鐵缺乏可影響機體部分正常功能。但是，當血液中的鐵離子超出轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合能力時，未被轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的游離鐵就會沉積于組織中形成“鐵過載”，其可抑制成骨細胞增殖、分化過程，從而影響骨代謝及骨量的形成。但鐵缺乏亦會對成骨細胞、破骨細胞的功能產(chǎn)生影響，從而引起骨代謝異常，導致骨礦化減少，骨吸收增加，骨量減少，最終導致骨質(zhì)疏松的發(fā)生。因此，維持機體內(nèi)鐵代謝平衡（鐵穩(wěn)態(tài)）具有重要的意義。

2.1 鐵缺乏在細胞層面對骨量的影響

在細胞生長過程中，鐵作為重要的微量元素，在細胞的增殖和分化過程中都起著重要作用。而成骨細胞作為骨形成過程中的一種重要細胞，不僅可合成和分泌骨基質(zhì)中的有機成分，還能引起骨質(zhì)礦化和調(diào)節(jié)細胞外液與骨液間電解質(zhì)的流動作用，即成骨細胞攝取離子鈣，同時攝取等量的磷酸根，兩者按一定比例被轉(zhuǎn)入細胞器（主要在線粒體）中，在堿性磷酸酶的作用下合成磷酸鈣；之后成骨細胞內(nèi)合成的磷酸鈣被分泌出細胞，進入骨基質(zhì)，以游離磷酸鈣的形式或以羥磷灰石形式沉積在骨膠原纖維的空隙中。

2003年，González Suárez I等用去鐵胺和去鐵酮干預成骨細胞，研究對1，25-（OH）維生素D3刺激的MG-63細胞骨鈣素分泌的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，去鐵胺和去鐵酮在高劑量（去鐵胺：60μmol/L，80μmol/L；去鐵酮：180μmol/L，240μmol/L）可抑制1，25-（OH）維生素D3引起的骨鈣素分泌；而在低劑量（去鐵胺5μmol/L；去鐵酮15μmol/L）則刺激骨鈣素的分泌。研究結(jié)果提示，鐵被過量地螯合會對成骨細胞產(chǎn)生抑制作用。2006年，Mardi等以鐵螯合干預體外培養(yǎng)成骨細胞，亦發(fā)現(xiàn)礦化受到抑制，而沒有影響Ⅰ型膠原的沉積。

2010年，Jonathan G等運用鐵螯合劑去鐵胺干預胎鼠頭蓋骨源性成骨細胞的分化，測量鐵調(diào)節(jié)基因和蛋白表達，并測定成骨細胞相關(guān)分化基因，評估DFOM對成骨細胞分化過程的影響。在分化早期、分化晚期和分化整個過程分別加入0～8μmol/L去鐵胺，測量轉(zhuǎn)鐵蛋白受體和鐵蛋白輕鏈與重鏈蛋白表達的改變。結(jié)果表明，8μmol/L去鐵胺干預整個分化過程，可以改變鐵調(diào)節(jié)基因和蛋白質(zhì)，并且下調(diào)成骨細胞分化成熟基因，尤其是骨鈣素。此外，堿性磷酸酶活性和礦化面積明顯降低。這種效應在早期干預也有相似結(jié)果，而在分化晚期干預并不影響。結(jié)果提示，鐵對成骨細胞分化非常重要，在早期分化中的作用更加明顯。

上述細胞體外培養(yǎng)研究結(jié)果提示，當鐵被過量螯合后（造成鐵缺乏環(huán)境），成骨細胞的功能（細胞增殖、細胞礦化、骨鈣素分泌等）受到抑制，說明成骨細胞的成骨功能與足量的鐵密切相關(guān)。因此，鐵缺乏抑制成骨細胞功能，可能是引起相應骨代謝異常、骨量減少的基礎原因。

