铁元素的生理功能及其研究进展

         5 铁对基因表达的调控铁可通过控制转铁蛋白和铁蛋白mRNA稳定性和mR— NA翻译来调控基因的表达。转铁蛋白受体和铁蛋白在细胞铁代谢过程中具有十分重要的功能。 5．1铁含量对转铁蛋白基因表达的调控转铁蛋白是血清中运输铁元素的蛋白质，它将铁从肝脏运送到网织红血球中用于合成血红蛋白。当日粮中血红蛋白合成量不足时，机体就需要更多的转铁蛋白来加快铁的运输。Mcknight等(1980)在肉鸡试验中发现，日粮中缺铁将导致血清中转铁蛋白含量迅速增加，肝脏中转铁蛋白基因的 mRNA含量增加到正常水平的2．5倍。因此可以认为缺铁所引起的转铁蛋白基因表达的加强是通过增加转录水平来实现的。当饲粮中补铁以后，转铁蛋白基因的mRNA含量和蛋白质合成量在3d内恢复至正常水平，鸡肝脏中铁的贮存量也同时增加。在血液当中，铁和转铁蛋白(transferrin，Tf)结合成一种复合物被运输，转铁蛋白通过和细胞表面的特异性转铁蛋白受体(transferrin receptor，T爪)结合释放到细胞内。转铁蛋白受体是一种以非二硫键连接的跨膜糖蛋白，该蛋白由二个完全相同的肽链组成．每条肽链的分子量为95KD。T爪一Tf-铁复合物通过细胞内吞泡的内在化途径由细胞膜进入细胞液。铁留在细胞液中，T爪一Tf复合物通过再循环返回到细胞表面，事实上，所有的细胞表面都有特征性的转铁蛋白受体，成熟的红细胞也很少例外。然而，在正常成人当中大约80％的受体被固定在红骨髓当中的红细胞前体上。存在于血清或血浆当中的可溶性T爪是组织受体的分离形式，该受体主要来源于未成熟红细胞在成熟过程中脱落下来的。在细胞表面上的转铁蛋白受体的数目反映了与之相关的可供应的细胞铁的要求。因而，铁的供应减少将迅速导致T爪合成的调整，有证据表明，感染或炎症性疾病不会引起血清中血清转铁蛋白 (sT爪)浓度的任何显著性的变化。因而sT爪测定的临床解释比铁蛋白测定更简便、可靠。sT爪在临床已被认为特别有用，包括区别缺铁性贫血和慢性疾病引起的贫血(有感染、炎症性疾病或肿瘤引起的贫血)以及孕妇铁缺乏的识别?在一些简单的病例当中，目前铁蛋白主要用于体内贮存铁的耗尽或减少，sTfR作为组织水平铁供应减少的一项指标。因而，认为 sTfR是提示缺铁性红细胞生成期的首先指标。有证据支持使用sTfR来测定亚临床性贫血，近来铁缺乏已成为一个新的研究领域。即使在贫血尚未出现时，sTfR浓度的测定提供了关于铁贮存的有价值的信息。它有助于鉴别诊断缺铁性贫血和其他的贫血，特别是那些慢性疾病引起的非缺铁性贫血。 sTfR的值也已发现可预测贫血患者促红细胞生成素(EPO)治疗的反应。 5．2铁含量对铁蛋白基因表达的调控铁是以铁蛋白的形式贮存在肝脏中的。铁蛋白是一种由 20个亚基所组成，四周结合着大量铁离子的蛋白质。铁的营养状态可影响铁蛋白mRNA翻译速度以及转铁蛋白的mR— NA的稳定性Klausner，1989)。铁对铁蛋白基因表达的调控正好与转铁蛋白基因的相反，铁含量越高铁蛋白基因表达就越强，高铁可以促进铁蛋白生物合成，而且这种调控并非发生在转录水平。Zabringer等(1976)研究发现这是由于当铁含量低时，铁蛋白的亚基与该基因的mRNA结合，使后者不能与核糖体结合．从而抑制了该基因的表达。当铁含量增加时，铁蛋白亚基与铁离子结合，而使该基因的mRNA能激离出来与核糖体结合并开始大量表达铁蛋白。铁蛋白受体可调节细胞对铁的吸收。通过铁一转铁蛋白受体排流，铁被释放于核内体中；而铁与铁蛋白结合可以储铁。采用核酸杂交技术，人们发现铁营养状况对铁蛋白 mRNA水平没有影响。采用缺失分析技术，科学家已经确定了铁蛋白mRNA中控制翻译速率的瓜元件(Aziz等，1987； Hehtze等．1987)。体外研究表明，当完整人铁蛋白cDNA在鼠成纤维细胞或鼠肝细胞瘤中表达时，正常人铁蛋白也可以被合成．