马脾铁蛋白的应用研究

权静 管增东

摘 要：铁蛋白广泛存在于生物体内，哺乳动物铁蛋白在脾脏中含量较高，其中马脾脏中铁蛋白的含量最高。马脾铁蛋白在免疫显微分析、疾病诊断等方面均有重要的作用。铁虽是组成生物体的微量元素，但却是机体进行氧化还原反应的重要元素，铁元素参与多种生化反应，是生物体必须的化学元素之一，具有特殊的化学及生物学性质。人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物，具有固定氧和输送氧的功能。

关键词：马脾铁蛋白 免疫显微分析 疾病诊断

中图分类号：TQ917 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0214-02

1937年Laufberge首先从马的脾脏中分离出马脾铁蛋白，研究表明，铁蛋白是由蛋白壳包裹一个由水合氧化铁构成的铁核形成的特殊的结构。铁蛋白的蛋白壳由若干亚基组成，亚基间留有孔隙作为通道。

1 马脾铁蛋白的结构及特征

（1）马脾铁蛋白的蛋白结构特征。马脾铁蛋白的蛋白壳空腔是由24个亚基构成的，亚基间位置和取向是有序的，并具有高对称性特点。马脾铁蛋白的蛋白壳空穴直径约7.8 nm，厚度约2.5 nm。铁蛋白中的亚基两两成对，每对相互平行，尾首相对，构成菱形十二面体，结构中有6个四重轴和8个三重轴，形成14条通道，其中6个四重轴通道是疏水性的，另外8条三重轴通道呈亲水性。两种通道的功能不同，非极性4重轴通道允许水及中性小分子通过，而阻止带电荷物质进入，3重轴通道可能是适于金属离子通过的。

（2）马脾铁蛋白亚基结构特征。铁蛋白具有H和L两种不同类型的亚基。酸性的H亚基分子量约为2.1×104 D，碱性的L亚基分子量约1.9×104 D。H亚基和L亚基结构有差别，电荷分布也不同。不同结构的铁蛋白中由于H亚基和L亚基的比例不同，由亚基聚合形成纯聚合体或杂合体中各种铁蛋白图谱也不尽相同。马脾铁蛋白的H/L=1/9。

（3）马脾铁蛋白的理化性质。铁蛋白中的铁核相对稳定性，因为包裹铁核的蛋白壳具有稳定铁核的作用，80 ℃高温或10 mol/L脲室温下放置，都不能使之变性。铁蛋白的稳定性与其结构中的氢键、盐桥和疏水作用力有关。其中，氢键对稳定铁蛋白结构的作用最大，其次是疏水作用力，盐桥的作用最小。由于蛋白质分子中带电荷基团少，能接近的更少，故盐桥作用对稳定蛋白质结构的作用有限。疏水作用力能够使蛋白质结构变得更紧密，也是稳定蛋白质结构的重要作用力。但是有机溶剂能够破坏疏水作用力却不能使铁蛋白变性，由此可见，疏水作用力并不是稳定铁蛋白结构的主要因素[5]。

2 马脾铁蛋白的功能与用途

2.1 马脾铁蛋白的生理功能

铁蛋白能够将大量无毒且能被生物体利用的可溶性铁转化为固态化铁贮藏于组织内，是生物体主要的铁贮藏单元。铁蛋白在调节机内铁代谢方面具有重要的作用，可保持机体内铁的平衡。当机体缺铁时，铁蛋白可将体内贮藏的固态铁通过还原释放机制转化为机体可利用的可溶性铁，当生物体铁含量过高时会发生铁中毒现象，铁蛋白可将生物体内过量的可溶性铁转化为固态的铁储存到蛋白质空腔内，从而降低机体内可溶性铁的含量，保持机体内铁的平衡。铁蛋白能通过胞饮作用进入到细胞内部，可以最大限度的摄取铁，所以对铁缺乏的防治非常重要，铁蛋白作为补铁制剂具有良好的应用前景。故而铁蛋白在生物体内调节铁平衡主要从两方面着手，一方面可作为铁元素补充剂；另一方面还可以作为铁元素中毒的解毒剂。

