吳秀群，趙 葉

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，四川 雅安 625014）

鐵是機(jī)體必需的微量元素，其缺乏或過量均會導(dǎo)致機(jī)體功能異常。由于人和動物機(jī)體缺乏有效的鐵“排泄機(jī)制”，每天鐵排泄量小于0.05%。因此，機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)（包括鐵的攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)、釋放及貯存等）主要通過腸道鐵吸收的精細(xì)調(diào)控來實(shí)現(xiàn)。食物中的鐵分血紅素鐵和非血紅素鐵，非血紅素鐵主要存在于植物性食物中，包括二價鐵和三價鐵。本文簡述了腸上皮細(xì)胞非血紅素鐵吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)分子研究進(jìn)展。

1 細(xì)胞色素b與Fe3+的還原

腸道Fe3+必須還原成Fe2+才能進(jìn)入腸上皮細(xì)胞。十二指腸細(xì)胞色素b是近年來發(fā)現(xiàn)的存在于刷狀緣的鐵還原酶。Raja等研究表明在十二指腸黏膜細(xì)胞刷狀緣表面存在鐵還原酶活性，此酶經(jīng)純化表明含有b型細(xì)胞色素。McKie等使用負(fù)性克隆的方法分離出編碼細(xì)胞色素-b樣分子，并命名為Dcyt b，它與細(xì)胞膜還原酶Dcyt b561家族有45%～50%的同源性。Dcyt b位于腸上皮細(xì)胞刷狀緣，與腸道鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)高度相關(guān)。Dcyt b mRNA在十二指腸鐵缺乏鼠的成熟腸上皮細(xì)胞的上部微絨毛區(qū)域表達(dá)較高，在隱窩細(xì)胞沒有表達(dá)，成熟腸上皮細(xì)胞的上部微絨毛區(qū)域是鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)活性最高的部位。Dcyt b蛋白在十二指腸刷狀緣膜囊有高的表達(dá)，而在空腸不表達(dá)。鐵調(diào)控的還原酶活性的變化與Dcyt b有關(guān)。為進(jìn)一步證實(shí)Dcyt b本身具有還原Fe3+的能力，將Dcyt b cRNA注射入爪蟾卵，并與注射水組相比，結(jié)果前者高鐵還原酶的活性提高了5～6倍。用Dcyt b轉(zhuǎn)染來自于腸上皮細(xì)胞（HuTu-80，CaCo-2）的細(xì)胞系，通過對還原酶活性的測定，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的還原酶活性增加，用Dcyt b抗體處理60min后顯著降低了還原酶活性，同時也抑制了未轉(zhuǎn)染細(xì)胞的還原酶活性。因此，Dcyt b存在于腸道日糧鐵吸收活性最高的部位——十二指腸成熟腸上皮細(xì)胞的上部微絨毛區(qū)域，且存在于適當(dāng)?shù)膩喖?xì)胞區(qū)域刷狀緣膜，是十二指腸的Fe3+還原酶。

2 二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（DMT1）與腸上皮細(xì)胞Fe2+轉(zhuǎn)運(yùn)

DMT1是Gruenheid等在研究具有天然抗性的巨噬細(xì)胞蛋白1過程中發(fā)現(xiàn)的一種與Nrampl有極高同源性（達(dá)78%）和相似二級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。DMT1在人組織中分布廣泛，RNA印跡分析顯示，DMT1在近端小腸、腎、胸腺、腦、睪丸、肝、結(jié)腸、心臟、脾、骨骼肌、肺、骨髓等多處組織都有表達(dá)。DMT1在小腸絨毛表層腸上皮細(xì)胞中高度表達(dá)，特別是在隱窩和絨毛下部，而在絨毛頂端沒有表達(dá)，從小腸近端到遠(yuǎn)端表達(dá)逐漸減少，此表達(dá)模式與很多二價陽離子腸道吸收的解剖位點(diǎn)相一致。

2.1 腸道中DMT1的主要功能是轉(zhuǎn)運(yùn)食物中經(jīng)Dcyt b還原的Fe2+目前研究較多的是兩種遺傳性缺鐵模型小鼠，分別為mk型鼠和b型鼠，這兩種模型鼠均呈現(xiàn)出以小腸鐵吸收和紅細(xì)胞鐵利用障礙為特征的遺傳性小細(xì)胞低色素性貧血，無論是增加膳食中鐵的供應(yīng)還是靜脈補(bǔ)鐵都不能使之恢復(fù)。Maureen等（1998）證實(shí)這兩種小鼠的小細(xì)胞低色素貧血與DMTl基因185位密碼子發(fā)生G-A突變有關(guān)，該突變導(dǎo)致其蛋白質(zhì)產(chǎn)物185位的Gly殘基被Arg殘基替代。進(jìn)一步分別用野生型和突變型鼠的DMTl基因?qū)EK293T細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染后發(fā)現(xiàn)，正常DMT1基因的過量表達(dá)能提高細(xì)胞鐵的吸收75倍，與野生型鼠比較，G185R突變卻使細(xì)胞鐵的吸收下降35倍，G185S（Gly殘基被Ser殘基取代）突變細(xì)胞使鐵的吸收僅有微弱的下降。通過對G185R和G185S對鐵轉(zhuǎn)運(yùn)活性影響的比較，表明G185R突變的有害影響并不是由于Gly殘基的缺失，而是它的取代基團(tuán)為大的帶電荷基團(tuán)。但這一突變是否導(dǎo)致了蛋白質(zhì)構(gòu)象改變或允許金屬離子通過的跨膜區(qū)段改變還有待于進(jìn)一步研究。

