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摘 要：锌是动物的一种必需金属元素，是它们发挥正常生理功能所必需的。锌参与了能够影响机体免疫应答的生物化学过程，它在大脑的兴奋性突触（excitatory synpses）中起着神经调节剂的功能。锌参与对应激性刺激的应答反应。锌是基因表达的一种重要调控因子；在细胞水平上，锌在维持细胞壁的完整性上起着重要的作用，它会影响动物的衰老。锌在自然界相对丰富，以矿物质的形式存在，且很少以纯锌元素的方式出现。锌被广泛用于工业和农业生产：在工业上，锌主要以其抗腐蚀作用被用于其他金属元素的加工工艺中；在农业上，锌被用作肥料和化学剂，以生产杀虫剂。在某些受到人类活动影响的地方，锌在自然界的含量提高，并且大量的锌进入人类的食品供应链中。本文我们主要介绍锌在动物体内的代谢和体内平衡，同时还详细介绍锌的生物学功能。本文也将介绍锌的不足和其对动物健康的影响。我们还将简要介绍锌的过量摄入及由此引发的毒性。
关键词：锌；金属元素；酶；蛋白质；金属硫蛋白
中图分类号：S816.72 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2017）09-0106-03
锌（Zn）是对动物健康非常重要的营养成分之一。许多蛋白质、重要的酶和转录因子均与锌结合，其功能的发挥也依赖于锌。锌参与支持生命的多种生化过程，包括细胞呼吸、氧的细胞利用、DNA和RNA的表达、维持细胞膜的完整性、自由基螯合以及防止脂质过氧化。锌是一种微量元素，是金属酶、乳酸脱氢酶、羧肽酶、DNA和RNA聚合酶的核心成分。人体含有 1.5 g～2.5 g的锌，其中60%贮存于肌肉，30%存在于骨骼（图1）。
锌是一种必需的金属元素，参与多种生化过程，并与多种生理缺陷有关，包括皮肤病、厌食、体重减轻、生长迟缓以及神经和免疫系统受损。锌缺乏会导致碱性磷酸酶（Alkaline Phosphatase，ALP）、铜/锌超氧化物歧化酶（Cu-Zn SOD）、羧肽酶、DNA和RNA聚合酶及乳酸脱氢酶等酶活性发生变化。
锌参与维持动物肠道的结构和功能，在肠道免疫功能中起着至关重要的作用。缺乏锌会导致空肠绒毛变得松软扁平。这种形态变化会降低肠道表面的吸收能力，导致单位面积绒毛数量大幅减少。补充锌可加速肠道黏膜的再生，提高刷状边缘酶的水平。
营养性锌缺乏症是一个世界性的问题（图2）。锌摄入量不足与蛋白-能量营养不良有关。锌缺乏会导致多种参与生长和骨骼发育的激素、细胞因子和酶[如胰岛素样生长因子-I（Insulin-Like Growing Factor-I，IGF-1）、生长激素、甲状腺激素、胰岛素、催乳素、碱性磷酸酶（ALP）和前列腺素]的代谢紊乱。人类和动物摄入的锌不足，会导致生长迟缓和骨骼成熟延迟。ALP是一种存在于成骨细胞表面的含锌金属酶，为骨骼正常形成和/或礦化所必需。骨特异性碱性磷酸酶（ALP）的单体带有两个锌分子，因此锌是ALP发挥活性所必需的。此前的动物研究表明，患有锌缺乏症的大鼠骨特异性ALP活性降低。在成年雌性小鼠胫骨中，日粮锌与骨ALP存在剂量依赖性关系。碳酸酐酶II（Carbonic Anhydrase II，CAII）是一种催化二氧化碳可逆性水合的含锌酶，是成骨细胞分化的初始调节剂，对最佳的骨吸收至关重要。
运输锌的“锌指”蛋白和金属硫蛋白（Metallothioneins，MT）都是非酶锌蛋白。因特异性转运蛋白所致的锌转运失调与特定疾病有关。金属硫蛋白是一类具有低分子量和独特氨基酸序列的非酶肽，在免疫调节、神经保护、金属调节和解毒中起着重要的生物学作用。
正常日粮不会导致锌过量摄入。高剂量服用富含锌的营养添加剂时，其他金属代谢可能会受到干扰，因为日粮锌对铜的吸收具有拮抗作用。动物摄入极高剂量的锌会导致其他金属离子如铜、铁、钴和铬的吸收下降。如果持续高剂量摄入，可能会出现贫血症状。因此须确保金属的平衡摄取，以防止失衡。
1 农业生态系统中的锌污染
