物体受到诸如除草剂、杀虫剂、化学致癌剂、紫外辐 射、高盐、极端温度、重金属时发挥其抗氧化及解毒功能，保护生物体。

GSTs的分类

谷胱甘肽S-转移酶主要存在于胞液中，有多种形式，不同的学者对GsTs的分类有不同的标准。

根据编码基因的不同，GsTs可以分为三个亚家族：微粒体GSTS、细胞质GSTs、质粒编码的细菌磷 霉素抗性GsTs。

根据作用底物 不同，至少可分为下列5种:

谷胱甘肽S-烷基转移酶 催化烷基卤化物和硝基烷类化合物的谷胱甘肽结合反应。主要存在于肝脏和肾脏。

谷胱甘肽S-芳基转移酶 主要催化含有卤基或硝基的芳烃类或其它环状化合物的谷胱甘肽结合反应，如溴苯和有机磷杀虫剂等。该酶主要存在于肝脏胞液。

谷胱甘肽S-芳烷基转移酶 催化芳烷基的谷胱甘肽结合反应，例如，苄基氯等芳烷卤化物等。主要存在于肝脏和肾脏。

谷胱甘肽S-环氧化物转移酶 催化芳烃类和卤化苯类等化合物的环氧化物衍生物与谷胱甘肽结合，主要存在于肝肾胞液。

谷胱甘肽S-烯烃转移酶 催化含有α，β-不饱合羰基的不饱合烯烃类化合物与谷胱甘肽的结合反应，主要存在于肝肾胞液。

GSTs的结构

GSTs一般以25-27 kDa的两条亚基以同源或异源的方式聚合而成(等电点为pH4—5)，每个亚基都含有两个空间结构不同的基本结构域： N端结构域，由β折叠和α螺旋构成，比较保守； c端结构域，由4—7个α螺旋构成，通过一个大约10个氨基 酸的短序列与N端结构域连接，不同的GsTs在结构和序列上的主要差异就体现在该结构域，所以它决定底物的特异性。

每个亚基上都有两个配体结合位点：一是位于N端的谷胱甘肽(GSH)特异结合位点(G位点)，在此位点有一个保守的丝氨酸／酪氨酸(ser/Tyr)残基，它的羟基与GSH的巯基形成氢键而使GSH离子化，形成稳定的、具有高活性的硫醇盐阴离子，从而驱动GST的结合、过氧化酶和异构化酶的反应；二是位于C端的结合疏水底物的位点(H位点)，该位点的结构可变性较大，主要由羧基端的非极性侧链残基组成。

GSTs的功能

GSTs在毒理学上有一定的重要性，它可以催化亲核性的谷胱甘肽与各种亲电子外源化学物的结合反应。 许多外源化学物在生物转化第一相反应中极易形成某些生物活性中间产物，它们可与细胞生物大分子重要成分发生共价结合，对机体造成损害。 谷胱甘肽与其结合后，可防止发生此种共价结合，起到解毒作用。

GsTs的主要功能是催化某些内源性或外来有害物质的亲电子基团与还原型谷胱甘肽的巯基结合，形成更易溶解的、没有毒性的衍生物，同时使其易于排出体外或者被Ⅲ相代谢酶类分解。在生物体遇到逆境时，为保护生物体免受逆境的损害，GsTs常发挥其脱毒与抗氧化的功能。在遇到有机污染物、重金属等逆境时，生物体常依靠其体内GSTs活性的增加来保护机体免受损害。

此外，某些GSTs还具有谷胱甘肽过氧化酶活性、 异构酶活性、巯基转移酶活性。GSTs也具有非催化的功能，如结合非底物配体、作为一个植物化学物质的运载体、调节信号传递过程、调节细胞的氧化还原稳态、调节细胞程序衰老。

GSTs的应用

1.环境监测

与生物体内富集的污染物的化学测定相比，生物标记在关于有毒污染物对生物体健康的影响方面可以给出更完全的信息。因为GSTs参与许多化合物如碳水化合物、有机氯、昆虫杀虫剂的脱毒过程，所以 GsTs已被广泛用做检测这些化合物的生物标记。

Pflugmacher等通过检测墨角藻中的GSTs的活性来检测海域的污染状况。 Dewez等研究指出经杀真菌剂诱导后，斜生栅藻细胞内的GST的活性显著提高， 所以他建议将该酶作为评价氧化压力的生物标记，因 为它们对环境的氧化压力的灵敏度很高，而灵敏的生物标记可以为生态毒理的诊断提供一个非常实用的标准。
2.医学邻域

GSTs在医学上应用广泛，如对活性亲电子剂进行灭活、对有机氢过氧化物进行还原。血清型GST (GGT)可用作某些疾病的指标，如GST可以作为 一种新的、更准确并优于γ一谷氨酰转肽酶的肝癌标志酶，由于其它许多肿瘤标志物只能在组织中检测到，而GST在组织和血清中都能检测到，且检测血清中的GST对机体没有侵袭性，大大方便临床的应用。此外它还参与热休克反应、耐药的形成、 肿瘤形成和免疫调节等过程。

3. 其他应用 除了在环境监测和医学上用作标记外，GSTs在 基因工程研究领域中常来构建融合蛋白，因为GSTs 融合蛋白表达系统具有能够高效表达目的蛋白、表达 产物溶解性良好、产物易于分离纯化等特点。