铁吸收和转运机制的研究进展

饲料研究FEED RESEARCH NO .12,2011

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维丰专栏

铁是动物体所必需的微量元素之一，是血红蛋白和肌红蛋白的必需组成成分，在动物体代谢过程中起着重要的作用。铁不仅是多种化合物的组分，还和多种与代谢相关的酶活性有关，且在一定程度上影响机体的免疫机能。动物所需要的铁一般由饲料中摄取。目前使用的含铁添加剂主要分为2类—无机铁和有机铁。铁的吸收和转运机制多年来一直是研究者探讨和关注的重要问题，关于机制问题的研究是一个逐步深入的过程，不同时期不同研究者对于此问题有不同的认识。人们对铁吸收和转运的过程提出了很多的假说，但其机制仍然存在争议。

1 铁的吸收部位

对大鼠的研究表明：铁主要在十二指肠和空肠中被吸收。动物其他消化部位，如：胃、回肠和盲肠也能吸收少量的铁。Darrell 利用不同结扎小肠段技术，研究得到大鼠不同消化部位吸收铁的能力依次为，十二指肠>回肠>小肠中段>胃。可知动物的整个消化道均可以吸收铁，但其主要的吸收部位为十二指肠。

2 铁的吸收机制

食物中的铁分为无机铁（非血红素铁）和有机铁（主要以血红素铁和氨基酸铁络合物形式存在）2种。成熟小肠细胞是有方向性的，其面向肠腔绒

毛膜和面向血循环的基底膜在膜蛋白的组成及细胞膜所担负的功能等方面均是不同的，肠腔中的外源性铁（有机铁和无机铁）在小肠处吸收进入体内需要穿过3个屏障：穿过面向肠腔的小肠细胞绒毛膜、在小肠细胞中从绒毛膜转移至基底膜面和穿过基底膜进入血液。进入肠腔中的无机铁或有机铁虽然可以分别通过不同的途径被吸收，但是其吸收转运都是受机体严格控制的。

2.1 无机铁（非血红素铁）的吸收机制

无机铁（非血红素铁）包括，三价铁和二价铁。三价铁在pH>3时不溶于水，在酸性环境下易与胃液中的氨基酸、糖类和酰胺类等小分子或黏蛋白形成螯合物，保持溶解状态，有利于三价铁的吸收。所以，长期缺乏胃酸会导致动物发生缺铁性贫血。饲料中的一些成分，如：磷酸、植酸和碳酸等会导致三价铁沉淀或与其形成大分子物质，而阻碍三价铁在小肠中的吸收。而肠黏膜在pH=8时仍能保持溶解状态，易于吸收。

研究者们先后提出了铁蛋白（Fn）和转铁蛋白（Tf）等途径参与肠道铁吸收转运假说。多年来，人们一直认为：Fn 是调节铁吸收的受体，机体缺铁时能促进肠黏膜细胞合成、分泌去铁铁蛋白并促进铁吸收；机体铁饱和时促进分泌全铁铁蛋白，阻碍铁吸收。但是免疫学方面的研究反驳了这种假设，因为在动物机体缺铁时，动物吸收细胞中没有或只有少量的去铁铁蛋白。还有一些研究指出，Fn

铁吸收和转运机制的研究进展

赫丽娟 蔡 菊 孔随飞浙江维丰生物科技有限公司

收稿日期：2011 - 10 - 11

摘 要 铁是动物体重要的微量元素之一，在动物机体氧转运、细胞生物氧化、DNA 复制及电子转移等方面都有重要的作用。因此铁的吸收和转运多年来一直是研究的重点，但其机制至今仍然尚未完全明确。

关键词 铁 肠黏膜 吸收 转运

中图分类号： S 816.72 文献标志码：B 文章编号：1002 - 2813（2011

）12 - 0033- 03

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的主要功能为贮铁并保护细胞免受伤害。Mclaren 等通过对遗传性血色素沉积患者肠道铁吸收和调节的研究，结果发现，患者铁增多与肠道铁吸收增加有关，但患者肠黏膜中Fn并无明显变化，也表明其肠道中铁吸收增多与Fn无关。1983年，Huebers 等提出了肠道吸收的Tf途径理论，认为肠黏膜细胞以Tf为铁载体，Tf被分泌到肠腔与铁结合后，再与肠黏膜细胞上的Tf受体（TfR）结合，通过TfR介导的内吞途径将食物中的铁吸收转运至细胞内。但是该理论本身也存在很多问题，研究者发现，无Tf血症的患者体内不仅不发生缺铁，反而会出现铁负荷过重；同时，在小肠绒毛内没有发现TfR 的存在。