与其他微量元素（Cu、Mn、Co、Ni）一样，锌以两种方式进入农业生态系统。第一种方式是高浓度锌矿物材料风化。三种含锌的主要矿物为菱锌矿（ZnCO3）、闪锌矿（ZnS）和半闪锌矿[Zn4Si2O7（OH）2·H2O]。例如，玄武岩是含有高水平锌的火成岩，叶岩是具有高水平Zn的沉积岩。这些矿物质可能会在特定环境条件下迅速风化，其中的微量元素被氧化并可流动。
第二种方式是人为活动，包括在农地上施用含有锌等多种微量元素的肥料、杀真菌剂、除草剂、农药和池塘沉积物。例如，在果园施用农药可能使Zn含量每年增加0.05 kg/km2～ 0.09 kg/km2。锌还通过动物排泄物进入农业生态系统。锌是一种无机抗菌化合物，欧盟规定全价料中锌的含量限制在250 mg/kg内，或80 mg螯合锌/kg。土壤中只有一小部分微量元素可生物利用。锌的迁移率受土壤pH以及各种生物过程的影响。
2 锌的代谢
食物是锌的主要来源。肉类（特别是牛肉和猪肉、火鸡和鸡肉）、海鲜（如牡蛎）、谷物和豆类中锌的含量相对较高。通常动物性食品是更为优良的锌源，几乎不含抑制锌吸收的成分，特别是不含可与锌形成不溶性复合物而降低锌生物利用率的植酸。某些氨基酸可改善Zn、半胱氨酸和组氨酸的吸收。
3 锌的吸收
动物吸收锌的主要部位是小肠，其中十二指肠远端和近端空肠发挥着关键的作用。锌的吸收主要依靠主动和被动转运这两种形式进行。主动转运由特定的转运载体运输，其有效性随着日粮锌摄入量的增加而增加。被动转运通过扩散机制进行，其有效性与肠腔内锌的浓度成比例。
在细胞水平上，锌的吸收是一个进入肠细胞的过程，锌通过基底外侧膜进入门静脉循环，该过程通过几种锌转运载体完成。
4 锌的分布
吸收入体内的锌主要与白蛋白（60%～80%）集合，少量与α-2-巨球蛋白和转铁蛋白及游离氨基酸特别是组氨酸和半胱氨酸结合，并通过血液运输。与血浆蛋白结合的锌是身体中最容易获取的锌源，尽管它仅占体内Zn总量的约0.1%。血液中的锌含量比血浆高五倍以上。在红细胞中，80%的锌存在于碳酸酐酶和Zn超氧化物歧化酶。 运送到肝脏的锌稍后运输到身体各处。在肝细胞、肠细胞和其他细胞中，锌贮存于金属蛋白，包括金属酶、基因调节分子、储存蛋白和锌转运蛋白。肝细胞中的锌主要与MT结合。
5 锌的转运载体
锌转运载体分为两类：ZnT和ZIP。ZnT主要存在于细胞质膜、高尔基体、内质网和内质网，负责转运细胞质中的锌。其中ZnT-1存在于质膜，将Zn从细胞转运到几乎所有组织中的细胞外。ZnT-2存在于肠、肾和睾丸中，可将锌从细胞中运出，也可将Zn转运到细胞中的储存囊泡中。ZnT-3的活性与Zn向囊泡转移有关，其表达仅限于脑部。这表明Zn在中枢神经系统中具有重要作用。ZnT-4位于哺乳动物的腺体和脑部。ZnT-5位于胰腺的囊泡分泌细胞和肠细胞的顶端膜。ZnT-10位于胞质膜上。
ZIP载体可以分为四个亚类：Zip I、Zip II、gufA和LZT。大多数ZIP类蛋白（Zip-4～Zip- 8、Zip-10和Zip-12～Zip-14）为LZT亚类。ZIP类载体将锌从细胞外或细胞内囊泡转移到细胞质中。此类载体大多位于细胞质膜上。在急性炎症的情况下，ZIP-14移动到肝细胞膜上，从而增加锌的吸收。
6 金屬硫蛋白
金属硫蛋白（Metallothioneins，MT）是一组低分子量的胞内蛋白，可以与锌等二价金属阳离子结合。MT在体内执行许多功能，其中最重要的是转运必需的金属离子及对金属离子进行解毒。大多数金属硫蛋白与锌结合，还可贮存过量的金属离子，在金属离子摄入不足的条件可以动员这些金属离子。
哺乳动物的金属硫蛋白含有61至68个氨基酸残基，其中包括18至23个半胱氨酸残基，但是不含芳香族氨基酸或组氨酸。其三级结构由两个结构域组成（α：包含C末端的稳定结构域，β：包含N-末端的反应性域）。它们可配合7个二价或12个一价金属离子。金属硫蛋白以MT-1、MT-2、MT-3和MT-4等多种异构体存在。
