锌对细胞凋亡调控研究的一些思考
作者：李萡 王枫
单位：第四军医大学预防医学系营养与食品卫生教研室，陕西 西安 710033
关键词：锌；细胞凋亡
医学与哲学000407摘要：锌是机体必需的微量元素，它能够抑制细胞凋亡，也可以诱导细胞凋亡。阐述近年有关锌对细胞凋亡调控的研究结果，提出要全面、辩证地看待二者之间的关系。
中图分类号：O614.24+1;Q255 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)04-0019-02
Thinking of Zinc Regulation Apoptosis
LI Bo,Wang Feng
, 百拇医药
(Department of Nutrition and Food Hygiene,The Faculty of Prevention Medicine,The Fourth Military Medical University,Shanxi Xi'an 710033,China)
Abstract：Zinc is necessary trace element for organism.It can inhibit apoptosis,also induce apoptosis.The essay show results of zinc regulation apoptosis recently.We should look at the relation of zinc and apoptosis dialectically.
Key Words：Zinc;apoptosis
, http://www.100md.com 1 锌
锌是人体必需的微量元素之一，在机体有广泛而重要的生理功能。锌参与DNA复制、RNA转录和细胞各种活动的作用；影响细胞增殖、分化；参与核酸、蛋白质的代谢；维持正常的细胞周期；增强机体免疫力；锌还有抗氧化作用。
2 细胞凋亡
细胞凋亡是不同于坏死的细胞程序性死亡方式，它是基因控制的细胞自我消亡过程。通过凋亡可使体内失去生命力的细胞或生理上不需要的细胞被有序的清除，从而维持组织中细胞形成与细胞破坏之间的平衡。细胞凋亡的发生是机体维持衡态所需，有积极的生物学意义。
细胞凋亡过程有其形态学特点，主要表现为：开始细胞质内容物密集、浓缩，细胞结构尚清晰可辨；然后细胞表面伸出粗大不规则的突起，细胞略呈星形；继而核内染色质逐渐凝集成块并集中在核膜边沿，继而核扭曲断裂成碎块，最后细胞突起与细胞分离，形成有膜包绕的细胞质团块，其中含有染色质及细胞器成分，即凋亡小体。
, 百拇医药
3 锌与细胞凋亡
微量元素锌可以影响细胞凋亡，而且锌与细胞凋亡的关系十分复杂。
3.1 锌抑制多种因素诱导的细胞凋亡
许多实验表明，一定水平的锌可以抑制许多因素引起的细胞凋亡发生。如高浓度锌可以抑制一氧化氮诱导的RAW264.7巨噬细胞凋亡，其结果可能与铜、锌过氧化物歧化酶的高表达有关[1]；Ishido[2]及其同事发现锌抑制镉引起的肾下垂是由于锌的促增殖特性刺激DNA合成从而抑制细胞凋亡。但是，锌抑制细胞凋亡的能力与机体自身生理机能有关。Provinciali[3]等发现锌在24～26月龄老鼠由CD3诱导胸腺细胞凋亡中的抑制作用较弱，但在成年鼠则效果明显。大多数报道只是说锌浓度的高低，并没有给出一个确切的剂量概念，但是Telford[4]等研究报道，500～1 000 mmol浓度的锌可抑制由糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡，但80～200 mmol的低浓度锌则可诱导小鼠胸腺细胞凋亡。
, 百拇医药
3.2 特定条件下锌缺乏诱导细胞凋亡
锌缺乏时，细胞信号传导过程及基因表达会受到影响。为了维持细胞内环境的稳态，一些特异基因自主表达，诱导细胞凋亡。将鼠脑皮质细胞暴露于0.5～3.0 mmol锌的特异络合剂N-N-N'-N'-4(2-吡啶甲基)(TPEN)以降低细胞培养液的锌离子浓度，结果发现神经原变性并且伴随有多种形态特征的细胞凋亡出现，细胞体积固缩，核凝集，中间核小体断裂；在TPEN浓度更高时，细胞培养液的锌离子更低，则可使神经胶质细胞死亡。但当在加入TPEN同时加入锌以补充培养液中的锌离子，则TPEN诱导的细胞死亡被完全阻遏[5]。也有人报道在鼠神经母细胞瘤细胞系Neuro-2A中Zn2+的络合剂也可诱导凋亡[6]。低锌诱导细胞凋亡与细胞类型也有关。Kolenko等1999年实验表明，加TPEN在正常表达caspase的人肾细胞(NK-72)和Jurkat T淋巴细胞中可诱导细胞凋亡。而在不表达caspase-3的人肾细胞癌细胞系(RCC)中加TPEN并不诱导细胞凋亡[7]。
