李 奕，程永強(qiáng)，唐 寧

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

鈣和鐵是人體必不可少的金屬元素，對機(jī)體的正常運(yùn)作至關(guān)重要。這些金屬元素參與體內(nèi)各種代謝途徑，它們的缺乏會導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題，如骨質(zhì)疏松、高血壓、心血管疾病和貧血[1]。然而，鈣和鐵的膳食攝入量不足是一個(gè)常見的問題，同時(shí)由于其生物利用度較低進(jìn)一步阻礙了它們在體內(nèi)的有效吸收，從而加劇這一問題，誘發(fā)鈣和鐵的營養(yǎng)不良[2]。世界上大多數(shù)人口每天攝入低于1000 mg的鈣，在東亞、南亞和東南亞，其居民的平均每日鈣攝入量甚至低于400～500 mg[3]；在中國，推薦的每日鈣攝入量為1200 mg，但全國城鄉(xiāng)居民的日均鈣攝入量僅為391 mg，攝入量與需求量之間存在巨大差距。鐵缺乏作為另一個(gè)主要的全球性公共衛(wèi)生問題，影響著超過12億 人，尤其是高危人群，如老人、兒童和孕婦[4-5]。2019年調(diào)查顯示，中國東北和華東地區(qū)妊娠期婦女的鐵缺乏率分別高達(dá)53.41%和57.37%，對全國兒童的調(diào)查顯示，兒童鐵缺乏癥發(fā)病率高達(dá)40.3%[6]。此外，鈣和鐵的缺乏常常同時(shí)發(fā)生，一種營養(yǎng)物質(zhì)的攝入會影響另一種營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。例如，大量研究表明補(bǔ)鈣會對鐵的吸收產(chǎn)生負(fù)面影響，而鐵對鈣吸收的影響還沒有得到廣泛的研究，但是有研究表明患有遺傳性血色病或/和地中海性貧血疾病人群的鐵過量吸收會影響人體對鈣的吸收[7]。為解決日益嚴(yán)重的鈣和鐵營養(yǎng)不良問題，有必要深入了解同時(shí)攝入鈣和鐵后直至其吸收的整個(gè)過程中所發(fā)生的相互作用及對其最終生物利用度的影響。這將有助于制定更有效的鈣和鐵補(bǔ)充策略，以緩解鈣和鐵缺乏造成的公共健康問題。

1 鈣的性質(zhì)

1.1 鈣的生理功能

鈣是人體生長發(fā)育所必需的礦物元素，參與調(diào)節(jié)許多機(jī)體生理功能，充足的鈣攝入對保持人體健康至關(guān)重要。在骨骼健康方面，鈣是骨組織的主要組成部分，骨骼的發(fā)育、維護(hù)和修復(fù)都依賴于鈣。此外，鈣在肌肉和神經(jīng)功能中起著關(guān)鍵作用，鈣參與肌肉收縮和放松的過程以及神經(jīng)細(xì)胞之間的信號傳輸，血液凝固也同樣需要鈣的參與。另外，鈣參與多種激素的分泌，有助于調(diào)節(jié)人體血糖水平和鈣含量[8]。人體中99%的鈣以羥基磷灰石的形式儲存在骨骼和牙齒中，1%的鈣以游離形式分布在血漿、間質(zhì)、細(xì)胞內(nèi)液以及細(xì)胞內(nèi)的線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中[9]。缺鈣會引起骨質(zhì)疏松癥、高血壓、心血管等疾病，而鈣過量則會激活各種酶，如蛋白激酶、半胱天冬酶、磷脂酶、內(nèi)切酶等，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[10]。

1.2 鈣的來源

鈣廣泛存在于許多食物中[11-12]，如表1所示。乳制品，如牛奶、奶酪和酸奶，是優(yōu)秀的鈣源，一杯牛奶大約含有300 mg鈣，且乳制品中的鈣具有較好的生物利用度，然而，我國居民僅約7%的總鈣攝入量來自乳制品。綠葉蔬菜，如菠菜、甘藍(lán)和羽衣甘藍(lán)也富含鈣，一杯煮熟的菠菜大約含有240 mg的鈣，但蔬菜中存在的草酸鹽和植酸鹽可以與鈣結(jié)合生成沉淀，抑制鈣的吸收，使其生物利用度降低。堅(jiān)果，如杏仁、榛子和巴西堅(jiān)果也是鈣的良好來源，一盎司的杏仁含有大約75 mg鈣，但是堅(jiān)果中鈣的生物利用度同樣受到植酸鹽的影響。魚蝦也是常見的鈣源。魚骨的鈣含量非常高，如鮭魚罐頭經(jīng)加工后魚骨被軟化，使人體更容易吸收其中的鈣[13]。此外，強(qiáng)化食品（包括牛奶、豆?jié){和早餐麥片）通過添加鈣強(qiáng)化劑增加其營養(yǎng)價(jià)值，也是鈣的重要來源。然而，強(qiáng)化食品中鈣的生物利用度會因使用的鈣強(qiáng)化劑不同而不同。鈣強(qiáng)化劑包括無機(jī)鈣、有機(jī)鈣、氨基酸鈣螯合物、肽鈣螯合物[9]。無機(jī)鈣鹽主要包括碳酸鈣、氯化鈣以及動(dòng)物骨粉、貝殼等，此類鈣制劑含鈣量高，但容易在腸道中與植酸等酸根離子形成不溶性沉淀而使其鈣生物利用度降低。有機(jī)酸鈣鹽主要為葡萄糖酸鈣、檸檬酸鈣、乳酸鈣等，此類鈣制劑的鈣含量較無機(jī)鈣鹽低，但生物利用度顯著提高[14]。氨基酸和鈣形成的螯合物是新一代補(bǔ)鈣劑，但是由于其穩(wěn)定常數(shù)不高，不能很好地解決鈣生物利用度低的問題[15]。食物源中的蛋白是制備鈣螯合肽的重要來源，包括牛奶酪蛋白、乳清蛋白、卵黃高磷蛋白、羅非魚骨膠原和鱗片、南極磷蝦、小球藻、豬血漿、牛血清、大豆和小麥胚芽蛋白質(zhì)等[16]。羧基、羰基和羥基中的氧原子，氨基、亞氨基、酰胺和組氨酸咪唑基中的氮原子參與鈣肽螯合反應(yīng)。鈣可以結(jié)合特定氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、蘇氨酸和磷酸化絲氨酸[17]。此外，磷酸化修飾有助于鈣離子與多肽的結(jié)合，富含磷酸化絲氨酸的酪蛋白磷酸肽（casein phosphopeptides，CPPs）、磷酸維生素磷酸肽具有較高的鈣結(jié)合活性[18]。肽鈣螯合物的生物利用度雖得到一定程度的提高，但在制備螯合物時(shí)其低溶解度、不良感官風(fēng)味和安全性問題也限制了進(jìn)一步的應(yīng)用[17]。

