《铁代谢思维导图》

一、概述

• 定义： 机体内铁的吸收、运输、储存、利用和排泄的动态平衡过程。
• 重要性：
  • 氧气运输 (血红蛋白、肌红蛋白)
  • 细胞呼吸 (细胞色素)
  • DNA合成 (核糖核苷酸还原酶)
  • 多种酶的辅因子
• 特点：
  • 封闭循环：无主动排泄途径，依赖调控吸收。
  • 严格调控：避免铁缺乏和铁过载带来的毒性。
  • 系统性：涉及多个器官和细胞类型的协同作用。
• 疾病关联：
  • 缺铁性贫血 (IDA)
  • 血色素沉着症 (HH)
  • 铁粒幼细胞性贫血 (SA)
  • 铁代谢异常相关的神经退行性疾病

二、铁的吸收

• 部位： 十二指肠及空肠近端

• 形式：

  • 血红素铁： 来自肉类，以血红素形式存在。
  • 非血红素铁： 来自植物性食物及强化食品，主要为Fe3+。

• 吸收过程：

  • 腔内阶段：
    • 食物铁的释放：胃酸、胃蛋白酶等的作用。
    • Fe3+还原：十二指肠细胞色素B (DcytB) 将 Fe3+ 还原为 Fe2+。
    • 血红素铁的吸收：血红素转运蛋白1 (HCP1) 转运血红素进入肠细胞。
  • 细胞内阶段：
    • Fe2+ 转运：二价金属转运蛋白1 (DMT1) 将 Fe2+ 转运进入肠细胞。
    • 血红素代谢：血红素氧合酶1 (HO-1) 将血红素分解为 Fe2+、胆绿素和一氧化碳。
    • 铁的储存：铁蛋白储存过量 Fe2+。
    • 铁的转运：铁转运蛋白 (FPN) 将 Fe2+ 转运至血浆。
  • 血浆转运：
    • Fe2+ 氧化：铜蓝蛋白 (CP) 或 hephaestin 将 Fe2+ 氧化为 Fe3+。
    • 铁与转铁蛋白结合：Fe3+ 与转铁蛋白 (TF) 结合，形成 TF-Fe3+ 复合物。

• 影响因素：

  • 促进吸收：
    • 维生素C：促进 Fe3+ 还原为 Fe2+。
    • 胃酸：促进铁从食物中释放。
    • 肉类因子：促进非血红素铁的吸收。
  • 抑制吸收：
    • 植酸盐、草酸盐、鞣酸：与铁结合形成不溶性复合物。
    • 钙、磷酸盐：与铁竞争吸收。
    • 某些药物：如质子泵抑制剂。
    • 高 pH 值：不利于 Fe3+ 的还原。

• 调控： 铁调素 (Hepcidin) 负向调控 FPN，抑制铁的吸收。

三、铁的运输

• 转铁蛋白 (TF)：
  • 主要铁运输蛋白。
  • 能与两个 Fe3+ 结合。
  • 合成部位：肝脏。
  • TF-Fe3+ 复合物与靶细胞表面的转铁蛋白受体 (TFR) 结合。
• 转铁蛋白受体 (TFR)：
  • TFR1：存在于大多数细胞表面，介导细胞对铁的摄取。
  • TFR2：主要表达于肝细胞和红细胞前体细胞，参与铁稳态的调控。
• 细胞摄取：
  • TFR-TF-Fe3+ 复合物内吞进入细胞。
  • 内吞体酸化，Fe3+ 从 TF 中释放。
  • Fe3+ 还原为 Fe2+。
  • DMT1 将 Fe2+ 转运至细胞质。
  • TF 和 TFR 返回细胞表面。