1995年，Gruenheid等在动物组织培养液中分离出了二价金属转运物，这种蛋白是转运膜蛋白即与宿主抵抗力有关的巨噬细胞蛋白（Nramp 2），又称二价阳离子转运体（DMT-1），由561个氨基酸组成，主要依靠膜电位转运Fe2+、Cu2+和Zn2+等二价阳离子，存在于小丛微绒毛的下层和腺窝部分。有研究者在试验中发现，DMT-1表达受机体铁状态的调节：当机体中铁缺乏时，大鼠小肠吸收细胞中的DMT-1表达明显增加，这种表达的变化主要受铁状态的影响，与其他金属元素变化与否关系不大，用mk型小鼠和b型大鼠等研究证实：小肠铁吸收是由DMT-1介导的。但其具体的分子作用机制尚未完全阐明，还有待于进一步的研究。

2.2 有机铁（主要以血红素铁和氨基酸铁络合物形

式存在）的吸收机制

血红素铁是指与血红蛋白及肌红蛋白中的卟啉结合的铁，主要存在于动物蛋白质含量高的食物中，如：瘦肉、动物肝、动物血和鱼中。机体中2/3的铁来源于血红素铁，因为血红素铁在肠道中不像非血红素铁那样与肠道中其他物质颉颃而发生沉淀，其在小肠的碱性pH条件下是可溶的，所以其在小肠中的吸收率很高。Callender等指出，血红素铁以血红素或血红蛋白铁的形式进入小肠上皮细胞。血红素铁在小肠黏膜处是被整体摄取的，其具体摄取过程为，肠腔中的肠道酶作用于血红蛋白，将其分解为血红素和球蛋白降解产物，球蛋白降解产物可以使血红素在肠道中保持溶解状态；之后，血红素以完整的金属卟啉形式进入肠黏膜上皮细胞，在胞

浆内血红素氧化酶的作用下将卟啉环打开，释放出游离的二价铁，使其进入非血红素铁池中，参与细胞内铁的代谢，并且相互竞争，从吸收细胞向血液转移。有专家指出，血红素氧化酶抑制剂可减少小肠对血红素铁的吸收，故黏膜细胞内酶对血红素的氧化在血红素铁的吸收过程中起着非常重要的作用。目前，血红素铁通过十二指肠黏膜刷状缘进入肠黏膜上皮细胞的确切机制并不明确。有研究者研究表明：血红素可能通过被动扩散进入黏膜细胞，但是研究发现，缺铁大鼠小肠刷状缘血红素的结合度与血红素的吸收均增加，提示这是一个主动调节过程。

氨基酸铁络合物的吸收机制现有2种假说：一种认为，氨基酸铁络合物利用肽和氨基酸的吸收机制被完整吸收，而并非是小肠中无机铁的吸收机制。此观点的核心是铁离子以共价键和离子键与氨基酸的配位体键合，被保护在络合物的核心，并且氨基酸铁络合物以整体的形式穿过小肠细胞绒毛膜、黏膜细胞和基底细胞膜进入血液，这种观点为完整吸收假说。但是，目前尚无直接的试验证据可以证明：氨基酸铁络合物是以整体形式通过氨基酸或肽的吸收机制被吸收的。另一种观点则认为，氨基酸铁络合物能被有效地吸收，并非必须以整体或电中性形式实现。氨基酸铁络合物吸收利用率高可以用竞争机制来解释：氨基酸铁络合物进入肠道后铁元素受到氨基酸的保护，可防止铁元素在肠道中与其他物质颉颃变为不溶性化合物，而直接到达小肠刷状缘，并在吸收位点处发生水解，其中的金属以离子形式进入肠上皮细胞并被吸收入血液，因此进入体内的铁元素量增加。这一观点为竞争吸收假说，其强调的是铁元素达到吸收部位的量比无机形态的多。

3 铁的转运机制

在铁转运过程中，Tf起着非常重要的作用。肠黏膜细胞基底膜上存在着TfR，血浆中去铁蛋白（apo-Tf）随着血液循环运输到肠黏膜细胞基底膜上与TfR结合，将小肠上皮细胞中的铁元素转运至血浆中，其中大部分（约80 %）被送到骨髓用于合成血红蛋白，维持红细胞再生，其余则用于合成Fn或以含铁血黄素的形式储存于肝等器官中。血浆中与Tf结合的铁元素通过经典的高亲和力和低效率笼形蛋白内吞路径进入细胞。当机体内细胞缺

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