表1 常見食物中鈣的含量[11-12]Table 1 Contents of calcium in common foods[11-12]

1.3 鈣的穩(wěn)態(tài)

小腸是人體吸收鈣離子的主要部位，且主要在十二指腸和空腸，鈣通過主動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)輸穿過腸道膜輸送到血液中。吸收過程受多種激素的作用調(diào)節(jié)，包括甲狀旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）、VD和降鈣素[19]。如圖1所示，PTH由甲狀旁腺產(chǎn)生，作用于腎臟，促進(jìn)鈣的重吸收，同時(shí)也作用于骨骼，刺激鈣的釋放，以應(yīng)對低血清鈣水平。在腸道中，PTH通過激活VD間接促進(jìn)鈣的吸收，而VD可增強(qiáng)腸腔內(nèi)的鈣吸收[20]。VD是一種脂溶性激素，它通過陽光對7-脫氫膽固醇的作用在皮膚中產(chǎn)生，也可以從飲食中獲得。VD經(jīng)過肝臟和腎臟的羥基化后轉(zhuǎn)化為活性代謝產(chǎn)物1,25-二羥維生素D3（VD3）。VD3通過增強(qiáng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)體和轉(zhuǎn)運(yùn)通道的表達(dá)促進(jìn)腸道中的鈣吸收。降鈣素是由甲狀腺對高血清鈣水平作出反應(yīng)而產(chǎn)生，作用于骨骼，抑制鈣的釋放，減少骨鈣吸收。在腸道中，降鈣素也可能通過抑制鈣轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性對鈣的吸收產(chǎn)生一定影響[21-22]。

圖1 人體中鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制Fig.1 Regulation mechanism of calcium homeostasis in the human body

保持體內(nèi)鈣的平衡對機(jī)體正常運(yùn)行非常重要，血清鈣水平主要是通過PTH和VD的作用從而被控制在一定范圍內(nèi)。血清鈣以3 種形式存在：游離離子形式、蛋白結(jié)合形式和離子結(jié)合形式。游離鈣離子是血清鈣的生物活性形式，約占血清鈣總濃度的51%。剩下的49%與蛋白質(zhì)結(jié)合，如白蛋白和球蛋白，或與陰離子結(jié)合，如磷酸鹽和碳酸鹽。細(xì)胞內(nèi)的鈣水平也受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)以維持細(xì)胞功能，包括通道、腺苷三磷酸（adenosine 5’-triphosphate，ATP）酶和交換器，負(fù)責(zé)將細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度維持在0.1 μmol/L左右。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）在細(xì)胞內(nèi)鈣平衡中也起著關(guān)鍵作用，ER是一個(gè)儲存鈣的細(xì)胞器，在受到刺激時(shí)可以釋放鈣。細(xì)胞外液中的總鈣濃度保持在大約2.2～2.6 mmol/L，血清離子鈣的濃度嚴(yán)格保持在1.10～1.35 mmol/L的生理范圍內(nèi)[23]。保持這一濃度對維持機(jī)體的正常生理功能至關(guān)重要，濃度過低可能引發(fā)低鈣血癥，或低血清鈣水平，導(dǎo)致神經(jīng)肌肉過度興奮、手足抽搐和癲癇發(fā)作，濃度過高可能引發(fā)高鈣血癥或高血清鈣水平，導(dǎo)致嗜睡、便秘、腎結(jié)石，甚至昏迷[24]。

1.4 鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收

鈣在小腸中的吸收方式分為跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)[25-26]，如圖2所示，跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)涉及將鈣離子穿過腸上皮細(xì)胞膜的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，由ATP酶、離子通道和交換劑驅(qū)動(dòng)。細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)指鈣離子通過簡單擴(kuò)散和溶劑拖動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，穿過相鄰上皮細(xì)胞之間的緊密連接結(jié)構(gòu)。此外，鈣的吸收會受到溶解度、生物利用度、鈣攝入量、膳食因子、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間等因素的影響[27-29]，鈣需要以溶解的形式才可以被腸道吸收利用，鈣與小肽結(jié)合時(shí)可以提高其在腸道中的溶解度，促進(jìn)鈣的吸收。腸腔中高濃度的鈣會抑制鈣的吸收，這是由于腸上皮細(xì)胞能夠通過鈣離子敏感受體（calcium-sensing receptor，CaSR）監(jiān)測頂膜和基底膜側(cè)的鈣離子濃度，CaSR激活次級負(fù)調(diào)節(jié)因子，從而防止鈣過量吸收。其他膳食因子，如葡萄糖、氨基酸可以促進(jìn)鈣的吸收，而植酸、草酸等因子會與鈣形成沉淀抑制鈣的吸收。

圖2 腸上皮細(xì)胞中鈣的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制Fig.2 Mechanisms of calcium absorption and transport in intestinal epithelial cells

當(dāng)胞外鈣離子濃度較高時(shí)（5～200 mmol/L），鈣離子主要通過細(xì)胞旁路途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，包括兩種機(jī)制：簡單擴(kuò)散和溶劑拖動(dòng)。簡單擴(kuò)散依賴于電化學(xué)梯度的存在，即通過腸腔和血漿間的離子濃度差驅(qū)動(dòng)游離鈣離子在細(xì)胞間流動(dòng)；溶劑拖動(dòng)是通過鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)和營養(yǎng)物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸所產(chǎn)生的滲透梯度，驅(qū)動(dòng)游離態(tài)金屬離子在細(xì)胞間運(yùn)動(dòng)[30]。此外，鈣離子在細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)的運(yùn)動(dòng)受緊密連接的調(diào)節(jié)。緊密連接是位于腸細(xì)胞的上下細(xì)胞膜之間的特殊結(jié)構(gòu)，Claudin是緊密連接蛋白的主要家族，分子質(zhì)量范圍為20～27 kDa，負(fù)責(zé)調(diào)控細(xì)胞間通道大小和電荷選擇性[31]。其中Claudin-2、Claudin-12和Claudin-15在調(diào)節(jié)鈣離子細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)中起著重要作用。有研究表明，VD3會調(diào)控緊密連接的蛋白質(zhì)生成，如上調(diào)Claudin-2和Claudin-12的表達(dá)，以促進(jìn)鈣的細(xì)胞旁吸收[32-33]。在該途徑中，鈣離子由膜上層轉(zhuǎn)運(yùn)至膜下層，無需跨過細(xì)胞膜，且轉(zhuǎn)運(yùn)量不可飽和。