, 百拇医药
3.3 过高浓度锌可诱导细胞凋亡
高锌抑制细胞凋亡的作用也不是说锌离子浓度越高越好，当锌离子浓度超过一定水平后，就可能会有诱导细胞凋亡的作用，这在神经细胞比较多见，是锌的神经毒性的表现之一。国外有报道，把鼠皮质培养细胞暴露于30～35μmol锌培养24小时后神经元死亡；当鼠皮质培养细胞暴露于更高浓度锌(≥40μmol)几乎所有神经元和神经胶质细胞均死亡。DNA琼脂凝胶电泳显示有DNA断裂，切口末端标记法显示暴露于30～35μmol锌24小时后神经元细胞有DNA降解，表明这些细胞的死亡是由细胞凋亡引起的[8]。Liang JY[9]等在培养的人前列腺癌细胞系(LNCaP和PC-3)中加入生理剂量的锌明显抑制细胞生长。LNCaP的IC50是100 ng/ml,PC-3的IC50是700 ng/ml。加入1 mg/ml的锌可最大程度的抑制LNCaP和PC-3细胞生长，这是由于锌在细胞内的蓄积。流式细胞仪示：与对照组相比细胞数量在G2/M期增加，在S期减少，表明G2/M期停止。细胞生长抑制和G2/M期停止时通过形态学、细胞DNA降解证明伴随细胞凋亡，加入EDTA后锌引起DNA降解现象消失。另外，在培养的人chang肝细胞中加入高浓度锌离子也可以诱导细胞凋亡，主要表现有DNA断裂和核凝集[10]。
, 百拇医药
4 矛盾是一切事物发展过程的实在内容
从上述这些相互矛盾的实验结果可见锌对细胞凋亡的影响有两重性。如何看待这些相互矛盾的实验结果呢?毛泽东指出“事物的矛盾法则，即对立统一的原则，是唯物辩证法的最根本的法则。”世界上没有一成不变的事物，也没有绝对静止不动的东西。我们应用辩证的发展的思路看待锌对细胞凋亡调控的复杂性。
4.1 分清内因与外因
进一步的研究证明，锌对细胞凋亡具有双重作用。有人认为，锌究竟是诱导细胞凋亡还是抑制细胞凋亡，要看细胞Zn2+浓度，也就是内因。国外学者已通过实验证明了这一点。Matsushita[11]结扎蒙古沙土鼠的双侧颈动脉，造成鼠缺血3min,一组(n=6)在缺血前1h皮下注射ZnCl220 μg/g，一组(n=14)在缺血前24h和48h各皮下注射同样剂量的ZnCl2两次，结果发现，缺血前1h注射组神经细胞发生凋亡，而缺血前24h和48h注射组则未发生神经细胞凋亡。实际检测发现，不发生凋亡的细胞，细胞内Zn2+浓度比发生凋亡的细胞高。事物发展的根本原因，不是在事物的外部而是在事物的内部，在于事物内部的矛盾性。事物内部的这种矛盾性是事物发展的根本原因。但我们不应简单地否认外因在一定方面和一定条件下的作用。正如有些学者认为锌对细胞凋亡调控的双重作用原因关键在于补锌的量。李正银[12]等用电子显微镜标本显微照相的方法研究锌对热暴露大鼠周围血淋巴细胞凋亡的影响。分别用添加不同量ZnCl2的饲料喂养SD大鼠，三组饲料的Zn2+含量分别是高锌组92.20μg/g、中锌组45.61μg/g、低锌组21.70μg/g，喂养4周后，将大鼠置于干球温度40.5℃、湿球湿度30.8℃，热暴露3h，结果发现高锌组大鼠未出现淋巴细胞凋亡现象；中锌组出现淋巴细胞凋亡，但凋亡细胞没有低锌组比例高；低锌组淋巴细胞凋亡则很严重。以上结果表明，通过补充膳食锌可以抑制肿瘤细胞凋亡。Fraker[13]等研究认为，锌究竟是诱导细胞凋亡还是抑制细胞凋亡，要看补锌的量。他认为当细胞外锌浓度达到500～1 000 mmol/L时，可以抑制各种因素引起的各类细胞的凋亡，但当细胞外锌浓度为80～200 mmol/L时，则可以诱导淋巴细胞凋亡。对于内因和外因在事物中的作用，以及它们之间的相互关系上，我们应全面辩证的分析。
, 百拇医药
锌对细胞凋亡调控这种正、反作用的矛盾对立与转化作用，我们应勇于接受、承认。那种因怀疑而抱有偏见、不以为然的态度是不科学的，然而我们又不能从保守走向反面，简单重复的盲从也为科学所不容。因此，在研究及评价Zn2+是否是凋亡抑制剂或诱导剂时，还需采用全面的凋亡指标体系深入研究Zn2+在不同剂量范围、不同时间及多种生物系统中的作用，只有这样才能反映锌与凋亡的真正关系。
作者简介：李萡(1973～)，女，陕西省西安市人，于1994年毕业于河北医科大学，现就读于第四军医大学预防医学系营养与食品卫生教研室硕士研究生。
参考文献：
[1]Brockhaus F,Brne B.Overexpression of CuZn superoxide dismutase protects RAW 264.7 macrophages against nitric oxide cytotoxicity[J].Biochem J,1999,338(Pt 2):295～303.
, 百拇医药