金属硫蛋白表达的调节与金属离子有关。在金属调节转录因子-1（Metal-Regulatory Transcription Factor-1，MTF-1）与MT基因启动子上的金属反应元件（MRE）结合后启动转录。通常，MTF-1与抑制剂MTI结合。金属离子进入细胞内间隙后，细胞在金属离子与MTI之间建立连接，并释放MTF-1，诱导MT的表达。□□
未完，待续。
原题名：Zinc In The Animal Organism： A Review（英文）
原作者：V. Sloup和I. Jankovská等（捷克生命科学大学农业生物、食品与自然资源学院）
关键词：锌；金属元素；酶；蛋白质；金属硫蛋白
中图分类号：S816.72 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2017）09-0106-03
锌（Zn）是对动物健康非常重要的营养成分之一。许多蛋白质、重要的酶和转录因子均与锌结合，其功能的发挥也依赖于锌。锌参与支持生命的多种生化过程，包括细胞呼吸、氧的细胞利用、DNA和RNA的表达、维持细胞膜的完整性、自由基螯合以及防止脂质过氧化。锌是一种微量元素，是金属酶、乳酸脱氢酶、羧肽酶、DNA和RNA聚合酶的核心成分。人体含有 1.5 g～2.5 g的锌，其中60%贮存于肌肉，30%存在于骨骼（图1）。
锌是一种必需的金属元素，参与多种生化过程，并与多种生理缺陷有关，包括皮肤病、厌食、体重减轻、生长迟缓以及神经和免疫系统受损。锌缺乏会导致碱性磷酸酶（Alkaline Phosphatase，ALP）、铜/锌超氧化物歧化酶（Cu-Zn SOD）、羧肽酶、DNA和RNA聚合酶及乳酸脱氢酶等酶活性发生变化。
锌参与维持动物肠道的结构和功能，在肠道免疫功能中起着至关重要的作用。缺乏锌会导致空肠绒毛变得松软扁平。这种形态变化会降低肠道表面的吸收能力，导致单位面积绒毛数量大幅减少。补充锌可加速肠道黏膜的再生，提高刷状边缘酶的水平。
营养性锌缺乏症是一个世界性的问题（图2）。锌摄入量不足与蛋白-能量营养不良有关。锌缺乏会导致多种参与生长和骨骼发育的激素、细胞因子和酶[如胰岛素样生长因子-I（Insulin-Like Growing Factor-I，IGF-1）、生长激素、甲状腺激素、胰岛素、催乳素、碱性磷酸酶（ALP）和前列腺素]的代谢紊乱。人类和动物摄入的锌不足，会导致生长迟缓和骨骼成熟延迟。ALP是一种存在于成骨细胞表面的含锌金属酶，为骨骼正常形成和/或礦化所必需。骨特异性碱性磷酸酶（ALP）的单体带有两个锌分子，因此锌是ALP发挥活性所必需的。此前的动物研究表明，患有锌缺乏症的大鼠骨特异性ALP活性降低。在成年雌性小鼠胫骨中，日粮锌与骨ALP存在剂量依赖性关系。碳酸酐酶II（Carbonic Anhydrase II，CAII）是一种催化二氧化碳可逆性水合的含锌酶，是成骨细胞分化的初始调节剂，对最佳的骨吸收至关重要。
运输锌的“锌指”蛋白和金属硫蛋白（Metallothioneins，MT）都是非酶锌蛋白。因特异性转运蛋白所致的锌转运失调与特定疾病有关。金属硫蛋白是一类具有低分子量和独特氨基酸序列的非酶肽，在免疫调节、神经保护、金属调节和解毒中起着重要的生物学作用。
正常日粮不会导致锌过量摄入。高剂量服用富含锌的营养添加剂时，其他金属代谢可能会受到干扰，因为日粮锌对铜的吸收具有拮抗作用。动物摄入极高剂量的锌会导致其他金属离子如铜、铁、钴和铬的吸收下降。如果持续高剂量摄入，可能会出现贫血症状。因此须确保金属的平衡摄取，以防止失衡。
1 农业生态系统中的锌污染
与其他微量元素（Cu、Mn、Co、Ni）一样，锌以两种方式进入农业生态系统。第一种方式是高浓度锌矿物材料风化。三种含锌的主要矿物为菱锌矿（ZnCO3）、闪锌矿（ZnS）和半闪锌矿[Zn4Si2O7（OH）2·H2O]。例如，玄武岩是含有高水平锌的火成岩，叶岩是具有高水平Zn的沉积岩。这些矿物质可能会在特定环境条件下迅速风化，其中的微量元素被氧化并可流动。
