鐵在十二指腸內(nèi)吸收入血后，通過血漿轉鐵蛋白（transferrin，Tf）運輸至組織。轉鐵蛋白與細胞膜上的轉鐵蛋白受體1（transferrin receptor1，TfR1）結合，并通過受體介導的內(nèi)吞作用進入細胞內(nèi)部。鐵在細胞內(nèi)被利用，多余的鐵儲存在鐵蛋白（ferritin，F(xiàn)t）中。在這個鐵代謝模式中，細胞鐵水平是被鐵調(diào)節(jié)蛋白1（iron regulatory protein 1，IRP1）與IRP2在轉錄水平后進行調(diào)控。當細胞內(nèi)鐵缺乏時，IRP1與IRP2會分別與TfR1以及轉鐵蛋白mRNA的5′或者3′非翻譯區(qū)結合，降低TfR1 mRNA的降解以及抑制轉鐵蛋白的表達。這樣的調(diào)節(jié)結果就導致細胞通過TfR1攝取了更多的鐵以及降低了細胞內(nèi)部的鐵存儲，提升了細胞內(nèi)部游離鐵的含量。

細胞鐵代謝是一個復雜的多因素的過程，其中最重要的是轉鐵蛋白受體與轉鐵蛋白的相互結合與釋放。通過這種方式攝入鐵是主動運送。一般哺乳動物細胞的漿膜上都有轉鐵蛋白受體（TfR）。它能結合Fe（Ⅲ），把Fe（Ⅲ）釋放后變成結合Tf的不穩(wěn)定復合物，接著把Tf放出，再去結合游離鐵。通過調(diào)節(jié)細胞表面TfR數(shù)目可以調(diào)節(jié)鐵的攝入。一般來說，TfR基因表達受細胞內(nèi)鐵濃度控制。細胞需鐵多，則細胞表面TfR密度大。在細胞暴露于促進增殖的介質(zhì)中時，TfR基因表達增高。

胞質(zhì)鐵蛋白（CFt）是細胞內(nèi)調(diào)節(jié)鐵平衡的重要因子。而近年來發(fā)現(xiàn)的線粒體鐵蛋白（MtFt）是一種定位在線粒上的與鐵代謝密切相關的蛋白，具有組織受限性表達的特點，它在結構和功能上與胞質(zhì)鐵蛋白相比有一定的相似性，但是由于其mRNA上沒有鐵調(diào)控元件，它的表達不直接受鐵調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控。

CFt是廣泛存在于動物、植物和微生物體內(nèi)的一種鐵儲存和生物礦化蛋白，從細菌、植物到動物，這一蛋白具有高度的保守性。在動物肝臟內(nèi)95%的鐵是以與CFt結合的形式儲存的。

MtFt是廣泛存在的一種新的鐵蛋白。MtFt首先表達出的是一個前體蛋白，在信號肽的引導下進入線粒體，然后在蛋白酶的作用下切除前導序列，成為成熟的蛋白。序列比對表明，這個成熟的蛋白在結構上和CFt很相似。在功能上，MtFt和CFt的H-亞基有相似的性質(zhì)。

近年來，隨著分子生物學技術的發(fā)展，基因敲除和過表達技術已日益成熟，目前已廣泛應用于基因功能的研究。在鐵代謝研究領域，學者們陸續(xù)完成了一些鐵代謝蛋白基因的敲除和過表達，并建立了相應的轉基因動物模型，這為進一步從深層次上揭示鐵代謝的生理機制打下良好的基礎，同時也為鐵代謝相關疾病的研究提供了廣闊的空間。這里選擇幾種重要的鐵代謝蛋白結合其轉基因的動物模型做簡要的敘述（表2-2）。

表2-2 幾種鐵代謝調(diào)節(jié)蛋白

2.1 上游刺激因子2（upstream stimulatory factor 2，USF2)

USF2是鐵調(diào)素的上游刺激因子。人類的USF2基因位于19號染色體上，與鐵調(diào)素基因緊密相連，兩個基因只有1.24kb的間隔。2001年，Gael Nicolas等建立了USF2基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)USF-/-小鼠的肝臟、胰腺、心臟存在嚴重的鐵沉積與血漿轉鐵蛋白的飽和，其特征與遺傳性血色素沉著病相似。2002年，Gael Nicolas等證實了這種鐵超載與USF2無關，而是由于鐵調(diào)素缺乏導致的。同時，他們還建立了鐵調(diào)素過表達小鼠模型，該模型小鼠因無法有效地攝取和利用鐵而發(fā)生嚴重的生長發(fā)育障礙和缺鐵性貧血，大體形態(tài)上表現(xiàn)為小鼠體型較小、少毛、皮色蒼白且多褶皺，血液檢查則呈現(xiàn)出紅細胞數(shù)量減少、大小不等等小細胞低色素性貧血的特點。