血漿鈣濃度較低時(shí)（＜5 mmol/L），跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑被激活，該轉(zhuǎn)運(yùn)過程需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和ATP參與，依賴VD3調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)運(yùn)量可達(dá)飽和，且需跨過兩層細(xì)胞膜[34]。主動(dòng)運(yùn)輸有兩個(gè)主要途徑：瞬時(shí)受體電位（transient receptor potential，TRP）離子通道（亞族V，成員6）（TRPV6）和電壓依賴性L型鈣通道亞型1.3（Cav1.3）鈣離子通道。TRPV6通道屬于TRP超級家族，包含6 種不同的蛋白質(zhì)，TRPV6是TRPV離子通道中具有高選擇性的鈣離子通道，是小腸中鈣離子吸收的主要離子通道。除了TRPV5/6通道外，Cav1.3也參與鈣攝取，特別是在管腔中存在去極化營養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，如葡萄糖、半乳糖和一些氨基酸[35]。鈣離子通過TRPV6鈣離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)主要包括3 個(gè)步驟：首先，TRPV6在極化條件下被激活，將腸腔內(nèi)的鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)。胞質(zhì)中的鈣離子通過3 種方式由頂膜轉(zhuǎn)運(yùn)至基底膜[36]：鈣結(jié)合蛋白D9k（Calbindin-D9k，CalbD9k）運(yùn)輸[37]、囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)[38]和自由擴(kuò)散。一般認(rèn)為CalbD9k轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是腸鈣轉(zhuǎn)運(yùn)的限速蛋白，依賴于VD生成，能夠調(diào)節(jié)腸細(xì)胞對鈣離子的吸收。當(dāng)膳食攝入鈣濃度過高時(shí)，CalbD9k限制了鈣的內(nèi)流，從而避免高鈣毒性，TRPV6鈣離子通道被抑制。在低鈣膳食條件下，TRPV6基因表達(dá)量升高20～30 倍，CalbD9k基因表達(dá)量升高8～10 倍，鈣轉(zhuǎn)運(yùn)量提高[8]。最后，根據(jù)機(jī)體的需求，鈣離子選擇性儲存在細(xì)胞內(nèi)鈣庫或排出進(jìn)入血液，其中大約80%的鈣離子由VD3依賴的細(xì)胞膜鈣泵蛋白（plasma membrane Ca2＋-ATPase 1b，PMCA1b）轉(zhuǎn)運(yùn)，該蛋白利用ATP的能量將鈣離子從腸細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)到血液中，其余20%的鈣離子則通過Na＋/Ca2＋交換體系（Na＋/Ca2＋exchanger 1，NCX1）進(jìn)入血液，NCX1的化學(xué)計(jì)量是每個(gè)運(yùn)輸周期移動(dòng)4 個(gè)Na＋，1～2 個(gè)Ca2＋，平均化學(xué)計(jì)量為3 Na＋∶Ca2＋，同時(shí)通過Na＋/K＋交換器交換K＋和Na＋，化學(xué)計(jì)量為3 Na＋∶2 K＋，以保持細(xì)胞內(nèi)鈣濃度穩(wěn)態(tài)[39]。

鈣肽螯合物除了通過跨細(xì)胞途徑和旁路途徑被腸道吸收外，還通過其他途徑促進(jìn)鈣的吸收。CPPs是最早被發(fā)現(xiàn)能夠螯合鈣離子并促進(jìn)鈣吸收的多肽。Ferraretto等[40]研究表明CPPs直接與質(zhì)膜發(fā)生相互作用增強(qiáng)了分化的腸細(xì)胞HT-29中鈣的攝取，但不影響鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鈣離子通道，進(jìn)而推測CPPs可能將自身嵌入細(xì)胞膜形成特有的鈣離子通道促進(jìn)鈣的吸收。這是由于CPPs是含有酸性中心“Ser(p)-Ser(p)-Ser(p)-Glu-Glu”的25肽，其中絲氨酸是磷酸化的。CPPs特有的環(huán)和β-折疊結(jié)構(gòu)保證了CPPs能夠?qū)⑵淝度爰?xì)胞膜，形成鈣離子通道[41]。進(jìn)一步研究表明，CPPs能夠與鈣離子形成一種特殊的超分子結(jié)構(gòu)，即CPPs聚合形成復(fù)合物將鈣離子包裹，從而促進(jìn)鈣吸收[42]。最新的研究發(fā)現(xiàn)，在Caco-2細(xì)胞中，CPPs能夠通過調(diào)節(jié)鈣離子通道促進(jìn)鈣的吸收[43]。

2 鐵的性質(zhì)

2.1 鐵的生理功能

鐵是人體所必需的礦物質(zhì)，主要存在于血紅蛋白、肝臟、脾臟和骨髓中的鐵蛋白和鐵血黃素，肌紅蛋白、一些酶類（如過氧化氫酶、過氧化物酶）和細(xì)胞色素中[44]，在人體的各種生理功能中發(fā)揮重要作用。鐵參與機(jī)體許多代謝過程，包括氧氣運(yùn)輸、能量代謝、DNA合成和免疫功能[45-46]。鐵是血紅蛋白的重要組成部分，它與氧氣結(jié)合并將其帶到身體的各個(gè)部位，細(xì)胞呼吸也需要鐵將葡萄糖和其他營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量。鐵還參與了肌紅蛋白的合成，負(fù)責(zé)儲存和釋放氧氣以支持肌肉功能。含鐵的酶，如參與調(diào)控細(xì)胞呼吸的細(xì)胞色素氧化酶，在生成細(xì)胞的ATP方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。鐵還參與了DNA的合成，沒有足夠的鐵，身體就不能產(chǎn)生新的細(xì)胞和組織，導(dǎo)致生長和發(fā)育受損[47]。鐵參與調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，參與白血球的合成，負(fù)責(zé)抵御感染和疾病，也是保證各種免疫細(xì)胞（如T細(xì)胞、B細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）正常運(yùn)作的重要元素[48]。盡管鐵在各種生理功能中發(fā)揮著重要作用，但過多或過少的鐵都會對健康造成損害。過量的鐵會積聚在各種器官中，如肝臟和心臟，導(dǎo)致器官損傷和疾病。鐵缺乏則會影響幾乎所有生物體的生理功能，導(dǎo)致貧血、生長性能下降和細(xì)菌抵抗力降低等[49]。