[2]Ishido M,Suzuki T,Adachi T,et al.Zinc stimulates DNA synthesis during its antiapoptotic action independently with incr-ements of an antiapoptotic protein,Bcl-2,in porcine kidney LLC-PK(1) cells[J].J Pharmacol Exp Ther,1999,290(2):923～928.
[3]Provinciali M,Di Stefano G,Stronati S.Flow cytometric analysis of CD3/TCR complex,zinc,and glucocorticoid-mediated regulation of apoptosis and cell cycle distribution in thymocytes from old mice[J].Cytometry,1998,32(1):1～8.
, 百拇医药
[4]Wang W,Post J I,Dow K E,et al.Zinc and copper inhibit nerve growth factor-mediated protection from oxidative stress-induced apoptosis[J].Neurosci Lett,1999,259(2):115～118.
[5]Ahn Y H,Kim Y H,Hong S H,et al.Depletion of intracellular zinc induces protein synthesis-dependent neuronal apoptosis in mouse cortical culture[J].Exp Neurol,1998,154(1):47～56.
[6]Sakabe I,Paul S,Dansithong W,et al.Induction of apoptosis in Neuro-2A cells by Zn2+ chelating[J].Cell Struct Funct,1998,23(2):95～99.
, http://www.100md.com
[7]Kolenko V,Uzzo R G,Bukowski R,et al.Dead or dying:necrosis versus apoptosis in caspase-deficient human renal cell carcinoma[J].Cancer Res,1999,59(12):2 838～2 842.
[8]Kim Y H,Kim E Y,Gwag B J,et al.Zinc-induced cortical neuronal death with features of apoptosis and necrosis:mediation by free radicals[J].Neuroscience,1999,89(1):175～182.
[9]Liang J Y,Liu Y Y,Zou J,et al.Inhibitory effect of zinc on human prostatic carcinoma cell growth[J].Prostate,1999,40(3):200～207.
, 百拇医药
[10]Paramanantham R,Sit K H,Bay B H.Adding Zn2+ induces DNA fragmentation and cell condensation in cultured human Chang Tiver cells[J].Biol Trace Elem Res,1997,58(1～2):135～147.
[11]Matsushita K,Kitagawa K,Mastsugama T,et al.Effect of systemic zinc administration on delayed neuronal death in the gerbil hippocampus[J].Brain Res,1996,743(1～2):362～365.
[12]李正银，赵法级，郭俊生，等.锌对热应激大鼠免疫力与白细胞凋亡的影响[J].营养学报，1997，19(4)：388～392.
[13]Fraker P J,Telford W G.Areappraisal of the role of zinc in life and death decisions of cells[J].Proc Soc Exp Biol Med,1997,215(3):229～236.