并且随着介质中铁含量不同，其合成量可变化100倍左右(Aziz等，1987；Hehtze等，1987)。与铁蛋白不同，铁蛋白受体合成量变化与细胞质中mRNA相一致Klausner．1989)，但是铁对mRNA转录则没有影响。这表明mRNA变化显然是由于铁对mRNA稳定性影响而造成的一转铁蛋白控制 mRNA稳定性核苷酸元件位于mRNA的3’非翻译区，它包含680核苷酸片段和5个环状结构，当第2或第3环状元件被转移至5’非翻译区时，它们同样也可发挥象铁蛋白一样的翻译调节元件的功能。铁反式作用反应元件在细胞质中可以作为铁结合蛋白受体来发挥作用(Koeller等，1989)。当结合蛋白与5’元件结合时，翻译就被阻断，而当它与3’元件结合时，就可提高mRNA稳定性。与铁反应元件结合取决于铁结合蛋白亲和力高低．无铁细胞培养时．50％铁结合蛋白是处于高亲和力状态，所以增加转铁蛋白mRNA稳定性而降低铁蛋白同RNA 的翻译；相反，铁充裕时，高亲和力形式仅有 1％以下，因此有利于铁蛋白mRNA的翻译 铁结合蛋白可在翻译水平上调节基因的表达。当细胞中铁缺乏时，翻译起始位点被铁反应要素所覆盖，作为负的调控因素，使翻译不能进行。而当细胞中铁存在时，它与反应要素结合，导致mRNA 的翻译起始位点暴露，从而使翻译得以进行。许多mRNA的翻译都以这种方式受到营养素的调控。 5-3血浆转铁蛋白含量变化及其与增重速度关系血清转铁蛋白是B球蛋白的一种，是脊椎动物体内主要的运输铁离子的蛋白，能将铁离子从肠道运输到血红蛋白、肌红蛋白及各种需铁酶，还能与Mn 、C 、Co“ 、Zn 等多种微量元素结合。近年来，国内外一些学者已开始对畜禽的Tf 进行定量研究，相继发现了马血浆转铁蛋白含量与铁含量平衡变化的规律；母鸡血浆转铁蛋白含量与产蛋性能密切相关；猪血浆转铁蛋白与体重、13增重显著相关。这些报道开拓了Tf研究的新领域。刘丽均等经试验发现杂交猪转铁蛋白含量与体重、13增重有相关性。大二猪转铁蛋白含量与13增重的相关性高达0．895313，0．68615， 长大二猪也达到了 O．516669。转铁蛋白与体重的相关性也较大，分别达到 0．883461、0．485559、0．47571。转铁蛋白含量与体重、13增重的相关性随着13龄的增大而增大，与初生重相关性最小，与 20 13重相关性较大，与35日龄重相关性最大。有资料表示转铁蛋白含量及体重、13增重的相关性在45日龄前很大，到45 13龄时达到最大，45 13龄以后随着13龄的增加而逐渐下降，到猪成年后则稳定在一范围内。这种动态的变化是与转铁蛋白的功能相联系的。转铁蛋白作为细胞生长和分化所必需的生长因子对仔猪早期的生长发育起重要作用。 5．4铁对造血系统基因表达的调控作用金属对基因表达的调控体系由诱导金属(IM)一金属效应元件(MRE)一金属效应元件结合蛋白(MRE．BP)构成，IM其中是发挥调控作用的先决条件，MRE是效应基因(DNA或 RNA)序列上对诱导金属起反应的片段，MRD．BP是IM结合发生变构进而识别MRE，对其表达调控的蛋白。必需微量金属元素铁是一种重要的诱导金属，它所构成的调控体系，除了调节铁自身的平衡代谢，还参与调控血红素／血红蛋白合成中某些过程，影响血细胞的分化、增生、成熟与功能。铁参与的金属调控体系有：铁效应元件结合蛋白调控体系，铁吸收调节蛋白调节体系。
        综上所述，13粮中的铁可保证体组织内氧的正常输送、维持机体每个器官和每种组织的正常生理作用、影响动物体内的蛋白质合成和免疫机能并通过调控动物基因的表达，影响动物机体的代谢过程，并最终影响动物的生长。因此，如何选择合适的铁源，有效预防缺铁症的发生，充分考虑13粮配方中对动物生长、肥育或生产所需要的微量金属元素一铁，及铁与基因的互作，并兼顾各种微量金属元素的平衡，是今后动物营养领域需要研究的领域。

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