2.2 鐵缺乏在動物水平對骨量的影響

在離體細胞培養(yǎng)實驗中，鐵缺乏可抑制成骨細胞的生物功能，那么在動物模型中鐵缺乏對骨代謝及骨量的影響，我們可以從下列動物模型的研究中得到答案。

2003年，Denis M等給予斷奶Evans大鼠不同喂食，即鐵缺乏飲食、鈣缺乏飲食、鈣鐵缺乏飲食、對照組（鈣鐵充足飲食），之后觀察股骨和脛骨寬度。與對照組比較，三個實驗組中Evans大鼠的股骨和脛骨寬度均減小，且鐵缺乏組的髓腔寬度比其他三組均減小。股骨和脛骨皮質(zhì)寬度在所有實驗組均降低，其中鈣鐵缺乏組降低最明顯，而對于鈣和鐵缺乏，無論是單一缺乏或二者同時缺乏，皮質(zhì)骨面積均減小。采用雙能X線骨密度儀分析表明，與對照組相比，鐵缺乏組、鈣缺乏組、鈣鐵缺乏組的骨密度均顯著降低。上述研究結(jié)果表明，鐵缺乏對骨骼健康存在負性影響，這種影響在鈣缺乏時加劇。

同樣，鐵缺乏對脊椎和長骨骨小梁也有顯著的影響。2004年，Denis M等通過不同飲食控制干預斷奶大鼠喂養(yǎng)5周：對照組（推薦飲食）、鈣缺乏組、鐵缺乏組和配對組（鐵缺乏組對照飲食）。通過股骨DEXA分析顯示，與對照組、配對組比較，鈣和鐵缺乏組大鼠的骨質(zhì)密度（BMD）和骨含量（BMC）均降低；而配對組大鼠的BMD和BMC也較對照組有下降。第三腰椎micro-CT掃描顯示，與對照組、配對組比較，鈣、鐵飲食缺乏組大鼠的骨小梁微骨體積分數(shù)（BV/TV）和骨小梁數(shù)量及厚度均減小或減少；而對照組和配對組無差異。通過有限元分析顯示，鈣缺乏組和鐵缺乏組大鼠的椎體壓縮力和剛度低于對照組和配對組。鈣缺乏組大鼠的尿脫氧吡啶諾林、血清骨鈣素和二羥膽鈣化醇明顯高于其他組。以上研究結(jié)果表明，鐵缺乏可引起骨結(jié)構(gòu)改變，但沒有鈣缺乏的影響嚴重。

2006年，Katsumata等通過給予12～13周齡雄性Wistar老鼠喂食缺鐵飲食4周后測量骨轉(zhuǎn)換指標骨鈣素，結(jié)果顯示，缺鐵飲食后大鼠血清骨鈣素含量、骨礦含量、骨密度、股骨和機械強度均顯著降低。同年，Parelman M等對斷奶雌性大鼠分別給予低鐵、低鈣飲食喂養(yǎng)， 10周后測量大鼠骨骼骨礦物質(zhì)含量（BMC）。結(jié)果顯示，低鐵飲食可引起大鼠全身骨骼BMC下降，骨密度降低，骨小梁數(shù)目減少，小梁間距增大，股骨皮質(zhì)密度降低。

2010年，Lobo AR等對斷奶雄性Wistar大鼠喂食低鐵飲食（12mg/kg）15d，2周后以硫酸亞鐵或焦磷酸鐵富鐵飲食（35mg/kg）喂養(yǎng)，測定鐵指標（血紅蛋白、血紅蛋白鐵池、血紅蛋白再生效率）、脛骨礦物（鈣、鎂、鐵、銅、鋅）含量和生物力學性能。缺鐵大鼠脛骨含較低的鐵和鎂，骨強度的水平亦有降低，骨的抗載和彈性力學與鎂含量呈正相關(guān)。富鐵飲食沒有恢復由于缺鐵所引起的脛骨鎂濃度。此外，骨彈性性能的不利影響在富鐵飲食后更加嚴重。研究結(jié)果提示，骨礦成分和骨強度受到缺鐵影響，而飲食鐵的增加并不能恢復脛骨鎂含量和骨的抗阻力。

