刘文娇 齐亚楠 马 婧 韩瑞钰 王树松，，

1．河北师范大学化学与材料科学学院(石家庄，050024);2．河北医科大学研究生学院;3．河北省计划生育科学技术研究院，国家卫计委计划生育与优生重点实验室

锌是人体必需微量元素之一，在细胞分裂、生长和分化等许多生物过程中发挥独特和广泛的功能。当锌稳态的改变，尤其是锌缺乏，被认为与许多疾病的发展有关。锌转运蛋白对锌稳态调节具有重要作用，包括转运蛋白(ZIP)家族和锌转运蛋白(ZnTs)家族、金属硫蛋白(MTs)家族三种锌转运蛋白家族主要参与了细胞内外锌离子的稳态调节。其中，ZnT 家族主要功能是促进细胞质的锌离子转运到细胞外或细胞器内，进而降低细胞质锌浓度。越来越多的证据表明，ZnT 家族对维持细胞内锌稳态是不可或缺的。锌在男性生殖中起着重要的作用，ZnT 与男性生殖关系密切。本文将ZnT 家族的主要功能及其在男(雄) 性生殖系统中的研究进展予以综述。

1 锌与男性生殖

在男性生殖系统中，锌离子主要分布在睾丸、附睾、前列腺和精液中，尤其以精液中锌离子含量最高。精液锌主要来源于前列腺，前列腺组织中含有高浓度的锌，锌是前列腺的主要功能标志物。人体中缺少锌离子，可导致性腺成熟期的推迟、性腺萎缩、性腺纤维化、第二性征发育不全等男性不育症。锌还参与乳酸脱氢酶、羧肽酶A 的组成。缺锌可影响这些酶的活性，从而影响到男性生殖生育。

锌离子直接参与精子的生成、成熟、激活或获能过程，对精子运动、活力具有重要作用。锌离子能延缓精子膜的脂质氧化，抑制精子的酵解和氧化，维持精子细胞膜的完整性和稳定性。同时精子在射精过程中吸收精浆中的锌离子，与胞核染色体的巯基结合，防止染色体解聚，提高精子活力，有利于受精。曾春花等［1］对少弱精子症患者的研究表明，精子过高的锌含量可能与精子运动能力下降和精子膜功能障碍相关。Kothari等［2］研究表明，精液参数异常组精浆锌含量较精液参数正常组低，精浆锌与血清游离睾酮呈显著正相关，与精子浓度、形态、活力和活率均具有相关性。Taravati等［3］对弱精子症男性精浆锌含量的荟萃分析表明，精浆锌浓度与男性不育症呈负相关。刘海儒等［4］对不育男性精浆锌含量分析表明，精浆锌含量与精子总数、前向运动精子总数和体外受精率关系密切，精浆锌含量是评估男性生殖力的重要指标之一。

2 ZnT 家族的生理功能

ZnT 家族又称为阳离子扩散辅助蛋白( CDF) 家族，到目前为止家族10 名成员已在哺乳动物中发现，即称为ZnT1-10。大多数ZnT 家族蛋白由300～550 个氨基酸组成，其氨基与羧基端位于细胞膜或细胞器膜内，大多数ZnT 家族成员含有6 个跨膜结构区域，在第IV 和V 跨膜区域之间有一个较长的富含组氨酸的长环，被认为是锌离子的结合位点，参与细胞内锌离子动态平衡的调控。蛋白质的C、N 末端均位于细胞内等相同结构特点［5］。

2．1 ZnT 家族成员

ZnT1 是ZnT 家族中第一个被发现的锌转运蛋白，其mRNA 在人体组织内广泛表达，定位局限于细胞质膜中，在细胞质锌转运出细胞过程中起着非常重要的作用。纯合ZnT1 基因敲除的小鼠在胚胎移植不久后死亡，表明ZnT1 是胎儿从母体摄取锌的一种重要蛋白分子［6］。Shusterman 等［7］研究了ZnT1 抑制L 型钙通道(LTCC)，结果显示ZnT1 是一种双功能蛋白质，其交换Zn2+/H+和抑制LTCC 的能力彼此独立并且由蛋白质的不同部分介导。

ZnT2 被鉴定为将锌从细胞质转运至内体和溶酶体的转运蛋白，其mRNA 在乳腺、胰腺、前列腺、睾丸、视网膜、肠、肾等组织表达。Naoya 等［8］研究发现，在母体中人类ZnT2(包括H54R 和G87R) 的杂合突变导致母乳中锌降低，进而引起母乳喂养的婴儿缺锌，表明ZnT2 在人体内锌分泌到乳汁中起着关键作用。Podany等［9］观察ZnT2 基因敲除后小鼠的表征，显示ZnT2 定位于PC 颗粒膜，ZnT2 基因敲除小鼠中PC 的颗粒分泌减少和对脂多糖的炎症反应增加，杀菌活性降低，表明ZnT2 在锌进入PC 颗粒，对PC 颗粒功能发挥作用至关重要。

