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　　在人體內，絕大多數的鋅離子與蛋白質(zhì)緊密結合，幫助它們完成生物反應。微量的鋅則只是松散結合或可以“移動(dòng)”，人們認為它們對大腦、胰腺和前列腺癌等器官正常發(fā)揮功能起至關(guān)重要的作用。而對于這一離子在某些生物系統中的確切作用還不是很清楚。

　　來(lái)自麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員構建出了一種新的光學(xué)傳感器，其可以追蹤細胞中的鋅離子，幫助研究人員更多的了解它的功能。這一傳感器是以細胞中的一種特異細胞器作為目標，當它與鋅離子結合時(shí)，科學(xué)家們可以確定這種金屬集中的位置。

　　設計這種傳感器的麻省理工學(xué)院化學(xué)家們，現利用它來(lái)闡明了鋅水平在前列腺中通常較高，在前列腺癌細胞中顯著(zhù)降低的原因。研究結果發(fā)表在12月9日的《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

　　論文的作者之一、麻省理工學(xué)院博士后Robert Radford說(shuō)：“我們可以利用這些工具研究鋅離子在健康和病變前列腺細胞中的運輸。通過(guò)這樣做，我們嘗試了解了前列腺癌發(fā)病過(guò)程中鋅離子水平的變化。”

　　Radford在論文資深作者、麻省理工學(xué)院化學(xué)教授Stephen Lippard實(shí)驗室工作。論文的主要作者是麻省理工學(xué)院2013屆研究生Wen Chyan。

　　Lippard實(shí)驗室研究人員現正致力研發(fā)類(lèi)似的熒光傳感器，為早期檢測前列腺癌開(kāi)發(fā)一種診斷測試。前列腺癌是美國男性第二大癌癥死亡原因，但若能及早發(fā)現，則極可能得到治愈。

　　通往癌癥之路

　　眾所周知，鋅離子幫助穩定了蛋白質(zhì)結構并催化了某些細胞反應。此外，人們認為在前列腺中鋅離子通過(guò)幫助**成分檸檬酸鹽累積有助于生殖功能。研究證實(shí)，在前列腺上皮細胞的線(xiàn)粒體內，鋅離子抑制了代謝酶：順烏頭酸酶。通過(guò)阻斷順烏頭酸酶的活性，鋅離子截斷了檸檬酸循環(huán)——細胞通過(guò)這一系列的反應來(lái)生成主要的能量貨幣：ATP。

　　科學(xué)家們推測，在前列腺細胞癌變之前，它們將鋅離子從線(xiàn)粒體排除出去。這使得癌細胞能夠生成它生長(cháng)和分裂所需的額外能量。

　　“如果細胞正在不受控制地進(jìn)行分裂，其需要大量的化學(xué)能，那么它肯定不希望鋅離子來(lái)干擾順烏頭酸酶，阻止生成更多的ATP，”Radford說(shuō)。

　　麻省理工學(xué)院的新研究支持了這一理論，它表明：盡管前列腺癌細胞能夠吸收鋅離子，但這一金屬不會(huì )像在正常前列腺細胞中那樣在線(xiàn)粒體中累積。

　　Radford說(shuō)，這些結果表明，在正常細胞中鋅離子有可能是通過(guò)一種專(zhuān)門(mén)的轉運蛋白運輸到了線(xiàn)粒體中，但這樣的蛋白還沒(méi)有得到確定。在癌細胞中這一蛋白有可能發(fā)生了失活。

　　追蹤鋅離子

　　這一新型的鋅離子傳感器依賴(lài)Lippard實(shí)驗室于10多年前開(kāi)發(fā)的一種分子：Zinpyr1 (ZP1)。ZP1基于一種稱(chēng)作為熒光素的染料，只有當它與鋅離子結合時(shí)才會(huì )發(fā)生改變發(fā)出熒光。

　　只要將ZP1傳感器添加到實(shí)驗室培養的一盤(pán)細胞中，它就會(huì )散布到細胞內。直到現在，這一傳感器存在的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是，難于靶向細胞內的特異結構。Radford說(shuō)：“我們曾成功地利用一些蛋白質(zhì)和肽來(lái)鎖定小分子新傳感器，但大多數時(shí)候這些傳感器都被捕獲在細胞的酸性囊泡中失活。”

　　Lippard研究小組通過(guò)兩點(diǎn)改變克服了這一障礙：首先，他們裝上了一個(gè)鋅反應性的保護基團，改變了傳感器的物理性質(zhì)使得它更容易被鎖定。第二，他們添加了一種“地址標簽”將ZP1引導到線(xiàn)粒體中。這種標簽是t**henylphosphonium的衍生物，帶正電荷且具有疏水性，因此能夠進(jìn)入到線(xiàn)粒體中。生成的這種傳感器能夠很容易地進(jìn)入細胞，使得研究人員能夠顯像線(xiàn)粒體內的移動(dòng)鋅離子池。

　　“將基于反應的方法和識別方法相結合，這提供了一個(gè)令人興奮的傳感新概念，其有潛力應用于與鋅錯誤調控相關(guān)的診斷，”加州大學(xué)伯克利分校化學(xué)、分子和細胞生物學(xué)教授Christopher Chang(未參與該研究)說(shuō)。

　　在未來(lái)的研究中，研究人員計劃擴展他們的策略構建出一個(gè)傳感器控制板，用一些傳感器來(lái)靶向細胞中許多其他的細胞器。

　　“鑒別出移動(dòng)鋅離子的細胞內靶標是了解它在生物信號傳導中真實(shí)功能的一個(gè)重要步驟。下一步是發(fā)現鋅離子結合細胞器中受體所影響的特異生物化學(xué)信號通路，闡明這一過(guò)程中發(fā)生的結構和伴隨功能改變，”Lippard說(shuō)。

　　該實(shí)驗室當前的興趣是研究大腦中的鋅離子，人們認為鋅離子在大腦中發(fā)揮了神經(jīng)遞質(zhì)作用。通過(guò)了解聽(tīng)覺(jué)皮層、視神經(jīng)和嗅球中的移動(dòng)鋅離子，研究人員希望能夠闡明它在聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和嗅覺(jué)中所起的作用。