國內(nèi)徐又佳等團隊在最新的鐵缺乏動物模型——wehtp85c斑馬魚（因fpn1基因突變導致FP1功能喪失，鐵吸收轉(zhuǎn)運障礙，體內(nèi)鐵缺乏形成低色素性貧血；因此，wehtp85c斑馬魚是一種穩(wěn)定、組間差異小的缺鐵動物模型）中研究發(fā)現(xiàn)，鐵缺乏導致wehtp85c斑馬魚硬骨形成減少，而經(jīng)注射右旋糖酐鐵糾正wehtp85c斑馬魚的鐵缺乏狀態(tài)后，其骨形成可恢復。但鐵缺乏對wehtp85c突變體斑馬魚軟骨形成無明顯異常，因此推測鐵缺乏可能影響了成骨細胞形成骨組織的過程，從而使骨形成減少、骨量降低。

通過上述鐵缺乏相關(guān)動物模型的研究我們得知，鐵缺乏對骨代謝骨礦化有著負性影響，從而引起骨量減少、骨質(zhì)疏松的發(fā)生。

2.3 鐵缺乏對骨量影響的相關(guān)機制研究

鐵缺乏在細胞及動物層面均影響著骨代謝，使骨量減少，但鐵缺乏如何影響著骨量及二者之間的作用機制目前尚不明確。目前已報道的鐵缺乏與骨代謝及骨量的相關(guān)機制如下：

2008年，戴克戎等研究多功能性干細胞和小鼠骨髓人類C3H10T1/2細胞，以去鐵胺和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP2）干預。在BMP2和15μmol/L去鐵胺干預時，發(fā)現(xiàn)成骨表現(xiàn)的堿性磷酸酶（ALP）活性和鈣沉積增加。而這一結(jié)果伴隨著糖原合酶磷酸激酶3β和β-catenin蛋白的含量增加。為了研究其作用機制，進行了β-catenin的基因敲除，該基因敲除后去鐵胺不能引起ALP活性的相關(guān)影響。這表明，去鐵胺中通過激活β-catenin信號通路直接作用于細胞成骨分化，從而影響著骨代謝及骨量的形成。

2009年，Ishii等報道了去鐵胺對破骨細胞影響的相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)鐵螯合劑去鐵胺可以通過抑制活性氧的產(chǎn)生和過氧化物酶增殖激活受體的共激活體1β（PGC-1β）的表達而抑制破骨細胞的生成，同時去鐵胺還可以通過抑制破骨細胞的分化及其細胞骨架的重構(gòu)活性而抑制其骨吸收能力，導致骨吸收減少，骨量增加。

國內(nèi)徐又佳團隊在研究鐵缺乏動物模型——wehtp85c斑馬魚的骨形成中發(fā)現(xiàn)，鐵缺乏可導致wehtp85c斑馬魚的硬骨形成相關(guān)基因runx2a、alpl、col1a1a表達量顯著減少，而與軟骨形成相關(guān)基因sox9b表達量無明顯變化。這說明鐵缺乏主要通過影響成骨細胞形成骨組織這一過程而使骨形成減少，對軟骨形成無影響。為了進一步了解鐵缺乏影響骨形成的分子機制，他們同時對骨形成相關(guān)的信號通路的關(guān)鍵因子catenin（Wnt信號通路）、BMP2a和BMP2b（BMPs信號通路）的基因表達水平進行q PCR檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在wehtp85c斑馬魚體內(nèi)，Wnt信號通路的關(guān)鍵因子catenin表達水平無明顯變化，而BMPs信號通路的關(guān)鍵因子BMP2a、BMP2b表達水平顯著降低。這說明鐵缺乏可能通過下調(diào)BMPs信號通路從而影響骨形成，導致骨量降低。

（趙理平）