四、铁的储存

• 铁蛋白 (Ferritin)：
  • 主要铁储存蛋白。
  • 球形蛋白质外壳，可储存多达 4500 个 Fe3+。
  • 存在于大多数细胞，特别是肝脏、脾脏和骨髓细胞。
  • 可溶性铁蛋白：主要存在于细胞质，反映细胞内铁储存量。
  • 血清铁蛋白：反映全身铁储存量，但受炎症影响。
• 血铁黄素 (Hemosiderin)：
  • 变性的铁蛋白聚集物，富含铁。
  • 在铁过载的情况下大量沉积。
  • 溶酶体内消化铁蛋白的产物。
  • 难以被利用。
• 储存部位：
  • 肝脏：主要的铁储存器官。
  • 脾脏：吞噬衰老红细胞，储存释放的铁。
  • 骨髓：红细胞生成部位，储存铁用于血红蛋白合成。
• 铁蛋白的合成调控：铁反应元件 (IRE) 和铁调节蛋白 (IRP) 的结合调控铁蛋白 mRNA 的翻译。当细胞内铁水平低时，IRP 与 IRE 结合，抑制铁蛋白的翻译。当细胞内铁水平高时，铁与 IRP 结合，减少 IRP 与 IRE 的结合，促进铁蛋白的翻译。

五、铁的利用

• 血红蛋白合成：
  • 红细胞中血红蛋白是氧气运输的关键。
  • 铁是血红素的重要组成部分。
  • 铁缺乏导致血红蛋白合成减少，引起缺铁性贫血。
• 肌红蛋白合成：
  • 肌肉组织中肌红蛋白储存氧气，供肌肉运动使用。
  • 铁是肌红蛋白的重要组成部分。
• 酶的合成：
  • 铁是多种酶的辅因子，参与细胞呼吸、DNA 合成等过程。
  • 例如：细胞色素、核糖核苷酸还原酶。
• 其他：
  • 参与免疫系统的功能。
  • 参与神经递质的合成。

六、铁的排泄

• 无主动排泄机制： 铁的排泄量很小，主要通过消化道、皮肤细胞脱落、月经等途径。
• 铁调素 (Hepcidin)：
  • 肝脏合成和分泌的肽类激素。
  • 铁稳态的核心调控因子。
  • 通过与 FPN 结合，使其内吞并降解，从而抑制铁的吸收和释放。
  • 铁调素的合成受多种因素调控，包括铁水平、炎症和红细胞生成需求。
• 调控机制：
  • 铁水平升高：刺激铁调素的合成，减少铁的吸收和释放。
  • 炎症：炎症因子 IL-6 刺激铁调素的合成，导致炎症性贫血。
  • 红细胞生成需求增加：抑制铁调素的合成，促进铁的吸收和释放，满足红细胞生成需求。

七、疾病与铁代谢

• 缺铁性贫血 (IDA)：
  • 病因：铁摄入不足、吸收不良、失血过多。
  • 机制：铁缺乏导致血红蛋白合成减少，红细胞体积减小。
  • 诊断：血清铁蛋白降低，转铁蛋白饱和度降低，红细胞体积减小。
  • 治疗：补充铁剂，纠正病因。
• 血色素沉着症 (HH)：
  • 病因：遗传性（HFE 基因突变）或继发性（长期输血）。
  • 机制：铁吸收过度，铁在肝脏、心脏、胰腺等器官中沉积。
  • 诊断：血清铁蛋白升高，转铁蛋白饱和度升高，肝脏活检显示铁沉积。
  • 治疗：放血疗法，铁螯合剂。
• 铁粒幼细胞性贫血 (SA)：
  • 病因：线粒体功能障碍，导致血红素合成受阻。
  • 机制：铁在红细胞前体细胞的线粒体中沉积，形成环状铁粒幼细胞。
  • 诊断：骨髓涂片显示环状铁粒幼细胞。
  • 治疗：针对病因治疗，如维生素 B6 治疗。
• 炎症性贫血 (AI)：
  • 病因：慢性炎症，如感染、肿瘤、自身免疫性疾病。
  • 机制：炎症因子 IL-6 刺激铁调素的合成，抑制铁的吸收和释放。
  • 诊断：血清铁降低，转铁蛋白饱和度降低，但血清铁蛋白正常或升高。
  • 治疗：治疗原发疾病，可能需要红细胞生成刺激剂。
• 神经退行性疾病：
  • 铁代谢异常与阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病有关。
  • 铁在脑组织中异常沉积可能导致氧化应激和神经元损伤。
  • 研究方向：铁螯合剂可能具有治疗潜力。

八、总结

铁代谢是一个复杂而精密的调控过程，涉及多个器官和细胞类型的协同作用。维持铁代谢的平衡对于维持机体健康至关重要。对铁代谢的深入理解有助于我们更好地诊断和治疗与铁代谢相关的疾病。