收稿日期：2000-01-13, 百拇医药
单位：第四军医大学预防医学系营养与食品卫生教研室，陕西 西安 710033
关键词：锌；细胞凋亡
医学与哲学000407摘要：锌是机体必需的微量元素，它能够抑制细胞凋亡，也可以诱导细胞凋亡。阐述近年有关锌对细胞凋亡调控的研究结果，提出要全面、辩证地看待二者之间的关系。
中图分类号：O614.24+1;Q255 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)04-0019-02
Thinking of Zinc Regulation Apoptosis
LI Bo,Wang Feng
, 百拇医药
(Department of Nutrition and Food Hygiene,The Faculty of Prevention Medicine,The Fourth Military Medical University,Shanxi Xi'an 710033,China)
Abstract：Zinc is necessary trace element for organism.It can inhibit apoptosis,also induce apoptosis.The essay show results of zinc regulation apoptosis recently.We should look at the relation of zinc and apoptosis dialectically.
Key Words：Zinc;apoptosis
, http://www.100md.com 1 锌
锌是人体必需的微量元素之一，在机体有广泛而重要的生理功能。锌参与DNA复制、RNA转录和细胞各种活动的作用；影响细胞增殖、分化；参与核酸、蛋白质的代谢；维持正常的细胞周期；增强机体免疫力；锌还有抗氧化作用。
2 细胞凋亡
细胞凋亡是不同于坏死的细胞程序性死亡方式，它是基因控制的细胞自我消亡过程。通过凋亡可使体内失去生命力的细胞或生理上不需要的细胞被有序的清除，从而维持组织中细胞形成与细胞破坏之间的平衡。细胞凋亡的发生是机体维持衡态所需，有积极的生物学意义。
细胞凋亡过程有其形态学特点，主要表现为：开始细胞质内容物密集、浓缩，细胞结构尚清晰可辨；然后细胞表面伸出粗大不规则的突起，细胞略呈星形；继而核内染色质逐渐凝集成块并集中在核膜边沿，继而核扭曲断裂成碎块，最后细胞突起与细胞分离，形成有膜包绕的细胞质团块，其中含有染色质及细胞器成分，即凋亡小体。
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3 锌与细胞凋亡
微量元素锌可以影响细胞凋亡，而且锌与细胞凋亡的关系十分复杂。
3.1 锌抑制多种因素诱导的细胞凋亡
许多实验表明，一定水平的锌可以抑制许多因素引起的细胞凋亡发生。如高浓度锌可以抑制一氧化氮诱导的RAW264.7巨噬细胞凋亡，其结果可能与铜、锌过氧化物歧化酶的高表达有关[1]；Ishido[2]及其同事发现锌抑制镉引起的肾下垂是由于锌的促增殖特性刺激DNA合成从而抑制细胞凋亡。但是，锌抑制细胞凋亡的能力与机体自身生理机能有关。Provinciali[3]等发现锌在24～26月龄老鼠由CD3诱导胸腺细胞凋亡中的抑制作用较弱，但在成年鼠则效果明显。大多数报道只是说锌浓度的高低，并没有给出一个确切的剂量概念，但是Telford[4]等研究报道，500～1 000 mmol浓度的锌可抑制由糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡，但80～200 mmol的低浓度锌则可诱导小鼠胸腺细胞凋亡。
, 百拇医药
3.2 特定条件下锌缺乏诱导细胞凋亡
锌缺乏时，细胞信号传导过程及基因表达会受到影响。为了维持细胞内环境的稳态，一些特异基因自主表达，诱导细胞凋亡。将鼠脑皮质细胞暴露于0.5～3.0 mmol锌的特异络合剂N-N-N'-N'-4(2-吡啶甲基)(TPEN)以降低细胞培养液的锌离子浓度，结果发现神经原变性并且伴随有多种形态特征的细胞凋亡出现，细胞体积固缩，核凝集，中间核小体断裂；在TPEN浓度更高时，细胞培养液的锌离子更低，则可使神经胶质细胞死亡。但当在加入TPEN同时加入锌以补充培养液中的锌离子，则TPEN诱导的细胞死亡被完全阻遏[5]。也有人报道在鼠神经母细胞瘤细胞系Neuro-2A中Zn2+的络合剂也可诱导凋亡[6]。低锌诱导细胞凋亡与细胞类型也有关。Kolenko等1999年实验表明，加TPEN在正常表达caspase的人肾细胞(NK-72)和Jurkat T淋巴细胞中可诱导细胞凋亡。而在不表达caspase-3的人肾细胞癌细胞系(RCC)中加TPEN并不诱导细胞凋亡[7]。