2.2 鐵的來源

人體不能自行產(chǎn)生鐵，大部分鐵需要通過飲食獲得[11-12]，如表2所示。膳食中的鐵以血紅素鐵和非血紅素鐵（＞85%）的形式存在。血紅素鐵比非血紅素鐵更容易被人體吸收，這是因?yàn)檠t素鐵與血紅蛋白和肌紅蛋白結(jié)合，使其生物利用度更高。血紅素鐵大量存在于動(dòng)物性食物中，如紅肉、家禽和魚類。紅肉是血紅素鐵的最佳來源之一，其中牛肉和羊肉中的含量較高。家禽，如火雞，含有大量的血紅素鐵。魚類，特別是油性魚類，如鮭魚和金槍魚，也是血紅素鐵的良好來源[50]。非血紅素鐵則存在于更廣泛的食物中，如豆類、堅(jiān)果和種子、全谷物和綠葉蔬菜。豆類，如扁豆、鷹嘴豆和蕓豆是非血紅素鐵的極佳來源。堅(jiān)果和種子，如杏仁和南瓜子，也含有大量的非血紅素鐵。此外，綠葉蔬菜，如菠菜、甘藍(lán)和羽衣甘藍(lán)，也是非血紅素鐵的良好來源。然而，植物性食物中的非血紅素鐵與單寧、植酸、多酚以螯合態(tài)存在，因此非血紅素鐵的生物利用度比血紅素鐵低[51]。另外，鐵強(qiáng)化劑能夠更好地滿足不同人群的需求，傳統(tǒng)無機(jī)鐵強(qiáng)化劑溶解度低、存在不良的感官風(fēng)味，而且攝入后對腸胃有刺激性，易受其他抑制劑的影響導(dǎo)致其應(yīng)用具有局限性，有機(jī)鐵強(qiáng)化食品如乳酸亞鐵、氨基酸螯合鐵等在一定程度上彌補(bǔ)了無機(jī)鐵的缺陷，對感官風(fēng)味的影響較小，目前研究較多。此外，鐵螯合肽具有良好的穩(wěn)定性和生物利用度[52]。目前的研究已經(jīng)從多種蛋白質(zhì)來源的食物中純化和鑒定了不同的鐵螯合肽，例如太平洋鱈魚、鳳尾魚、大麥、鷹嘴豆、雞蛋和酪蛋白[53]。氮原子是亞鐵離子的主要結(jié)合位點(diǎn)，如賴氨酸的ε-氨基氮、精氨酸的胍基氮和組氨酸的咪唑氮。此外，鐵與肽的結(jié)合位點(diǎn)主要與精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、組氨酸、賴氨酸、絲氨酸和酪氨酸相關(guān)[54]。鐵螯合肽通過3 種方式促進(jìn)腸道鐵的吸收。肽與鐵結(jié)合形成可溶性螯合物，避免鐵沉淀，提高腸道鐵吸收的效率，且鐵螯合肽在pH 6～8時(shí)的鐵溶解度超過90%，遠(yuǎn)高于鐵鹽的溶解度（5.9%）[55]；鐵螯合肽可以通過腸道肽的吸收途徑，如質(zhì)子偶聯(lián)小肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（peptide transporter 1，PEPT1）途徑；鐵螯合肽與腸道鐵吸收途徑發(fā)生相互作用調(diào)節(jié)腸細(xì)胞的增殖和分化。

表2 常見食物中鐵的含量[11-12]Table 2 Contents of iron in common foods[11-12]

食物中其他營養(yǎng)物質(zhì)的存在會影響血紅素鐵和非血紅素鐵的吸收。VC是一種能促進(jìn)鐵吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，柑橘類水果、草莓和甜椒等VC含量高的食物與富含鐵的食物一起食用，可以將鐵還原成更容易吸收的亞鐵形式，以及通過螯合鐵以防止其與抑制劑結(jié)合，從而促進(jìn)鐵的吸收。非血紅素鐵吸收的抑制劑包括全谷物和豆類中的植酸鹽，茶、咖啡和紅葡萄酒中的多酚以及乳制品中的鈣，與鐵形成不溶性復(fù)合物抑制非血紅素鐵的吸收。個(gè)體差異也會影響身體獲得和利用這種重要礦物質(zhì)的能力。年齡、性別和健康狀況等因素都會影響鐵的吸收量和身體利用的有效性。例如，懷孕或哺乳期的婦女可能需要消耗更多的鐵，以滿足身體需求[56-57]。

2.3 鐵的穩(wěn)態(tài)

人體對鐵沒有特定的排泄機(jī)制，鐵穩(wěn)態(tài)（血清鐵14～35 μmol/L）主要通過控制小腸中膳食鐵的吸收來調(diào)節(jié)。人體內(nèi)，鐵主要以與蛋白質(zhì)（血蛋白）結(jié)合的形式存在，包括血紅素化合物（血紅蛋白或肌紅蛋白）、血紅素酶或非血紅素化合物（黃素鐵酶、轉(zhuǎn)移酶和鐵蛋白）[58]。人體內(nèi)約60%的鐵存在于血紅蛋白中，25%儲存在鐵庫中，其余15%與肌肉組織中的肌紅蛋白結(jié)合或與參與氧化代謝和其他生理功能的酶結(jié)合[59]。

鐵的吸收主要受3 種蛋白質(zhì)嚴(yán)格調(diào)節(jié)，包括鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白和鐵調(diào)素（hepcidin，一種由肝臟產(chǎn)生的肽類激素）。鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是體內(nèi)唯一已知的鐵輸出蛋白，主要位于腸細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和肝細(xì)胞的基底外側(cè)膜上，負(fù)責(zé)將鐵從這些細(xì)胞輸出到血液中，然后通過轉(zhuǎn)鐵蛋白將鐵轉(zhuǎn)運(yùn)至其他組織[60]。鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性受多種因素調(diào)節(jié)，包括hepcidin的濃度。如圖3所示，hepcidin是全身鐵穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)劑，它既調(diào)節(jié)腸細(xì)胞吸收鐵的量，也調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞釋放鐵[61-62]。hepcidin的表達(dá)同樣受多種因素調(diào)節(jié)，包括血液中鐵的濃度、炎癥和紅細(xì)胞生成。當(dāng)全身鐵水平高時(shí)，肝臟分泌hepcidin，這種激素通過抑制腸道鐵吸收和肝細(xì)胞、肝臟或脾的巨噬細(xì)胞釋放鐵來降低血清鐵水平。當(dāng)全身鐵水平低時(shí)，hepcidin的產(chǎn)生受到抑制，導(dǎo)致腸道鐵吸收增加，并從其儲存中釋放鐵，以恢復(fù)正常的血清鐵水平[63]。

圖3 人體中鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制Fig.3 Regulation mechanism of iron homeostasis in the human body

2.4 鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收

鐵的吸收主要發(fā)生在十二指腸和空腸近端，鐵在進(jìn)入腸細(xì)胞后，可儲存在鐵蛋白中，也可以通過鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)出細(xì)胞進(jìn)入血液。血液中的鐵運(yùn)輸則是由轉(zhuǎn)鐵蛋白介導(dǎo)，并將鐵運(yùn)輸?shù)狡渌M織。轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度，即血液中轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵的百分比，是衡量機(jī)體鐵狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。如圖4所示，膳食中的鐵（血紅素鐵和非血紅素鐵）通過兩種不同的機(jī)制被腸細(xì)胞吸收。影響鐵生物利用度的關(guān)鍵因素包括鐵源的種類和濃度、飲食因素、營養(yǎng)物質(zhì)的相互作用和個(gè)人健康狀況[64]。

