锌是许多人都认为不可或缺的微量营养素，但他们可能并不完全清楚其中的具体内容。与大多数人都知道可以从一杯牛奶中获得的钙或香蕉中的钾等其他营养素相比，锌的来源有时并不那么为人所知。
锌的未知性还进一步延伸到它在体内的作用方式。研究表明，锌对细胞生长和增殖、DNA 生成、免疫系统支持、构建蛋白质等一系列重要功能至关重要，但人们对锌如何发挥作用却知之甚少。事实上，科学家们对锌在人体内如何发挥作用，尤其是在生长过程中的作用的了解，很多都是通过研究缺锌病例中锌的缺失而获得的。
生物化学教授艾米-帕尔默（Amy Palmer）开发了一种创新技术，可在 60 小时内测量自然循环细胞中的锌含量。图片来源：科罗拉多大学博尔德分校
然而，科罗拉多大学博尔德分校生物化学系教授艾米-帕尔默（Amy Palmer）领导的最新发表的研究，为锌在细胞生长中的作用带来了新的曙光–事实上是荧光。研究表明，当锌含量过低或过高时，所有细胞增殖都会停止，直到锌含量恢复到可接受的范围。研究还揭示了一种被研究人员称为”锌脉冲”的现象–细胞分裂后，锌含量会出现短暂上升，但大约一小时后又会回落。
帕尔默和她的研究同事、博士后助理研究员阿南雅-拉克希特（Ananya Rakshit）以及研究生塞缪尔-霍尔岑（Samuel Holtzen）通过使用基因编码的荧光传感器，对锌的重要作用有了新的认识。
帕尔默解释说：”对这一领域来说，这些荧光传感器是一个重大突破，因为它们使我们能够在多个小时内测量和量化单个细胞中的锌。我们可以在细胞准备分裂、分裂以及两个子细胞经历相同过程时观察锌。我们需要从细胞层面了解为什么需要锌、哪里需要锌以及需要多少锌。拼图中缺少的一块，尤其是当我们考虑补锌时，就是了解和知道细胞何时需要锌，以及它们实际需要多少锌。”
帕尔默和她的研究同事利用一些生物化学和工程学知识，创造出了一种能与锌结合且只与锌结合的传感器。这些荧光报告器对细胞的干扰较小，可以让细胞自然循环，这是这一研究领域的未来趋势，其视角是利用这些荧光报告物，创造一些专门用于锌的荧光报告物。
帕尔默在科罗拉多大学博尔德分校成立实验室时，她和同事们就开始开发这些荧光传感器，帕尔默的博士后研究是在她的导师罗杰-钱（Roger Tsien）的指导下完成的。Tsien因发现和开发绿色荧光蛋白而获得诺贝尔化学奖，他和其他科学家用这种蛋白来追踪某些基因在细胞中表达的时间和位置。
帕尔默说：”这些荧光传感器真正有趣的地方在于，它们是由基因编码的蛋白质制成的。它们有一个 DNA 序列，这一段 DNA 编码了一种能与锌结合的蛋白质。”
“当它与锌结合时，颜色就会发生变化，这是一个重大突破。得到一个很小的反应很容易，但要得到一个真正大的、强健的、可用于跟踪细胞 60 小时的反应却很难。我们对我们的工具进行了大量的反复优化，使它们能够以我们想要的方式工作。”
不过，研究人员的努力还是得到了回报，因为之前的很多研究都在细胞中添加了化学物质，以阻止细胞分裂或去除细胞的生长血清–这一过程也会去除锌。然后，移除化学物质或添加生长血清会重新启动细胞分裂，使细胞排列整齐，从而在同一时间做同样的事情。然而，这种情况并不能代表人体中发生的情况。
帕尔默和她的同事将荧光报告器引入细胞，不仅能测量锌水平，还能在60小时内跟踪每个细胞。利用自然循环的细胞，可以让细胞实时完成它们的正常工作。然后，研究人员通过计算找出了每个细胞所处的状态，以及在此期间每个时间点的锌含量。
对营养和疾病的影响帕尔默的研究之所以重要，不仅是因为开发出了用于研究细胞周期的创新工具，还因为锌的重要性尚未被广泛认识，而缺锌可能会造成重大影响。全球约有 17% 的人口缺锌，缺锌在世界一些地区已成为公共卫生危机。
严重缺锌会导致生长发育减缓或停止、性成熟延迟、免疫功能受损和伤口愈合等许多问题。然而，科学家们现在才刚刚开始了解细胞何时需要锌以及需要多少锌。
帕尔默和她的合作研究人员利用荧光传感器跟踪单个细胞在 60 小时内对锌的吸收，从而发现了细胞分裂后立即出现的锌脉冲。
帕尔默和她的合作研究人员发现，细胞分裂后会立即出现”锌脉冲”，锌含量会短暂增加，大约一小时后锌含量又会下降。图片来源：科罗拉多大学博尔德分校
帕尔默说：”我们还不知道发生这种情况的确切原因，但我们推测，两个新的子细胞需要引入大量的锌来促进单个细胞的生长。如果没有这种脉冲，它们就无法继续生长，只能暂停。”
研究人员还发现，锌水平必须恰到好处–如果锌水平过高或过低，细胞功能就会暂停，直到锌水平恢复正常。在停顿期间，他们观察到细胞难以制造 DNA。
在最近发表的研究结果的基础上，帕尔默实验室的本科生研究人员正在研究乳腺癌细胞中经常出现的极高锌水平，以及为什么这些细胞不会像健康细胞那样暂停对高锌水平的反应。帕尔默说，这就好像细胞有一个安全开关，而癌症却能以某种方式绕过它。
帕尔默说，深入研究细胞何时、为何需要锌以及需要多少锌，可能”会对从整个有机体层面了解人类营养状况产生影响，也会对了解疾病中的锌失调或功能障碍产生影响，我们正在努力了解每个细胞所具有的设定点和基本机制，即细胞感知自身的锌状态，以及如何在一定范围内调节自身的锌含量。”
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