人体铁的代谢.doc

吸收与流失饮食中的铁分为血基质铁（heme iron）和非血基质铁（nonheme iron）两种。食物中的非血基质铁主要是三价铁（Fe3+），在小肠细胞的刷状缘(Brush border)上的铁离子还原酶(ferric reductase)还原为二价亚铁离子（Fe2+），然后在小肠前段（十二指肠）吸收，而空肠及回肠因碱性胰液注入，铁的溶解度降低，所以吸收极少。含铁较多的食物有：红色肉类、动物内脏、绿色蔬菜(如菠菜)、芝麻、蚝、蛤等。小肠有三种负责吸收铁的分子：1.原红素携带蛋白(Heme carrier protein 1): 主要在小肠前段，越往末端含量越少，负责吸收食物中的血基质铁。食物中的血红素（hemoglobin）、肌红素（myoglobin）在肠道中经蛋白质酶分解释出血基质铁，经由原血红素携带蛋白进入小肠细胞后，会被酵素水解成无机铁离子与吡喀紫质（Protoporphyrin），无机铁离子便可与其他蛋白质结合进入循环。2.DMT-1（Divalent Cation/Metal Transporter-1，也可称DCT-1): 位于小肠的肠上皮细胞（Enterocyte）膜上，是小肠吸收铁的运输蛋白，由561个氨基酸组成，含有12个穿膜区。由于DMT-1只接受二价金属离子，所以肠道内游离的Fe3+须经Dcytb (duodenal cytochrome b reductase)还原成Fe2+，才能够被DMT-1运输到肠上皮细胞内。DMT-1不只对铁有专一性，也对Zn2+、 Mn2+、 Cu2+、 Co2+、Ni2+有活性，甚至是对人体有毒的Pb2+和Cd2+，由于Zn2+和Fe2+使用同一种运输蛋白，故在肠道内两者会竞争，影响铁吸收。3.穿膜蛋白(Intergrin): 在小肠绒毛细胞上的一种穿膜蛋白可与肠道内游离的铁离子结合而运送到绒毛细胞内，然后铁离子会被多种还原剂如：flavin-dependent ferrireductase、NADPH-dependent ferrireductase、维他命C(vitamin C)还原成亚铁离子，再和多种配体(ligand)结合以增加其稳定性，这些配体可能是氨基酸组胺酸(histidine)或半胱胺酸(cysteine)或蛋白质结合。饮食的铁只有1030%会被吸收。铁易被吸收的因素有：血基质铁，缺铁或在生长发育中的儿童、孕妇，维生素C与肉类；不利铁吸收的因素有：非血基质铁，胃部切除导致胃酸缺乏或分泌量减少，腹泻、粥样泻等消化道疾病、草酸（oxalate）、磷酸（phosphate）、及植酸（phytate）会与铁形成不溶的盐类、纤维素(cellulose)、单宁(tannin)。所以摄取铁时，应注意食物搭配以增加吸收效率。成人会因细胞脱落而流失铁，每日经尿液流失铁0.1微克，消化道流失0.30.5毫克，汗液排失0.051.0毫克；生育年龄妇女因月经流失的铁量很多，平均每日超过0.5毫克。储存身体中铁离子主要存在于肝脏、脾脏及骨髓之中。运铁蛋白（transferrin）会将铁离子送到肝脏，此处存有身体60的铁离子；剩下的40则在肝脏、脾脏及骨髓的网状内皮细胞（reticuloendothelial cell, RE）。大部分存在网状内皮细胞的铁离子，是红血球胞噬作用（phagocytosis），血红素（hemoglobin）降解所产生。主要在细胞中储存铁的是储铁蛋白（ferritin）。组织中的储铁蛋白会和血清中的储铁蛋白达成平衡，因此血清中的储铁蛋白为身体内储铁量的指标：每一毫升血清中含有1纳克的储铁蛋白等于身体中有10毫克的储铁量。正常成年人血清储铁蛋白的浓度应超过12ng/ml（纳克/毫升）。然而其并非身体内储铁量的有效指标，因储铁蛋白本身是急性期蛋白（acute phase protein, APP），会因发炎反应而上升，时间甚至持续数周。铁循环与恒定虽然从饮食中摄取铁对于维持体内铁含量很重要，但最主要的铁供应源，是身体中铁离子的循环。大部分藉运铁蛋白输送而进入细胞质中的铁离子是来自血红素（hemoglobin）、储铁蛋白及血铁营养的降解。主要发生在网状内皮系统的胞噬作用是血红素，而存于储铁蛋白及血铁营养的铁则在肝脏、脾脏及骨髓中被降解。