圖4 腸上皮細(xì)胞中鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收機(jī)制Fig.4 Mechanisms of iron transport and absorption in intestinal epithelial cells

血紅素鐵通過血紅素載體蛋白1（hemophore carrier protein 1，HCP1）[65]或血紅素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[66]進(jìn)入腸細(xì)胞的頂端，然后由細(xì)胞質(zhì)中的血紅素加氧酶（heme oxygenase，HO）裂解，釋放出亞鐵離子[67]，后者可通過基底外側(cè)蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白輸出到血液循環(huán)中或以鐵蛋白的形式儲存。

非血紅素鐵分為三價(jià)鐵和二價(jià)鐵，三價(jià)鐵通過小腸絨毛刷狀緣上的十二指腸細(xì)胞色素b（duodenal cytochrome b，Dcytb）還原為二價(jià)鐵，然后在二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（divalent metal transporter 1，DMT1）介導(dǎo)下轉(zhuǎn)運(yùn)至小腸上皮細(xì)胞內(nèi)[68]。DMT1是一種二價(jià)金屬離子的非選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)體，可以轉(zhuǎn)運(yùn)鐵、鋅、銅、錳、鈷和鎘等離子，DMT1的轉(zhuǎn)運(yùn)作用受細(xì)胞頂膜的Na＋/H＋交換器和基底外側(cè)Na＋/K＋-ATP酶的聯(lián)合調(diào)控，通過提供質(zhì)子梯度提高DMT1活性并提供酸性環(huán)境促進(jìn)二價(jià)鐵的溶解[69]。根據(jù)機(jī)體對鐵的需求，被吸收的二價(jià)鐵可通過3 種不同的方式利用：被轉(zhuǎn)移到線粒體產(chǎn)生血紅素分子、被轉(zhuǎn)移到鐵蛋白并儲存在腸細(xì)胞內(nèi)形成不穩(wěn)定鐵池、被運(yùn)輸?shù)侥c上皮細(xì)胞基底外側(cè)，由鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ferroportin 1，F(xiàn)PN1）轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液[70-71]。FPN1由SLC40A1基因編碼，在腸細(xì)胞的基底膜表達(dá)[72]，亞鐵通過FPN1介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)離開腸細(xì)胞，并通過亞鐵氧化酶（hephaestin，HEPH）、肝黃素和銅藍(lán)蛋白氧化為三價(jià)鐵[73]，三價(jià)鐵與間質(zhì)液中的轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合通過血液運(yùn)輸分布全身[74]。

研究發(fā)現(xiàn)與飼喂FeSO4的仔豬相比，飼喂Fe-Gly仔豬的十二指腸和空腸中具有更高的PEPT1mRNA表達(dá)水平，說明PepT1途徑是鐵螯合肽的重要吸收途徑[75]。囊泡運(yùn)輸?shù)耐緩揭脖徽J(rèn)為是鐵螯合肽進(jìn)入細(xì)胞的有效途徑[76]。此外，Pérès等[77]證明鐵與β-CPP螯合后可以通過內(nèi)吞作用被吸收。

3 鈣對鐵吸收的影響

乳制品是膳食鈣的主要來源，水果、蔬菜、谷物和一些補(bǔ)鈣劑也是機(jī)體鈣的重要來源。大量研究表明鈣可以抑制腸道中鐵的吸收。鈣的來源、鈣含量、攝入時(shí)間等均會對鐵的吸收產(chǎn)生影響[78]。不同來源的鈣對鐵吸收的抑制程度不盡相同，在人群實(shí)驗(yàn)中，將補(bǔ)鈣劑以磷酸鈣、碳酸鈣、草酸鈣、羥基磷灰石、檸檬酸鈣或檸檬酸-蘋果酸鈣混合的形式添加時(shí)，都會抑制非血紅素鐵的吸收[79-82]。然而，有研究表明，相較于氯化鈣，檸檬酸鈣對育齡婦女的非血紅素鐵生物利用有抑制作用[63]，而葡萄糖酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣、乳酸鈣或磷酸鈣對非血紅素鐵生物利用度無顯著影響。將鈣補(bǔ)充劑添加到膳食中（牛奶、奶酪、橙汁和咖啡）時(shí)，除了在橙汁中添加檸檬酸鈣對非血紅素鐵的吸收沒有顯著影響，其他組別的膳食中非血紅素鐵的吸收均降低[52,55]，這可能因?yàn)榭箟难崾氰F吸收的促進(jìn)劑。然而，并不是所有的研究都發(fā)現(xiàn)膳食中的鈣會阻礙鐵的吸收。在一項(xiàng)評估鐵強(qiáng)化谷物對鐵的吸收研究中發(fā)現(xiàn)，與水相比，牛奶的存在提高了鐵的吸收，但不顯著[83]。關(guān)于以牛奶為補(bǔ)鈣食物基質(zhì)造成的不同結(jié)果，其原因尚不清楚，可能是因?yàn)榕Ｄ痰奶砑佑兄谔岣吖任飶?qiáng)化中鐵鹽的溶解度[84]。當(dāng)碳酸鈣、檸檬酸鈣、磷酸鈣和食物同時(shí)服用時(shí)均會抑制硫酸亞鐵的吸收，且這種抑制作用在高鈣膳食中更明顯。這些結(jié)果表明，在膳食中定期服用鈣補(bǔ)充劑可能會導(dǎo)致日常鐵的需求更難以得到滿足[85]。

鈣的攝入量同樣會影響鐵的吸收。研究表明，在165～300 mg劑量之間，鈣會抑制40%～60%非血紅素鐵的吸收，當(dāng)劑量超過300 mg時(shí)，不再有抑制作用[86]。Cook等[85]通過使受試者保持禁食狀態(tài)，分別補(bǔ)充劑量為300 mg鈣和37 mg鐵或600 mg鈣和18 mg鐵，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣不抑制硫酸亞鐵的吸收，在補(bǔ)充600 mg鈣和18 mg鐵的劑量組中，檸檬酸鈣和磷酸鈣鐵吸收量分別顯著降低49%和62%；將鈣和鐵添加到膳食中時(shí)，補(bǔ)鈣劑抑制了補(bǔ)鐵劑的吸收。此外，有研究人員通過Caco-2細(xì)胞模型評估了鈣對Caco-2細(xì)胞中非血紅素鐵吸收、流出和凈吸收的影響[87]。相較于對照組的鈣和鐵物質(zhì)的量比為50∶1，鈣鐵物質(zhì)的量比在500∶1～1000∶1之間時(shí)，鈣增加了非血紅素鐵的吸收，減少了鐵流出，而凈吸收量沒有顯著差異，其認(rèn)為細(xì)胞在較長時(shí)間內(nèi)對高鈣濃度的反應(yīng)可能不同，這也解釋了研究之間的差異性。