2.2 鐵調(diào)素調(diào)節(jié)蛋白（hemojuvelin，HJV）

HJV是一種極為重要的調(diào)節(jié)鐵調(diào)素表達的蛋白質(zhì)。人類HJV基因位于染色體1q21q區(qū)，長約2.6kb，包含4個外顯子，其轉錄后可形成5個mRNA異構體。這5個mRNA可編碼3個不同的多肽，分別由426個、313個、200個氨基酸組成。HJV的突變可導致青少年血色素沉著病。2005年，Huang等和Niederkofler等相繼建立了HJV基因敲除小鼠模型。他們都發(fā)現(xiàn)HJV-/-小鼠出現(xiàn)了嚴重的多臟器鐵沉積，涉及臟器包括肝臟、胰腺、心臟、肺、腦、胸腺和睪丸，其中以肝臟、胰腺、心臟的鐵沉積最為明顯。同時顯示，HJV-/-小鼠肝臟幾乎不能測得鐵調(diào)素mRNA的表達，而且即使增加飲食鐵或直接注射鐵調(diào)素仍然不能表達，這說明HJV是鐵超負荷時鐵調(diào)素充分表達所必需的。他們還證實，脂多糖（LPS）誘導產(chǎn)生的炎癥因子可以使HJV-/-小鼠鐵調(diào)素表達增加，進而得出結論：鐵變化與炎癥反應調(diào)節(jié)鐵調(diào)素表達的通道是不同的，炎癥調(diào)節(jié)途徑不需要有HJV的參與。

2.3 轉鐵蛋白受體2（transferrin receptor 2，TfR2）

TfR2也是近10年發(fā)現(xiàn)的一種新的轉鐵蛋白受體，同樣參與鐵調(diào)素表達的調(diào)控。人類的TfR2基因位于7q22染色體上，具有兩種剪切形式：TfR2-α和TfR2-β。TfR-α由紅細胞白血病cDNA基因文庫中克隆得到，它的mRNA全長約為2.9kb，由18個外顯子組成。TfR2-α的可讀框長約2.4kb，編碼801個氨基酸的蛋白質(zhì)；TfR2-β比TfR2-α稍短，其5′端序列與TfR2-α明顯不同。TfR2-βmRNA缺少TfR2-α第1、2、3外顯子區(qū)，并且其第1外顯子的5′端增加了另外142個核苷酸，但不包括起始序列，因此它的翻譯可能起始于TfR2-α可讀框的第542位氨基酸。2007年，Wallace等建立了肝細胞特異性TfR2基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)該模型小鼠鐵沉積的程度要高于整體TfR2基因敲除的小鼠，同時也發(fā)現(xiàn)了轉鐵蛋白飽和度增加和鐵調(diào)素表達水平的降低，這一結果說明肝臟是TfR2的表達和活性發(fā)揮的主要部位。

2.4 鐵調(diào)素（hepcidin）

鐵調(diào)素作為一種負性鐵調(diào)節(jié)激素，在鐵代謝的調(diào)節(jié)中具有核心地位。鐵調(diào)素的發(fā)現(xiàn)是近年鐵代謝相關蛋白研究中最為突出的貢獻。人類的鐵調(diào)素基因位于19號染色體上，小鼠的鐵調(diào)素基因位于7號染色體上，都含有3個外顯子和2個內(nèi)含子，轉錄后的mRNA長約0.4kb，其中第3個外顯子編碼了鐵調(diào)素的氨基酸序列。人類的鐵調(diào)素基因只有一個拷貝，小鼠的鐵調(diào)素基因有兩個，即hepcidin1和hepcidin2，但只有hepcidin1在鐵代謝調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。鐵調(diào)素基因在肝臟特異表達，在心臟、脊髓、肺表達很少，在前列腺、睪丸、卵巢、小腸、結腸、腎臟和膀胱幾乎沒有表達。

2.5 血色素沉著病蛋白（HFE protein）

HFE是遺傳性血色素沉著病蛋白基因，其編碼的蛋白質(zhì)可與TfR組成復合體而參與鐵調(diào)素表達的調(diào)控。人類HFE基因位于6號染色體，它的變異可導致Ⅰ型血色素沉著病。2002年，Ahmad等研究發(fā)現(xiàn)，HFE-/-小鼠在出生后第4周時即出現(xiàn)肝臟鐵調(diào)素表達明顯下降，而到第8周、第10周時這種變化則不明顯。隨后Maja等在2007年和2008年分別建立了腸上皮細胞特異性HFE敲除小鼠模型和肝細胞特異性HFE敲除小鼠模型。研究發(fā)現(xiàn)，敲除腸上皮細胞的HFE基因并不影響整體的鐵代謝平衡，而敲除肝細胞的HFE基因出現(xiàn)鐵的累積，進而分析指出，與肝細胞的HFE基因不同，腸上皮細胞的HFE基因對生理狀態(tài)下鐵穩(wěn)態(tài)的維持并沒有重要的作用。

2.6 銅藍蛋白（ceruloplasmin，CP）

CP在機體的重要作用不僅在于參與機體銅的轉運，更重要的是參與鐵代謝的調(diào)節(jié)。在生理條件下，CP可以催化Fe2+氧化為Fe3+，幫助鐵與轉鐵蛋白的結合。近年來，學者們通過CP基因敲除來研究CP在鐵代謝中的作用。2002年，Yamamoto等主要對CP-/-小鼠肝臟和十二指腸的鐵代謝基因表達情況進行了測定，F(xiàn)P1、DMT1在十二指腸表達均未增多，推測無CP血癥的肝鐵沉積機制不同于血色素沉著病，而且DMT1、TfR在肝臟的表達未增多，說明肝細胞鐵的攝取未增加，CP基因敲除可能使釋放鐵受到影響，從而造成鐵沉積。

（柏林、孫奇）