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3.3 过高浓度锌可诱导细胞凋亡
高锌抑制细胞凋亡的作用也不是说锌离子浓度越高越好，当锌离子浓度超过一定水平后，就可能会有诱导细胞凋亡的作用，这在神经细胞比较多见，是锌的神经毒性的表现之一。国外有报道，把鼠皮质培养细胞暴露于30～35μmol锌培养24小时后神经元死亡；当鼠皮质培养细胞暴露于更高浓度锌(≥40μmol)几乎所有神经元和神经胶质细胞均死亡。DNA琼脂凝胶电泳显示有DNA断裂，切口末端标记法显示暴露于30～35μmol锌24小时后神经元细胞有DNA降解，表明这些细胞的死亡是由细胞凋亡引起的[8]。Liang JY[9]等在培养的人前列腺癌细胞系(LNCaP和PC-3)中加入生理剂量的锌明显抑制细胞生长。LNCaP的IC50是100 ng/ml,PC-3的IC50是700 ng/ml。加入1 mg/ml的锌可最大程度的抑制LNCaP和PC-3细胞生长，这是由于锌在细胞内的蓄积。流式细胞仪示：与对照组相比细胞数量在G2/M期增加，在S期减少，表明G2/M期停止。细胞生长抑制和G2/M期停止时通过形态学、细胞DNA降解证明伴随细胞凋亡，加入EDTA后锌引起DNA降解现象消失。另外，在培养的人chang肝细胞中加入高浓度锌离子也可以诱导细胞凋亡，主要表现有DNA断裂和核凝集[10]。
, 百拇医药
4 矛盾是一切事物发展过程的实在内容
从上述这些相互矛盾的实验结果可见锌对细胞凋亡的影响有两重性。如何看待这些相互矛盾的实验结果呢?毛泽东指出“事物的矛盾法则，即对立统一的原则，是唯物辩证法的最根本的法则。”世界上没有一成不变的事物，也没有绝对静止不动的东西。我们应用辩证的发展的思路看待锌对细胞凋亡调控的复杂性。
4.1 分清内因与外因
进一步的研究证明，锌对细胞凋亡具有双重作用。有人认为，锌究竟是诱导细胞凋亡还是抑制细胞凋亡，要看细胞Zn2+浓度，也就是内因。国外学者已通过实验证明了这一点。Matsushita[11]结扎蒙古沙土鼠的双侧颈动脉，造成鼠缺血3min,一组(n=6)在缺血前1h皮下注射ZnCl220 μg/g，一组(n=14)在缺血前24h和48h各皮下注射同样剂量的ZnCl2两次，结果发现，缺血前1h注射组神经细胞发生凋亡，而缺血前24h和48h注射组则未发生神经细胞凋亡。实际检测发现，不发生凋亡的细胞，细胞内Zn2+浓度比发生凋亡的细胞高。事物发展的根本原因，不是在事物的外部而是在事物的内部，在于事物内部的矛盾性。事物内部的这种矛盾性是事物发展的根本原因。但我们不应简单地否认外因在一定方面和一定条件下的作用。正如有些学者认为锌对细胞凋亡调控的双重作用原因关键在于补锌的量。李正银[12]等用电子显微镜标本显微照相的方法研究锌对热暴露大鼠周围血淋巴细胞凋亡的影响。分别用添加不同量ZnCl2的饲料喂养SD大鼠，三组饲料的Zn2+含量分别是高锌组92.20μg/g、中锌组45.61μg/g、低锌组21.70μg/g，喂养4周后，将大鼠置于干球温度40.5℃、湿球湿度30.8℃，热暴露3h，结果发现高锌组大鼠未出现淋巴细胞凋亡现象；中锌组出现淋巴细胞凋亡，但凋亡细胞没有低锌组比例高；低锌组淋巴细胞凋亡则很严重。以上结果表明，通过补充膳食锌可以抑制肿瘤细胞凋亡。Fraker[13]等研究认为，锌究竟是诱导细胞凋亡还是抑制细胞凋亡，要看补锌的量。他认为当细胞外锌浓度达到500～1 000 mmol/L时，可以抑制各种因素引起的各类细胞的凋亡，但当细胞外锌浓度为80～200 mmol/L时，则可以诱导淋巴细胞凋亡。对于内因和外因在事物中的作用，以及它们之间的相互关系上，我们应全面辩证的分析。
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锌对细胞凋亡调控这种正、反作用的矛盾对立与转化作用，我们应勇于接受、承认。那种因怀疑而抱有偏见、不以为然的态度是不科学的，然而我们又不能从保守走向反面，简单重复的盲从也为科学所不容。因此，在研究及评价Zn2+是否是凋亡抑制剂或诱导剂时，还需采用全面的凋亡指标体系深入研究Zn2+在不同剂量范围、不同时间及多种生物系统中的作用，只有这样才能反映锌与凋亡的真正关系。
作者简介：李萡(1973～)，女，陕西省西安市人，于1994年毕业于河北医科大学，现就读于第四军医大学预防医学系营养与食品卫生教研室硕士研究生。
参考文献：
[1]Brockhaus F,Brne B.Overexpression of CuZn superoxide dismutase protects RAW 264.7 macrophages against nitric oxide cytotoxicity[J].Biochem J,1999,338(Pt 2):295～303.