简单来说，老旧的红血球会在脾脏中被巨噬细胞吞噬，而肝脏及骨髓中则分别由网状内皮巨噬细胞（reticuloendothelial cell macrophages）及库佛式细胞（Kupffer cell）所分解。在血红素的降解过程中，血基质（heme）会经由血基质氧化酶（heme oxygenase）转换成胆绿素（biliverdin）再转成胆红素（bilirubin），而后分泌至胆汁中排出体外，使血基质中的铁离子恢复至游离态。血基质的降解使每日约有2025毫克的铁离子可供使用。Ferroportin是另一种促进小肠吸收铁营养的蛋白质，它会使铁离子离开巨噬细胞，使铁营养可被重复利用。虽然大部分的红血球是在网状内皮系统中被分解，但仍有约10的分解是发生在血液中。反应后形成含铁的化合物则被送到肝脏中，继续进行分解以利铁的循环利用。为什么需要与铁结合的蛋白质铁是具有高氧化力的元素，举例来说，游离的二价铁离子会与过氧化氢作用，形成氢氧离子(hydroxyl radical OH-)。氢氧离子有很高的活性，会伤害细胞。因此我们需要运铁蛋白、储铁蛋白等等蛋白质来稳定铁离子。此外，人体中的如果有细菌感染，这些细菌会利用游离的铁离子，而生长、增殖。因此把铁与蛋白质结合在一起可以确保，没有细菌可以利用铁，具有免疫上的重要意义。运送与利用吸收之铁与血浆中的运铁蛋白携带输送到造血组织与全身细胞。每分子运铁蛋白可以携带两个三价铁离子。健康者的运铁蛋白大约有3040%为与铁结合，其余6070%则未携铁，可以接受任何来源的铁营养。 血浆中可供利用的铁有三种来源：1.由肠道吸收的饮食中的铁营养，每日约有0.52.0毫克；2.身体内储存的铁营养；3.老化红血球在脾脏网状内皮细胞分解而回收之铁，此来源供应最多，每日约有2025毫克。约1公克的铁平均分配到身体每个细胞，作为酵素与含铁蛋白的构成分。超过需求之铁会储存在肝脏、脾脏及骨髓。男性储存铁量约0.51.5公克，女性储存铁量通常较低约0.31.0公克。细胞中储存铁的蛋白质是铁蛋白（ferritin）与血铁营养（hemosiderin）；血铁营养含铁达35%，但较不易释出利用。细胞摄铁与恒定机制铁营养在体内的运输需要靠运铁蛋白，但必须要从二价离子氧化成三价才能与运铁蛋白结合。在人体内，由两种蛋白质完成这件工作，分别是在小肠细胞中发现的希菲斯特蛋白Hephaestin( Hephaestus是希腊火神的名字 )，与全身都有的血浆铜蓝蛋白(ceruloplasmin)。细胞摄铁机制运铁蛋白与三价铁离子的结合力非常高(1023 M-1 在 pH 7.4下)，但当酸碱值(pH值)下降时，亲和力就会降低。因此当带有两个铁离子的运铁蛋白(又称饱和运铁蛋白)与细胞膜上之运铁蛋白受器（Transferrin receptor）结合后，细胞膜形成囊泡以胞饮作用（Pinocytosis）送到细胞质中，囊泡膜上氢离子帮浦（Proton pump）会以主动运输将氢离子输入，使泡内pH值降到5.5，以利铁离子脱离运铁蛋白。再经由囊泡膜上的DMT1运输蛋白与铁离子运输刺激因子（Stimulator of Fe Transport，SFT）送出到细胞质中，暂时储存于储铁蛋白（ferritin）中以供利用。细胞上运铁蛋白受器及其内储铁蛋白的数量，会受细胞内含铁量的调控。当铁含量减少时，运铁蛋白受器的数量增多，自细胞外运入更多的铁离子；同时储铁蛋白的数量降低，减少细胞内铁的储存。含铁量需透过铁反应蛋白(Iron response protein, IRP)作用，调控运铁蛋白受器及储铁蛋白的数量。细胞内含铁量会影响铁反应蛋白的功能，使其可参与不同的生理作用。当含铁量高时，铁反应蛋白具有作为柠檬酸循环(Citrate acid cycle)中乌头酸酶(Aconitase)的活性；但当含铁量低时，铁反应蛋白便会和铁反应单位(Iron response element, IRE)结合。 铁反应单位铁反应单位是一段特别的mRNA序列，具二级结构(Secondary structure)，当与铁反应蛋白结合后，会使带有这段序列的mRNA更容易或更不易转译出蛋白质。在运铁蛋白受器的mRNA，及储铁蛋白mRNA的5端未转译区(5-untranslated region, 5-UTR)上，均具有铁反应单位。当铁反应蛋白与运铁蛋白受体mRNA上的铁反应单位结合后，可稳定这段mRNA