ZnT3 是锌向突触小泡运输所必需的，表达水平决定小泡的锌浓度［10］。ZnT3mRNA 在海马和大脑皮层中具有很高的表达水平，ZnT3 参与三维记忆和行为塑造的发展。在正常小鼠和阿尔茨海默病患者中，ZnT3 的水平随年龄显著降低，这种减少会导致认知功能的丧失［11］。Perez 等［12］对大多数精神病遗传学联盟群组中仅有的两种ZnT3 SNP 变体(rs11126936 和rs11126929)进行meta 分析，结果两种变体均与精神分裂症有显着相关性，并且在女性中发现等位基因对疾病风险增加和性别特异性效应，这两种SNP 对男性没有显着影响。ZnT3 对内质网应激诱导的毒性具有保护作用，这些毒性被认为与神经退行性疾病如阿尔茨海默病或肌萎缩侧索硬化有关［13］。

ZnT4 存在于溶酶体、细胞质囊泡和高尔基体中，其mRNA 普遍表达，但在脑和消化道中的表达相对较高。ZnT4 的突变导致肠病性肢端皮炎的发生，并且该蛋白质介导锌在肠上皮细胞顶膜的吸收［14］。ZnT4 在乳腺锌代谢中起着关键作用，当ZnT4 基因突变，小鼠乳中锌含量降低，锌分泌减少［15］。

ZnT5 定位于包括COPⅡ包被的囊泡和高尔基体的早期分泌途径，ZnT5mRNA 在胰腺中表达相对较高，并且ZnT5 蛋白与胰腺β?细胞中的胰岛素颗粒相关。Zhang 等［16］研究表明，ZnT5 和ZnT7 的过表达分别导致caspace 3，caspace 8，BAX 和AIF 的表达下降，这些基因表达降低伴随着高葡萄糖条件下细胞的存活。Inoue 等［17］通过敲除小鼠的Znt5 基因，发现小鼠生长迟缓、骨密度降低，同时会发生缓慢性心律失常，引起超过60%的雄性小鼠突然死亡。

ZnT6 参与胞质锌向囊泡和高尔基体的转运，ZnT6mRNA 的表达普遍性低于ZnT5mRNA。然而，由于ZnT6 四螺旋束中膜内锌结合位点的两个组氨酸残基被亮氨酸和苯丙氨酸取代，本身缺乏锌转运活性。因此，ZnT6 需要与ZnT5 形成异源二聚体来实现其活性表达。有研究表明散发性肌萎缩侧索硬化症患者中ZnT3 和ZnT6 蛋白水平降低，免疫反应性降低，ZnT 家族参与神经元中的锌稳态平衡［18］。

ZnT7 将细胞质内的锌转运到高尔基体储存，对于锌与合成酶和蛋白质结合是必需的。研究发现ZnT7 基因缺乏的小鼠血清、肝脏、骨骼、肾脏和小肠中具有较低的锌。ZnT7 在胰腺β 细胞中的过度表达通过调节胰岛素基因转录来调节胰岛素的合成和分泌。ZnT7 缺失的小鼠具有低葡萄糖耐量并对胰岛素有抗性［19］。

ZnT8 促进锌从细胞质收集到细胞内囊泡中，并为胰岛素成熟和胰腺β 细胞分泌胰岛素提供锌。胰腺β 细胞是体内锌含量最高的部位之一，锌转运蛋白ZnT8 在这些细胞中被发现，定位在胰腺β 细胞的分泌囊泡膜上。研究表明，ZnT8 与糖尿病有着密切联系，Syring 等［20］通过腹膜内葡萄糖耐量试验显示，ZnT8-/-小鼠与正常小鼠相比，胰岛中葡萄糖刺激的胰岛素分泌减少了33%，ZnT8 基因的缺失导致胰岛素分泌适度下降而不改变葡萄糖代谢。

ZnT9 存在于许多细胞和组织中，被称为人类胚胎肺蛋白( HUEL) 。ZnT9mRNA 在小脑、骨骼肌、胸腺和肾脏中广泛表达。在HEK293 细胞中，过表达野生型ZnT9 和突变体ZnT9 细胞内锌浓度明显低于野生型ZnT9，表明ZnT9 影响细胞内锌稳态平衡［21］。肥胖妇女锌转运蛋白ZnT4，ZnT5，ZnT9、ZIP1、ZIP4 和ZIP6 mRNA 水平明显降低，表明锌转运蛋白的表达在肥胖个体中发生改变，锌转运蛋白的变化可能与肥胖相关的炎症状态有关［22］。

ZnT10 分布于脑、肝和视网膜组织以及细胞水平的内体中，将锌转运到囊泡中。Patrushev 等［23］发现血管紧张素II( Ang II) 诱导的衰老是一种锌依赖途径，其机制是通过下调锌转运体ZnT10 的表达，从而减少细胞质锌。Da 等［24］研究显示，维生素D3以维生素D 受体( VDR) 依赖的方式激活ZnT10 基因，导致ZnT10 蛋白表达增加。由于ZnT10 在小肠中高度表达，锌水平受肠道中维生素D3 的调节，所以ZnT10 对锌具有调控作用。ZnT10 也可能与帕金森病，红细胞增多症，慢性肝病和高镁血症等疾病有关。

