锌是儿童生长发育的重要元素,近年来已逐渐得到认识。正常的锌营养可以促进儿童的健康发育,而锌缺乏的儿童身高与同龄相比有显著差异:骨密度降低,股骨的长度明显低于对照组,扁骨的形态发育畸形。张月红等对生长期大鼠的研究中发现,在锌缺乏环境下,骺板形态发生改变,狭窄,不规则,扭曲变形。骺板软骨细胞畸形,骺板增殖带和肥大带的软骨细胞数量减少,未呈典型的柱状排列。整个骺板呈退化样改变,不具有正常的形态和功能,从而影响了骨骼的生长发育。由此可见,锌缺乏抑制骺软骨细胞增殖分化,很可能是造成软骨内成骨障碍而导致骨骼的发育迟缓的主要原因。Litchfield在无血清骺板软骨细胞培养基中添加适量的锌,可促进软骨细胞蛋白质含量和Ⅱ型胶原的分泌,说明适当浓度的锌促进软骨细胞的增殖分裂,如从培养基中用锌离子螯合剂TPEN除掉锌,软骨细胞内蛋白质含量和Ⅱ型胶原减少。这一结果证实锌是促进软骨细胞增殖分化的重要因子。王新宾在雏鸡的研究中,给予缺锌食物后3天,对骺板软骨细胞在用TUNEL和BrdU的方法进行检测,发现骺板软骨细胞凋亡已经增加,出现软骨细胞增殖分化障碍,同时用免疫组织化学的方法检测发现骺板内生长因子水平还未降低,说明锌缺乏环境下软骨细胞分化障碍可能与生长因子关系不十分密切,其与缺锌本身造成的变化有关。根据以上的研究结果,我们分析锌缺乏环境导致骨骼损伤的原因可能是骺板软骨细胞内锌稳态受到破坏,影响锌的正常代谢,影响软骨细胞的正常的增殖分化,最终导致骨骼的发育障碍。锌离子在细胞代谢过程中不断消耗,必须不断得到补充。同时,锌离子不能自由通过细胞内的膜结构,必须通过特定的转运蛋白和膜通道才可以在细胞内正常代谢。近年来的研究表明,哺乳动物细胞内有一类类似ATP酶的蛋白质---锌转运蛋白家族(Zinc transporters,ZnTs),可转运锌离子,并调节质膜内锌离子浓度。锌转运蛋白为一组结构和功能相近的蛋白质,它们均具有六个跨膜区并且有一个区域含有丰富的组氨酸,此区域可能含有锌离子的结合位点,必须与锌离子结合才能发挥作用。ZnTs的表达受到细胞外环境内锌离子水平的调控,锌缺乏环境下ZnTs的表达下降,到目前为止,在这个锌转运蛋白家族中已有7个成员ZnT1～7被克隆出。ZnT1是ZnTs家族中最先被发现的锌转运体,分布在细胞膜,将锌离子外排出细胞,对细胞周期的调节起重要作用,在软骨细胞也有表达。ZnT5和ZnT7与成骨细胞的分化有关系,可能分布在细胞内的囊泡表面,与锌离子的分布和聚集释放密切相关。我们推测软骨细胞分化过程中细胞周期的变化与ZnTs有关,引起软骨细胞内锌离子的代谢障碍,影响软骨细胞的锌离子的正常释放,很可能是软骨细胞增殖分化障碍,导致骨骼损伤的原因。本研究从锌缺乏后骺板软骨细胞病理改变入手,探讨锌缺乏后软骨细胞生物学特性的变化,尤其是ZnT5和ZnT7和细胞内锌离子的动态变化,试图揭示锌缺乏导致骺板软骨细胞分化障碍的机制:锌缺乏时,由于ZnT5和ZnT7的表达下降,引起锌离子的聚集障碍,导致骺板软骨细胞分化障碍,最终引发骨骼发育障碍。