在單餐攝食體系中，鈣會抑制血紅素鐵和非血紅素鐵的吸收，且這種抑制作用呈劑量依賴性，其依賴總鈣的濃度而不是鈣鐵物質(zhì)的量比。而在多餐和長期飲食模式中評估鈣對鐵吸收的影響更為復(fù)雜。在6 個(gè)歐洲國家進(jìn)行的一項(xiàng)對1080 名青春期女孩和524 名年輕婦女的研究中，考慮了年齡、身高和VC攝入量等14 項(xiàng)輔助因素。經(jīng)過3 d的飲食記錄評估，發(fā)現(xiàn)膳食鈣攝入量與體內(nèi)鐵狀態(tài)（血清鐵蛋白）之間存在弱負(fù)相關(guān)[88]。Hallberg等[89]利用放射性標(biāo)記技術(shù)探究攝入鈣補(bǔ)充餐14 d后59Fe的滯留量，結(jié)果表明鈣對鐵吸收的影響呈劑量依賴效應(yīng)，隨著膳食中鈣添加量的增加，鐵的吸收率呈下降趨勢。添加300 mg鈣（氯化鈣）使非血紅素鐵的吸收降低50%。然而，即使是機(jī)體處于缺鐵狀態(tài)的婦女，長期補(bǔ)鈣也未對機(jī)體鐵的狀態(tài)（血清鐵蛋白含量）產(chǎn)生降低作用[90]。還有一些研究發(fā)現(xiàn)長期補(bǔ)鈣對哺乳期婦女[91]或12～14 歲女性[92]的鐵狀態(tài)也沒有任何影響。鈣對鐵吸收的急性和慢性影響存在差異性的原因可能是腸黏膜細(xì)胞對鈣濃度的變化產(chǎn)生了適應(yīng)性反應(yīng)，從而導(dǎo)致鐵吸收過程的“正?；盵90]。Caco-2細(xì)胞的體外研究支持了這一假設(shè)，添加鈣會抑制基底外側(cè)膜上的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)，導(dǎo)致鐵外流減少，細(xì)胞鐵滯留增加。但在數(shù)小時(shí)后，DMT1和運(yùn)鐵素的表達(dá)再次增加，存在反彈現(xiàn)象[93-94]。這些結(jié)果表明，鈣的攝入對鐵的吸收沒有長期顯著影響，機(jī)體中的血液學(xué)指標(biāo)或鐵含量指標(biāo)沒有變化[95]。

鈣和鐵攝入的間隔時(shí)間會影響鈣對鐵的抑制作用。在早期研究中發(fā)現(xiàn)，如果在補(bǔ)鐵1 h后補(bǔ)鈣，鈣對鐵吸收的影響會消失[96-97]。Gleerup等[96]研究了將鈣攝入與鐵攝入的時(shí)間分開以探究同時(shí)補(bǔ)鈣是否會影響鐵的吸收，結(jié)果表明，當(dāng)膳食中的鈣與鐵同時(shí)攝入時(shí)，鐵的吸收有明顯下降。當(dāng)相同量的鈣分別添加到高鐵飲食和低鐵飲食中時(shí)，低鐵飲食中鐵的吸收率比高鐵飲食高45%。保持每日膳食鈣攝入量恒定，Abioye等[86]比較了21 名每餐都有攝入鈣的女性以及午餐和晚餐都沒有攝入鈣的女性的鐵吸收情況，結(jié)果表明在午餐和晚餐沒有攝入鈣的群體中，總鐵、非血紅素鐵和血紅素鐵的吸收更多。因此，同時(shí)補(bǔ)充鈣和鐵不利于鐵的吸收。對于血紅素鐵的吸收，鈣同樣存在抑制性作用。研究表明鈣和鐵在腸黏膜細(xì)胞胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)淖詈箅A段，鈣和鐵之間可能存在某些競爭性抑制，從而干擾了鐵在腸細(xì)胞中的運(yùn)輸，其對血紅素鐵和非血紅素鐵的運(yùn)輸同樣適用[98]。

鈣對腸道中鐵吸收產(chǎn)生的抑制作用可能是由于鈣的存在降低了DMT1對鐵的親和力。Gunshin等[99]證明鈣并不是DMT1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的底物，而是阻斷了Fe2＋誘發(fā)的電流，并以非競爭性的方式抑制了Fe2＋的攝取。Shawki等[100]通過使用非洲爪蟾卵母細(xì)胞構(gòu)建細(xì)胞模型表達(dá)人的DMT1，使用放射性示蹤技術(shù)和電壓鉗技術(shù)測定DMT1活性。該研究表明，當(dāng)鈣與鐵物質(zhì)的量比為10∶1時(shí)，非血紅素鐵的攝取量降低，DMT1活性降低，說明Ca2＋是DMT1的抑制劑，但不是轉(zhuǎn)運(yùn)底物。Thompson等[101]報(bào)道了鈣對頂膜DMT1的表達(dá)存在負(fù)劑量依賴效應(yīng)，此外，隨著細(xì)胞暴露于氯化鈣中劑量的增加（0.16～2.5 mmol/L），鐵蛋白水平降低，非血紅素鐵的吸收減少。Hallberg等[89]也認(rèn)為鈣會對鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性產(chǎn)生負(fù)面影響。高濃度的鈣也有可能改變小腸上部黏液層的流變性能[102]，而且在不同的膳食體系中，鈣和鐵的溶解度以及其他食物基質(zhì)的共影響效應(yīng)會進(jìn)一步影響和干擾鐵的生物利用度。鈣攝入對鐵吸收及其狀態(tài)的影響匯總?cè)绫?所示。

表3 鈣攝入對鐵吸收及其狀態(tài)的影響Table 3 Effect of calcium intake on iron absorption and status

綜上，在短期（≤90 d）中攝食，鈣的攝入對鐵狀態(tài)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有負(fù)面影響，但影響的幅度較低，在人群實(shí)驗(yàn)的角度不具有顯著性影響，較高的鈣攝入量與總體鐵吸收減少和鐵狀態(tài)呈劑量依賴性相關(guān)，但長期對血紅蛋白濃度沒有影響。由于基礎(chǔ)研究的顯著異質(zhì)性和局限性，應(yīng)通過大量研究明確不同條件下影響的差異性[103]。