第二种方式是人为活动，包括在农地上施用含有锌等多种微量元素的肥料、杀真菌剂、除草剂、农药和池塘沉积物。例如，在果园施用农药可能使Zn含量每年增加0.05 kg/km2～ 0.09 kg/km2。锌还通过动物排泄物进入农业生态系统。锌是一种无机抗菌化合物，欧盟规定全价料中锌的含量限制在250 mg/kg内，或80 mg螯合锌/kg。土壤中只有一小部分微量元素可生物利用。锌的迁移率受土壤pH以及各种生物过程的影响。
2 锌的代谢
食物是锌的主要来源。肉类（特别是牛肉和猪肉、火鸡和鸡肉）、海鲜（如牡蛎）、谷物和豆类中锌的含量相对较高。通常动物性食品是更为优良的锌源，几乎不含抑制锌吸收的成分，特别是不含可与锌形成不溶性复合物而降低锌生物利用率的植酸。某些氨基酸可改善Zn、半胱氨酸和组氨酸的吸收。
3 锌的吸收
动物吸收锌的主要部位是小肠，其中十二指肠远端和近端空肠发挥着关键的作用。锌的吸收主要依靠主动和被动转运这两种形式进行。主动转运由特定的转运载体运输，其有效性随着日粮锌摄入量的增加而增加。被动转运通过扩散机制进行，其有效性与肠腔内锌的浓度成比例。
在细胞水平上，锌的吸收是一个进入肠细胞的过程，锌通过基底外侧膜进入门静脉循环，该过程通过几种锌转运载体完成。
4 锌的分布
吸收入体内的锌主要与白蛋白（60%～80%）集合，少量与α-2-巨球蛋白和转铁蛋白及游离氨基酸特别是组氨酸和半胱氨酸结合，并通过血液运输。与血浆蛋白结合的锌是身体中最容易获取的锌源，尽管它仅占体内Zn总量的约0.1%。血液中的锌含量比血浆高五倍以上。在红细胞中，80%的锌存在于碳酸酐酶和Zn超氧化物歧化酶。 运送到肝脏的锌稍后运输到身体各处。在肝细胞、肠细胞和其他细胞中，锌贮存于金属蛋白，包括金属酶、基因调节分子、储存蛋白和锌转运蛋白。肝细胞中的锌主要与MT结合。
5 锌的转运载体
锌转运载体分为两类：ZnT和ZIP。ZnT主要存在于细胞质膜、高尔基体、内质网和内质网，负责转运细胞质中的锌。其中ZnT-1存在于质膜，将Zn从细胞转运到几乎所有组织中的细胞外。ZnT-2存在于肠、肾和睾丸中，可将锌从细胞中运出，也可将Zn转运到细胞中的储存囊泡中。ZnT-3的活性与Zn向囊泡转移有关，其表达仅限于脑部。这表明Zn在中枢神经系统中具有重要作用。ZnT-4位于哺乳动物的腺体和脑部。ZnT-5位于胰腺的囊泡分泌细胞和肠细胞的顶端膜。ZnT-10位于胞质膜上。
ZIP载体可以分为四个亚类：Zip I、Zip II、gufA和LZT。大多数ZIP类蛋白（Zip-4～Zip- 8、Zip-10和Zip-12～Zip-14）为LZT亚类。ZIP类载体将锌从细胞外或细胞内囊泡转移到细胞质中。此类载体大多位于细胞质膜上。在急性炎症的情况下，ZIP-14移动到肝细胞膜上，从而增加锌的吸收。
6 金屬硫蛋白
金属硫蛋白（Metallothioneins，MT）是一组低分子量的胞内蛋白，可以与锌等二价金属阳离子结合。MT在体内执行许多功能，其中最重要的是转运必需的金属离子及对金属离子进行解毒。大多数金属硫蛋白与锌结合，还可贮存过量的金属离子，在金属离子摄入不足的条件可以动员这些金属离子。
哺乳动物的金属硫蛋白含有61至68个氨基酸残基，其中包括18至23个半胱氨酸残基，但是不含芳香族氨基酸或组氨酸。其三级结构由两个结构域组成（α：包含C末端的稳定结构域，β：包含N-末端的反应性域）。它们可配合7个二价或12个一价金属离子。金属硫蛋白以MT-1、MT-2、MT-3和MT-4等多种异构体存在。
金属硫蛋白表达的调节与金属离子有关。在金属调节转录因子-1（Metal-Regulatory Transcription Factor-1，MTF-1）与MT基因启动子上的金属反应元件（MRE）结合后启动转录。通常，MTF-1与抑制剂MTI结合。金属离子进入细胞内间隙后，细胞在金属离子与MTI之间建立连接，并释放MTF-1，诱导MT的表达。□□
未完，待续。
原题名：Zinc In The Animal Organism： A Review（英文）
原作者：V. Sloup和I. Jankovská等（捷克生命科学大学农业生物、食品与自然资源学院）