2.2 DMT1是腸道非血紅素鐵的主要轉(zhuǎn)運(yùn)體，是非血紅素鐵正常吸收所必需的 Gunshin等研究表明：slc11a2-/-狗在出生后，腸道鐵的吸收成為其主要來源，為了避免由于slc11a2缺失過早引發(fā)的高致死率，用一種攜帶slc11a2等位基因的loxP重組位點(diǎn)，在此位點(diǎn)插入等位基因使slc11a2基因完整，正常表達(dá)，并證實(shí)此等位基因的純合子slc11a2flox/flox表型正常。將slc11a2flox/flox鼠與攜帶villin-cre的轉(zhuǎn)基因鼠雜交，新生鼠為slc11a2int/int。使用免疫印跡估計slc11a2基因的表達(dá)，在slc11a2-/-和slc11a2int/int鼠腸上皮細(xì)胞上均未檢測到slc11a2基因，表明slc11a2等位基因已經(jīng)被有效的切斷。DNA印跡分析表明slc11a2int/int鼠此等位基因僅在腸道被切斷，其新生期的血液參數(shù)和組織鐵的濃度無異常，但是當(dāng)生后養(yǎng)分主要來源于腸道吸收時，slc11a2int/int表現(xiàn)為嚴(yán)重貧血，隨著日齡的增加其程度與slc11a2-/-鼠相同，且出現(xiàn)明顯的發(fā)育遲緩。因此，DMT1是腸道鐵吸收所必需的。

3 膜鐵蛋白輔助蛋白（HP）、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（FP）與Fe2+基底膜的轉(zhuǎn)運(yùn)

參與胞漿Fe2+轉(zhuǎn)運(yùn)通過腸上皮細(xì)胞基底膜進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的分子主要有：HP和FP。

3.1 HP與Fe2+氧化成Fe3+和基底膜釋放 HP是一種跨膜銅依賴性亞鐵氧化酶，是鐵從腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液循環(huán)所必需的。人的HP基因是由20個外顯子（大約100kb）組成，完整的人類HP cDNA編碼1185氨基酸，它與血清中的亞鐵還原酶（血漿銅藍(lán)蛋白）有高度的同源性（50%相同，68%相似），故推測HP是具有血漿銅藍(lán)蛋白外功能區(qū)的跨膜結(jié)合蛋白。目前，HP的亞鐵氧化酶活性在酵母中已經(jīng)得到證實(shí)。HP在體組織分布廣泛，原位雜交表明，HP僅在腸道絨毛表達(dá)，隱窩細(xì)胞不表達(dá)，這一表達(dá)模式與鐵在腸道絨毛的吸收部位相一致。鐵從腸上皮細(xì)胞基底膜的釋放需要銅的參與，且與HP有關(guān)。早期研究表明：銅缺乏會誘導(dǎo)血紅蛋白過少的貧血，僅靠補(bǔ)鐵不能緩解其癥狀。同位素示蹤試驗(yàn)表明：銅缺乏動物鐵的吸收也會受到抑制，后來觀測發(fā)現(xiàn)鐵累積在腸道，需補(bǔ)充銅才能緩解。Chen等在鼠上的研究表明：缺銅日糧組小鼠的脾、腎、右脛骨鐵的濃度極顯著低于對照組，而肝臟、小腸鐵的濃度極顯著高于對照組。在腸上皮細(xì)胞上的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HP mRNA水平缺銅組和對照組之間差異不顯著，缺銅組HP蛋白水平和氧化酶活性顯著低于對照組；同時在HT29細(xì)胞上研究也發(fā)現(xiàn)，無論是銅缺乏還是充足，HP mRNA的水平保持不變，添加螯合劑降低銅的濃度使HT29細(xì)胞的HP蛋白水平和氧化酶活性顯著降低。因此，鐵從腸上皮細(xì)胞基底膜釋放需要銅參與，且與HP氧化酶特性有關(guān)。

3.2 FP1與基底膜鐵釋放 FP1又稱鐵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)體1或金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是一種跨膜鐵輸出蛋白。小鼠、大鼠和人的FP1編碼序列同源性大于90%。FP1廣泛分布于機(jī)體各組織，在小腸、胎盤、脾、肝、心臟、肌肉、肺和腦均有表達(dá)。FP1蛋白在腸中主要分布于十二指腸絨毛上皮細(xì)胞，且小腸絨毛頂部的黏膜上皮細(xì)胞比隱窩部的表達(dá)要強(qiáng)。從十二指腸到結(jié)腸，F(xiàn)P1表達(dá)遞減，此模式與腸對鐵的吸收能力相一致。小鼠十二指腸冰凍切片的免疫熒光染色顯示，F(xiàn)P1主要分布在腸上皮細(xì)胞的基底胞質(zhì)和基底膜，上皮頂端胞質(zhì)中也有少量。因此，F(xiàn)P1介導(dǎo)了鐵從十二指腸基底膜的流出，且這一過程需要亞鐵氧化酶輔助。

4 結(jié)語

腸上皮細(xì)胞鐵的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)是個很復(fù)雜的過程，許多生物大分子都參與其轉(zhuǎn)運(yùn)過程，還有許多問題有待進(jìn)一步研究：（1）Dcyt b可能僅為十二指腸鐵還原酶中的一種，腸道中是否還存在其他的鐵還原酶有待考證；（2）DMT1的G185R突變導(dǎo)致其轉(zhuǎn)運(yùn)功能的喪失是由于突變造成了蛋白質(zhì)構(gòu)象改變還是允許金屬離子通過的跨膜區(qū)段改變有待于進(jìn)一步研究；（3）HP在腸道鐵吸收過程中的具體作用只是根據(jù)其結(jié)構(gòu)推定的，其直接證據(jù)還有待進(jìn)一步研究。

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