4 鐵對鈣吸收的影響

機(jī)體同時(shí)補(bǔ)充鈣和鐵時(shí)，鐵也會對鈣的吸收產(chǎn)生影響，但目前關(guān)于這一方面的研究較少，缺乏相對統(tǒng)一的具體結(jié)論，現(xiàn)有研究表明鐵可能主要從兩個(gè)方面影響鈣的吸收。一方面鐵會影響鈣鹽的溶解度等理化特征。Korchef[104]構(gòu)建了二氧化碳脫氣系統(tǒng)，通過排出溶液中二氧化碳，采用加速沉淀法模擬亞鐵離子對碳酸鈣析出過程的影響，結(jié)果表明，鐵離子可以抑制低過飽和度的碳酸鈣溶液成核結(jié)晶，但當(dāng)碳酸鈣溶液高度過飽和時(shí)，鐵離子對碳酸鈣結(jié)晶的抑制作用不顯著。鐵離子對碳酸鈣成核和生長的抑制作用主要?dú)w因于鐵離子阻斷了碳酸鈣的生長位點(diǎn)或/和形成氧化鐵膠體，如Fe2O3。此外，由于碳酸亞鐵的溶解度更低，碳酸亞鐵沉淀更易在碳酸鈣表面形成，阻斷了碳酸鈣的生長，而Fe2＋與Ca2＋形成FexCa1-xCO3（0≤x≤1）復(fù)合物抑制碳酸鈣的增長[105]。Alsaiari等[106]同時(shí)混合Fe2＋、Ca2＋、HC，探究Fe2＋、Ca2＋對其碳酸鹽溶解動(dòng)力學(xué)的影響，結(jié)果表明鈣離子可以提高碳酸鐵的溶解度，而亞鐵對碳酸鈣的溶解度影響不大，這可能是由于碳酸亞鐵配合物在鈣的存在下增加了穩(wěn)定性，降低了其析出速率。鐵離子對不同的鈣鹽具有不同的影響效果，鐵離子會導(dǎo)致磷酸鈣[107]、羥基磷灰石[108]的析出，阻止了脫礦和再礦化過程，具有較好的成骨性能。此外，胃腸道中的血紅素鐵（來自肉類、內(nèi)臟和血液）和自由鐵離子（來自植物性食品、補(bǔ)充劑）均有導(dǎo)致發(fā)生氧化應(yīng)激和自由基損傷的風(fēng)險(xiǎn)。鈣可能與血紅素鐵或更簡單的鐵配位化合物結(jié)合，從而改變它們的氧化還原電勢，Bechtold等[109]探究鈣、鐵、葡萄糖酸根之間的配位關(guān)系，通過同時(shí)混合Ca2＋、Fe3＋、葡萄糖酸根（DGL－）制備的化合物并非葡萄糖酸鈣（CaDGL）和葡萄糖酸鐵III（FeIIIDGL）單核復(fù)合物，而是形成雙核復(fù)合物CaFeIIIDGL，由于鈣離子可以改變鐵配合物的電化學(xué)性質(zhì)，非電化學(xué)活性離子Ca2＋進(jìn)入FeIIIDGL復(fù)合物后形成配位比為1∶1的雙核復(fù)合化合物，引發(fā)FeII/III氧化還原特性的電化學(xué)行為發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致較低的標(biāo)準(zhǔn)還原電位，表明鈣可以調(diào)節(jié)鐵的氧化作用，鈣與FeIIIDGL的結(jié)合可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)食物消化過程中金屬催化自由基的形成，防止鐵誘導(dǎo)的氧化損傷，最佳組合可能使補(bǔ)鐵更安全。鈣和血紅素鐵是否也有類似的作用還有待研究。肉類中自由基形成量在適度加熱時(shí)增加，但在加熱到更高的烹飪溫度時(shí)再次減少，這可能反映了血紅素鐵和游離鐵之間的平衡[110]。

另一方面，鐵會影響鈣的吸收途徑，對地中海性貧血小鼠模型的研究表明，鐵的過度吸收會阻礙鈣的吸收。β-地中海貧血是一種以鐵超載為特征的疾病，會降低小鼠十二指腸鈣吸收和VD3水平，其鈣吸收的減少可能歸因于VD3水平低[111-112]。雖然Ca2＋和Fe2＋通過不同的通道/轉(zhuǎn)運(yùn)體吸收進(jìn)入細(xì)胞和排出細(xì)胞，但這兩種離子可能共用相同的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)途徑[113]，鐵的過量吸收可能會占據(jù)細(xì)胞內(nèi)的囊泡，或者是Fe2＋和Ca2＋可能會相互競爭進(jìn)入囊泡，從而抑制鈣的吸收[111]。添加hepcidin治療缺鐵性貧血可增加動(dòng)物模型的腸道鈣吸收[70]，這表明鐵可以調(diào)節(jié)激素和鈣運(yùn)輸之間的關(guān)系。hepcidin在介導(dǎo)腸道鈣吸收中的作用以及腸道鐵與鈣吸收之間的反向關(guān)系，表明鐵和其他鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子可能是腸道中鈣的跨細(xì)胞途徑和旁路途徑的新型調(diào)節(jié)因子。但也有學(xué)者提出，地中海貧血患者攝入鐵后，腸道中的CalbD9k、PMCA1b、TRPV5和TRPV6蛋白表達(dá)降低，Na＋/K＋ATP酶活性降低[114]。在鐵過載的條件下探究鐵對腸道鈣吸收的影響，說明人類和嚙齒動(dòng)物中涉及鐵超載的疾病（如血色素沉著癥和β-地中海貧血）與骨密度改變和骨質(zhì)疏松癥有關(guān)[115-117]，因此，骨密度的改變和骨質(zhì)疏松癥可能與鐵不平衡有關(guān)。在細(xì)胞水平上，有研究者證明在Caco-2細(xì)胞中鐵與細(xì)胞鈣水平呈負(fù)相關(guān)，hepcidin治療后細(xì)胞內(nèi)低劑量鐵可以促進(jìn)Caco-2細(xì)胞的鈣攝取[118]，這表明細(xì)胞鐵含量可能局部影響腸道鈣吸收。

飲食引起的鐵缺乏會顯著促進(jìn)缺鐵小鼠十二指腸中鈣的吸收，在跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中，CalbD9k蛋白表達(dá)顯著下調(diào)，而TRPV6、PMCA1b和NCX1蛋白表達(dá)水平不變，表明未促進(jìn)缺鐵動(dòng)物十二指腸跨細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中鈣吸收，旁路轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中，Claudin-2和Claudin-3的mRNA和蛋白水平表達(dá)增加，從而促進(jìn)鈣的吸收[119]。Olusanya[120]通過研究飲食誘導(dǎo)的缺鐵大鼠對腸道和腎臟鈣穩(wěn)態(tài)機(jī)制的影響，發(fā)現(xiàn)缺鐵促進(jìn)了十二指腸細(xì)胞旁路途徑鈣的吸收，這與十二指腸Claudin-2和VD受體（VD receptor，VDR）表達(dá)上調(diào)有關(guān)，而VDRmRNA表達(dá)與DMT1mRNA呈正相關(guān)，這表明鐵缺乏后VDR對Claudin-2水平的潛在影響可能與DMT1介導(dǎo)的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)的變化有關(guān)。HIF-2α是一種異二聚體轉(zhuǎn)錄因子，可以促進(jìn)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，包括DMT1蛋白[121]，在調(diào)節(jié)鐵運(yùn)輸中發(fā)揮重要的細(xì)胞作用[122]。此外，HIF-2α的變化也可能參與了Claudin-2介導(dǎo)的十二指腸鈣吸收在鐵缺乏反應(yīng)中增加的機(jī)制，結(jié)果表明HIF-2α與Claudin-2和VDRmRNA表達(dá)均呈正相關(guān)。由于腸道鐵吸收主要發(fā)生在十二指腸，因此，低鐵水平或高DMT1蛋白表達(dá)水平均可能與缺鐵時(shí)導(dǎo)致的十二指腸鈣吸收增加有關(guān)[123]。通過添加去鐵胺降低細(xì)胞內(nèi)鐵含量，誘導(dǎo)VDR蛋白表達(dá)上調(diào)[124]，而促紅細(xì)胞生成素誘導(dǎo)DMT1蛋白表達(dá)升高對Caco-2細(xì)胞的VDR沒有影響。因此，降低細(xì)胞內(nèi)鐵水平可以通過Claudin-2提高VDR介導(dǎo)的細(xì)胞旁路鈣吸收，而鐵缺乏引起的VDR增加可能與缺鐵動(dòng)物中DMT1或HIF-2α蛋白水平上調(diào)有關(guān)，可能是高水平DMT1或HIF-2α對十二指腸腸上皮細(xì)胞或局部影響的結(jié)果。