每种锌转运蛋白ZnT 成员在细胞内都有着固定的亚细胞定位和功能。但同一种细胞器上并非只有一种锌转运蛋白ZnT 的表达。譬如ZnT5/ZnT6/ZnT7 共同定位于细胞内的高尔基体，功能为向高尔基体内转运锌离子并参与含锌蛋白的合成与修饰。说明当某种锌转运蛋白ZnT 功能障碍的时候可能存在着代偿机制。如肿瘤细胞锌转运蛋白存在表达异常，因此有效阻抑一种或几种锌转运蛋白可能造成肿瘤内某细胞器的锌转运的失代偿，达到杀伤肿瘤细胞的目的，而正常细胞可以通过代偿机制生存。

2．2 锌转运蛋白(ZnT)与锌离子动态平衡

ZnT 家族蛋白在细胞的锌离子动态平衡中有着极其重要的作用。有研究通过电镜显示锌以自由离子的形式存在于胞质，与滑面内质网紧密相关。ZnT 家族蛋白最显著的特点是，能把细胞质中的锌离子运输到细胞膜外或是细胞器膜内，以达到降低细胞内锌离子含量的目的，从而维持细胞内正常的生理代谢。如ZnT1 可把锌离子从胞内转运至胞外，使细胞能够抵挡外周环境中高浓度的锌离子;ZnT7 在维持脑锌离子动态平衡中起着重要作用，ZnT8 可维持β 细胞囊泡和细胞质中锌离子动态平衡的代谢功能。

3 ZnTs 在雄性生殖系统的研究

游离锌离子在睾丸曲精小管上的分布呈现向小管中心集中的趋势，曲精小管基底部和曲精小管之间Leydig 细胞中分布不明显，锌离子颗粒分布在Leydig 细胞的胞质和胞核。钟曼丽等［25］对小鼠生殖系统中ZnT8 的研究表明，所有ZnT8 在睾丸间质细胞中的细胞质均有表达，ZnT7 在曲细精管中的精母细胞和精子细胞中表现为高表达。ZnT8 参与hCG 诱导的小鼠睾丸间质细胞睾酮生成，ZnT8 通过参与stAR 蛋白合成的方式，参与线粒体内睾酮合成的步骤。ZnT8 可能是参与生殖系统内分泌细胞激素合成的重要蛋白。研究发现在小鼠睾丸中ZnTl～5，ZnT7，ZnT8 和ZnTl0 的免疫产物都存在，并在睾丸间质细胞细胞质中有强烈的免疫反应［26］。Chu等［27］研究发现揭示了ZnT7 可能通过调节类固醇生成酶在调节睾酮合成中起重要作用，并且可能成为代表睾酮缺乏的治疗靶标。目前，前列腺癌已成为严重影响男性生殖健康的恶性肿瘤。ZnT 蛋白家族中的ZnT1、ZnT2、ZnT4、ZnT5、ZnT6、ZnT7 在在雄性前列腺中均具有表达。大量的研究表明，低血清锌水平与前列腺癌发病率增加有关，锌转运蛋白下调使人体吸收锌的能力较低，细胞内锌稳态失衡可能是引发前列腺癌疾病的重要因素。ZnT1 和ZnT3 的高水平表达以及低水平的金属硫蛋白已经在雄激素非依赖性细胞中得到证实，这些细胞来源于最初的雄激素依赖性LNCaP 细胞系，新衍生细胞系并显示出比母体LNCaP 细胞系低得多的锌水平; 此外，前列腺癌的发生与ZNT7 基因的缺乏表达具有紧密关系［28］。Foresta 等［29］通过活检技术对非梗阻性无精子症患者、睾丸生殖细胞肿瘤患者、特发性梗阻性无精子症患者睾丸和附睾样本，采用免疫荧光分析了组织中ZnT 家族中ZnT1 和ZnT2，观察到在生精小管内，尤其是基底膜和邻近的支持细胞膜上，ZnT1显示了清楚的信号，ZnT2 没有检测到特异性信号。目前，锌转运体ZnT 在睾丸和前列腺中研究比较多，而在附睾和精囊中研究较少，可能与睾丸是精子生成器官，前列腺是含锌较高的组织，附睾和精囊属于生殖系统的附属性腺有关。

4 总结

锌转运蛋白对维持机体锌稳态平衡具有至关重要的作用，当锌转运蛋白基因发生突变可能会导致遗传疾病或增加疾病发病的风险。人们对锌转运蛋白在许多疾病发病机制中的理解还远远不够，许多问题需要研究阐明。如: 锌转运蛋白如何将锌识别为底物金属并将其运输到细胞膜上，以及它们的运输活动是如何调节的。锌与男性生殖有着密切联系，通过对雄性生殖系统中锌转运蛋白的研究，为揭示锌代谢与男性生殖疾病的机制提供参考。