金属硫蛋白（metallothionein，MT)是一类广泛存在于生物中的低分子质量(6~7kD)、无芳香族氨基酸、富含金属与半胱氨酸(Cys20%30%)的独特生物学特性的金属结合蛋白。1957年，美国科学家Margoshes和Vallee最早从马肾中分离得到金属硫蛋白，继1975年Prinz从酿酒酵母中分离得到Cu-MT后，1977年科学家又从大豆的根中分离出富含Cd2+的类金属硫蛋白。
金属硫蛋白中大量巯基赋予了其螯合重金属离子功能及重金属解毒作用，同时MT清除自由基的能力明显强于超氧化物歧化酶和谷胱甘肽，并调节生物体内微量元素浓度，调节细胞代谢、增殖分化，在食品、医药、保健、环境、化妆品、生物工程等领域中应用广泛。近年来，MT由于独特的生物学功能，逐渐受到重视并成为研究的热点。
1.组成：金属硫蛋白有独特的组成和性质，先前研究发现MT进化具有高度保守性，根据金属含量及氨基酸组成的不同可将金属硫蛋白分为MT-I、MT-II、MT-III及MT-IV4种亚型结构。近来研究发现，不同生物体内提取出的MT分子的形状大小相差甚小，氨基酸序列同源性相对较高。
MT的相对分子量为6~7kD，分子中含有61个氨基酸，大部分MT含有20个Cys，少数含有21个Cys，且易与重金属离子络合。MT的高级结构主要有2个独立的结构域组成，即含4个金属离子结合位点的a域（羧基端）和含有3个金属离子结合位点的P域（氨基端），整个分子呈哑铃状，这种结构使MT具有很好的热稳定性。近年来，综合利用核磁共振（nmR)质谱仪（MS)技术及X射线衍射技术，发现利用Cd诱导哺乳动物金属硫蛋白，a域能够结合Cd2达5个以上。
2.等电点：电泳的方法可以确定蛋白质的等电点，金属硫蛋白等电点pi—般在4左右，低pH值下较稳定。哺乳动物MT的pi范围在3.9~4.6，现有的水生生物MT的pi通常在3.5~6.0范围内。蛋白质在等电点时，因为没有相同电荷而互相排斥的影响，溶解度最小，极易沉淀析出，因此可以根据蛋白质带电性质的差异、形状大小的不同通过电泳的方法。
3.可诱导性：金属硫蛋白作为一种应激蛋白，具有显著的可诱导性，可以采用物理或者化学方法对生物体进行诱导产生MT。最常用的方法是重金属诱导，许多金属例如Hg、Ag、Cu、Cd、Zn等都能诱导MT的合成。一些激素如糖皮质激素、肾上腺激素、胰高血糖素和环磷酸腺苷(cAMP)等通过增加肝脏MT-mRNA的水平诱导MT的合成。日常生活中，生物体会在各种外在刺激条件下引起MT合成增加，从而防卫保护机体。
4.稳定性与光谱特性：在酸性条件下，MT上结合的金属可以脱去，去金属的硫蛋白在低pH值下较稳定。中性条件下，硫蛋白分子间发生二硫交联，进而形成大分子聚合物，生理活性发生一些变化。因此，环境中pH的高低、MT结合金属与否，以及结合金属的种类直接影响MT的稳定性和存在形式。
重金属元素具有蓄积毒性，当重金属在机体蓄积达到一定量后，会导致重金属中毒。研究表明，当机体出现重金属急性中毒后，会出现恶心、呕吐等症状。机体长期处于重金属的环境，心血管系统、神经系统和免疫系统等会受到严重伤害。金属硫蛋白中大量巯基赋予其螯合重金属离子功能，进而解除重金属对大脑、肝、肾等重要器官的损伤。有关MT对重金属的解毒作用的报道已经有很多。
研究表明，铅引起的脑组织脂质过氧化反应的增强与MT的缺失有关，并引发铅的神经发育毒性。MT结合金属能力的顺序为Hg2+>Ag+>Cu2+>Cd2+>Zn+，且MT与Cd2+或者Ag+螯合后，其他金属将很难置换Cd2+和Ag+[34]。MT具有抗酶解的优点，能够被人体完整吸收。MT不但对重金属元素有抑制和解毒的作用，在基本元素的调节中也起重要作用，是目前临床上最理想的生物螯合解毒剂。
机体在新陈代谢过程中会产生一些具有强氧化性的化合物，如羟基自由基、氧自由基等，这些自由基会损害机体的组织和细胞，进而引发健康问题，并出现衰老等生理现象。MT中的巯基能保护细胞器及其他重要的生化物质，如酶类、DNA等免受自由基的侵害。MT清除自由基能力较强，清除氧自由基的能力是谷胱甘肽的25倍，清除羟基自由基的能力是超氧化物歧化酶的10000倍。
在一些肿瘤组织中，可检测到MT的过度表达，研究发现，MT在机体中表达与肿瘤组织的分化有一定联系，MT的表达与肿瘤组织的分化成反比，进而说明MT的抗肿瘤作用。MT参与肿瘤细胞的分化和增生，降低癌症发生的概率，并能有效减轻抗肿瘤药物毒副作用。细胞受致癌物刺激后会产生一系列的保护机制来清除致癌物，MT作为一种细胞凋亡抑制剂，其水平增高可能是这些保护机制之一。
金属硫蛋白的抗病作用已经被多次证明，在治疗癌症、血管疾病、重金属中毒及营养缺乏症等方面功效显著。金属硫蛋白参与癌症细胞的增殖、分化、凋亡等过程，在肿瘤预防和治疗中，MT的重金属解毒、清除自由功能可抵御重金属和烷化剂对细胞的致癌、致突变作用。
MT可作为化妆品的添加剂，安全性能好，具有抗衰老、清除色素、减轻皱纹、防治皮炎的作用，消除化学型化妆品对人体的毒副作用。MT与SOD相比具有分子量小、易被机体吸收、清除羟自由基能力强、热稳定性高、半衰期长等优点，且MT还可以拮抗紫外线、辐射等。由于MT为生物制剂，且为人体所固有，因此可用于美容护肤。
由于MT广泛存在动物、植物、微生物中，且可与重金属结合的性质，不仅可以用于监测海洋环境重金属污染状况，也可作为衡量环境重金属污染状况的一个生物指标，除此之外，还可用于重金属的回收和清除环境中的重金属污染等方面。
MT能作为饲料添加剂用于水产养殖中，不仅可以增强水生生物的免疫力和去除重金属，还能用作生长激素促进水生生物的生长繁殖。在水产品加工过程中，根据MT与重金属的螯合功能有望将MT制成微型颗粒用于水产品中重金属的去除。
最常用的方法是凝胶过滤和离子交换技术相结合方法。凝胶过滤法的缺点是不能将MT的亚型分开，所以一般采用高效液相色谱法（HPLC)对MT进行微量分离。高效液相色谱具有分离效果显著、精密度与灵敏度佳、重现性好等优点，对于复杂成分的分离鉴定更有应用价值。
ICPMS技术干扰较少，精密度高，分析速度快，检出限较低，动态线性范围宽，并且可提供准确的同位素信息。高效液相色谱法（HPLC)与质谱仪(ICP-MS)联用，不仅可以将微量MT分离，还能将MT亚型较好地分离，从而获得较高纯度的金属硫蛋白。
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