, 百拇医药
[2]Ishido M,Suzuki T,Adachi T,et al.Zinc stimulates DNA synthesis during its antiapoptotic action independently with incr-ements of an antiapoptotic protein,Bcl-2,in porcine kidney LLC-PK(1) cells[J].J Pharmacol Exp Ther,1999,290(2):923～928.
[3]Provinciali M,Di Stefano G,Stronati S.Flow cytometric analysis of CD3/TCR complex,zinc,and glucocorticoid-mediated regulation of apoptosis and cell cycle distribution in thymocytes from old mice[J].Cytometry,1998,32(1):1～8.
, 百拇医药
[4]Wang W,Post J I,Dow K E,et al.Zinc and copper inhibit nerve growth factor-mediated protection from oxidative stress-induced apoptosis[J].Neurosci Lett,1999,259(2):115～118.
[5]Ahn Y H,Kim Y H,Hong S H,et al.Depletion of intracellular zinc induces protein synthesis-dependent neuronal apoptosis in mouse cortical culture[J].Exp Neurol,1998,154(1):47～56.
[6]Sakabe I,Paul S,Dansithong W,et al.Induction of apoptosis in Neuro-2A cells by Zn2+ chelating[J].Cell Struct Funct,1998,23(2):95～99.
, http://www.100md.com
[7]Kolenko V,Uzzo R G,Bukowski R,et al.Dead or dying:necrosis versus apoptosis in caspase-deficient human renal cell carcinoma[J].Cancer Res,1999,59(12):2 838～2 842.
[8]Kim Y H,Kim E Y,Gwag B J,et al.Zinc-induced cortical neuronal death with features of apoptosis and necrosis:mediation by free radicals[J].Neuroscience,1999,89(1):175～182.
[9]Liang J Y,Liu Y Y,Zou J,et al.Inhibitory effect of zinc on human prostatic carcinoma cell growth[J].Prostate,1999,40(3):200～207.
, 百拇医药
[10]Paramanantham R,Sit K H,Bay B H.Adding Zn2+ induces DNA fragmentation and cell condensation in cultured human Chang Tiver cells[J].Biol Trace Elem Res,1997,58(1～2):135～147.
[11]Matsushita K,Kitagawa K,Mastsugama T,et al.Effect of systemic zinc administration on delayed neuronal death in the gerbil hippocampus[J].Brain Res,1996,743(1～2):362～365.
[12]李正银，赵法级，郭俊生，等.锌对热应激大鼠免疫力与白细胞凋亡的影响[J].营养学报，1997，19(4)：388～392.
[13]Fraker P J,Telford W G.Areappraisal of the role of zinc in life and death decisions of cells[J].Proc Soc Exp Biol Med,1997,215(3):229～236.
收稿日期：2000-01-13, 百拇医药