在正常Caco-2細(xì)胞模型中，添加檸檬酸鐵后鈣的吸收上調(diào)，但當(dāng)鐵濃度持續(xù)升高，鈣的吸收呈下降趨勢，隨胞內(nèi)Ca2＋濃度增高有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的趨勢[125]。研究表明將VD3處理的Caco-2細(xì)胞膜暴露于FeCl3中24 h，過量的鐵會抵消VD3誘導(dǎo)的促鈣吸收作用，F(xiàn)eCl3顯著降低了鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)率[126]。FeCl3的抑制作用迅速，其處理細(xì)胞60 min即可阻斷VD3誘導(dǎo)的電阻下降和鈣通量的增加。而在沒有VD3處理的情況下，F(xiàn)eCl3不影響鈣的運(yùn)輸。此外，盡管抗壞血酸經(jīng)常被用于促進(jìn)鈣的溶解和吸收，但它對FeCl3和VD3處理的Caco-2細(xì)胞中鈣的運(yùn)輸沒有影響。

鐵攝入對小腸中鈣轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的影響匯總?cè)绫?所示。

表4 鐵攝入對小腸中鈣轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的影響Table 4 Effect of iron intake on calcium transport pathways in the intestine

在進(jìn)行膳食補(bǔ)充或食物強(qiáng)化過程中需要考慮鈣和鐵之間的相互作用對機(jī)體吸收率和生物利用度產(chǎn)生的影響[127]。生物利用度是決定鈣和鐵能否被人體吸收的重要因素，明確鈣和鐵的攝入形式，如有機(jī)酸鹽中的檸檬酸蘋果酸鈣在生物利用度上優(yōu)于碳酸鈣[80]，多肽如CPPs，可以在一定程度上既保證鈣和鐵的補(bǔ)充劑量也可以提高其吸收率，以及適當(dāng)?shù)氖澄镙d體，防止鈣和鐵與食物中其他因子（如植酸鹽等）發(fā)生抑制性作用。在腸道吸收的相互作用方面，鈣會抑制鐵的吸收，但在正餐中補(bǔ)充低劑量的鈣可以降低對鐵吸收的抑制作用[85]，鐵通常在禁食狀態(tài)下吸收更有效，但存在耐受性問題[98]，將補(bǔ)鈣和補(bǔ)鐵的時(shí)間間隔1 h以上有助于改善鈣和鐵之間的相互作用。

5 結(jié)語

鈣和鐵都是機(jī)體所必需的營養(yǎng)元素，在熱力學(xué)角度，鈣和鐵溶解過程中鐵一定程度上可以抑制過飽和鈣鹽結(jié)晶的析出，當(dāng)陰離子不同時(shí)，其作用效果不盡相同，而目前的研究主要集中在磷酸根、碳酸根，由于某些陰離子（如乳酸根、葡萄糖酸根）可以誘導(dǎo)鈣鹽的過飽和，可以通過混合不同補(bǔ)鈣劑和補(bǔ)鐵劑探究是否能夠產(chǎn)生過飽和現(xiàn)象及配位結(jié)合機(jī)制，更好的開發(fā)復(fù)合補(bǔ)鈣/鐵劑。在生物學(xué)角度，大量研究分別從人群實(shí)驗(yàn)、小鼠模型、分子層面多角度討論了腸道中鈣和鐵吸收過程中的相互作用及機(jī)制，但這些研究對于劑量效應(yīng)并沒有相對統(tǒng)一的規(guī)范，高、中、低劑量及對照模型應(yīng)在劑量層面進(jìn)一步解釋相互作用產(chǎn)生的現(xiàn)象及涉及的機(jī)制變化。現(xiàn)在的研究中已證明鈣對鐵吸收的抑制作用是一種短期效應(yīng)，且這一影響與鈣鐵濃度、食物基質(zhì)、共攝入時(shí)間、攝入時(shí)間間隔有關(guān)，鈣是DMT1的非競爭性抑制劑，但這一抑制作用會隨著時(shí)間的推移而發(fā)生適應(yīng)性反應(yīng)，這可以解釋為什么對不同群體的長期補(bǔ)鈣沒有顯示出對鐵狀態(tài)的任何不利影響。而鐵對鈣吸收的影響更為復(fù)雜，補(bǔ)充低濃度的鐵會促進(jìn)鈣的吸收，但鐵濃度較高時(shí)又會抑制鈣的吸收；在地中海貧血模型中，鐵的吸收上調(diào)時(shí)，鈣的吸收被抑制，這可能是鐵誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和抑制囊泡鈣運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)果；輕度飲食性缺鐵可能通過上調(diào)Claudin-2mRNA和蛋白的表達(dá)從而促進(jìn)細(xì)胞旁路途徑的鈣吸收。腸道鐵與鈣吸收之間的相互關(guān)系，表明鐵可能是腸道鈣轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的新型調(diào)節(jié)因子。由于在腸道中鈣和鐵的吸收還涉及到多種激素等因素的影響，與這些調(diào)節(jié)因子的相關(guān)性仍存在不確定性，對這些復(fù)雜過程的交互作用還需進(jìn)一步探討?？梢栽陲嬍成峡刂颇c道中鈣和鐵的含量，因此明確攝食后鈣和鐵的相互作用可以更好地為貧血/鈣缺乏骨質(zhì)疏松癥患者和高鈣/鐵需求人群（如孕婦和哺乳期母親）提供飲食推薦，為進(jìn)一步開發(fā)安全有效的鈣/鐵強(qiáng)化產(chǎn)品提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。