细胞培养中的锌

锌在无血清真核生物，包括杂交瘤和中国仓鼠卵巢（CHO）细胞培养中的重要性和用途

锌是一种无血清培养基补充剂，可用于生物制造、组织工程和特种培养基

锌是细胞培养中的必需元素。然而，经典培养基的基础配方中通常不含锌。这是因为使用5至10％的血清为细胞生长和存活提供了足够的锌。努力开发无血清培养基需要在细胞培养系统中添加锌。但是，这一要求不一定显而易见。某些培养基（例如Iscove改良Dulbecco培养基（IMDM））常被用作无血清杂交瘤培养基的基础，其基础制剂中不含锌。但是，这些培养基中往往补充了胰岛素。胰岛素是锌的生理转运分子，用于补充培养基的胰岛素以mg/L的水平便含有足够的锌，至少可以部分支持培养中的细胞。

选择一组经典培养基补锌的范围从设计用于培养肝细胞的Williams E培养基中的0.7 pM到Ham营养培养基中的3 nM、F-12及其衍生物：F-12 Coon（F12C）改良培养基；MCDB培养基151和302以及无血清/无蛋白杂交瘤培养基。DMEM/Ham的营养混合物F-12（50:50）（一种经常用作开发CHO细胞专用培养基基础的培养基）中锌的浓度为1.5 nM。F-12 Kaighn（F12K）改良培养基中的锌浓度；而MCDB培养基105、110和153为0.5 nM。MCDB 201和Ham F-10都含有100 pM的锌，而MCDB培养基131含有1 pM的锌。

锌在细胞培养系统中的主要功能

锌对生命至关重要。在100多种参与广泛生命维持过程的酶中均发现了锌。

• 锌通过与细胞表面蛋白上的巯基结合而稳定细胞膜。
• 锌存在于锌、铜超氧化物歧化酶（SOD）中。锌和铜也有调节SOD基因转录的作用。因此，锌有助于保护细胞免受超氧自由基损伤。
• 几种酶把锌当做配位阳离子：醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶；碳酸酐酶和羧肽酶。几种NAD依赖性脱氢酶是锌蛋白。
• 锌是转录调节蛋白家族的一部分，被称为锌指蛋白。它在RNA合成的调控中发挥作用。
• 核酸代谢酶（例如RNA和DNA聚合酶）、脱氧胸苷激酶和逆转录酶需要锌

锌的化学特性使其成为一种有用的无血清培养基补充剂

锌是一种过渡金属，与铁和铜不同，在体外对氧化应激没有贡献。它作为亲电子二价阳离子存在于生理溶液中，与低分子量配体，例如氨基酸、肽、有机酸和磷酸盐弱结合。它能有效地与蛋白质二硫键结合。锌的细胞内储存和载体分子是金属硫蛋白家族蛋白的成员，而在体外，它在白蛋白上转运。这些蛋白质富含二硫键。

锌与白蛋白的结合不是非常紧密。当细胞存在时，锌与细胞膜蛋白质的巯基桥结合。膜蛋白构象的二级和三级改变对此有利。据称，锌有助于稳定细胞膜。

体外存在的其他分子可能影响锌与白蛋白或细胞的结合。EDTA强烈地与锌结合；当它存在时，可能降低其对细胞的可用性。EDTA可能会被无意中引入到培养基中。如果用EDTA处理过的细胞在被引入培养基之前没有经过适当的洗涤，就会出现这种情况。当还原剂（如谷胱甘肽、2-巯基乙醇或DTT）存在于培养基中时，可能会破坏蛋白质二硫键，引起锌的释放。

锌可能因沉淀而从培养基中流失。这可能只有在培养基受到氧化应激时才会发生。氧化应激产生几种阴离子，如氧化物、过氧化物和硫化物，形成锌沉淀。