2.2 马脾铁蛋白在医药新材料中的应用

铁蛋白的蛋白壳空腔不仅能够包裹铁核，还能够装载特定的物质，有人将马脾铁蛋白中的铁核通过特殊的还原释放机制从蛋白质空腔中释放到外界环境中，最后可以得到一个仍具有活性的蛋白壳空腔，然后设法将其他的物质装载到蛋白质空腔内，可应用于医疗诊断领域。目前已有人将一些金属核如FeS核、CdS核、Mn30核、Fe304磁性铁核及放射性材料的铀核等，成功地组装到铁蛋白蛋白壳的空腔内，这些组装后的铁蛋白可应用于临床诊断。实验证明铁蛋白空腔不仅可以储存铁和其它重金属离子，还可以贮存钙、锌、维生素等对人体有利的营养物质和一些有机小分子物质。故完全有可能将铁蛋白进行改造，将它作为合成生物来源的纳米新材料。如果在铁蛋白空腔内装载药物，并使其外蛋白壳与生物素或特定的抗体相结合，可以实现药物的靶向给药，其应用前景良好，铁蛋白靶向药物还可以避免产生免疫反应的问题，这对人类的健康将产生巨大的积极影响。

2.3 马脾铁蛋白在免疫电子显微镜分析技术中的应用

铁蛋白免疫电子显微镜分析技术在检测抗原位置中应用广泛，铁蛋白的核心是高电子密度氢氧化铁胶态分子团，在电子显微镜下，铁很容易和其他粒子区别，显像清晰。故可用交联剂使铁蛋白与抗体共价结合，再进行免疫反应，与抗原结合，找出抗原的位置。首先是用铁蛋白标记抗体，再以铁蛋白抗体与待测抗原作用，通过电子显微镜检查，观察到铁蛋白抗体所在的位置，即抗原。铁蛋白免疫电子显微镜检测的优点是铁标记物呈颗粒状，分辨率高，易于观察；缺点是铁的分子量太大，难以透过细胞膜和组织，只适用于细胞表面抗原定位。铁蛋白电镜检测操作时先将同铁蛋白结合的抗体作用于已固定的细胞后，制成超薄切片，再用电子显微镜观察，而且铁染色标本只适合电子显微镜检测，不能用普通光学显微镜观察，这也限制了铁蛋白免疫电镜检测技术的应用。

2.4 马脾铁蛋白在疾病诊断中的应用

铁蛋白分为血清铁蛋白和组织铁蛋白两大类，人体内长期储存铁元素的组织是组织铁蛋白。组织铁蛋白广泛存在于哺乳动物的肝脾和骨髓中，其中脾脏中的组织铁蛋白可占其干重的20%左右，主要起着保护细胞免受铁诱导伤害的作用，人体出现疾病时铁蛋白功能会改变，机体内铁元素的含量会发生变化，可以通过检测机体内铁蛋白的含量进行疾病诊断。血清铁蛋是由部分糖基化的L亚基组成，其功能与组织铁蛋白不同，虽然其生理功能尚未完全清楚，但是它的浓度与组织铁蛋白浓度相关联，故可以通过检测血清铁蛋白的含量诊断各种疾病的形成和发展。

（1）马脾铁蛋白在血液检查中的应用。血液检查是临床上疾病诊断的重要手段，血液中的各项指标与疾病有一定的相关性，随着对铁蛋白研究的深入，血液中的铁蛋白检测作为一些疾病诊断的指标越来越受到重视。过多输血、营养不良、炎症、肝脏病变等均会造成血液中铁蛋白升高，这可能是由于铁蛋白来源增加或清除障碍造成的。恶性肿瘤如肝癌、肺癌、胰癌、白血病等由于癌细胞合成的铁蛋白增加，也会使血清铁蛋白含量升高，故血清中铁蛋白的检测可作为恶性肿瘤的早期检测方法，对于恶性肿瘤的早期诊断具有重要的意义。缺铁性贫血、营养性贫血、失血、长期腹泻等会造成铁蛋白降低，常见于铁吸收障碍、感染、肝硬化等疾病，血液中铁蛋白的含量降低预示着可能有此类疾病。血液中铁蛋白的检测作为临床诊断的常规方法将在疾病早期诊断方面具有广阔的发展前景。

（2）马脾铁蛋白在核磁共振检查中的应用。磁共振成像技术是目前临床诊断中首选的、无创伤性的检测手段，在恶性肿瘤、脑神经退化性疾病检测中应用广泛。近年研究发现铁蛋白与多种神经退化性疾病和癌症相关，阿尔茨海默症、帕金森症、亨廷顿症等病人的脑组织中都曾发现有固态化铁异常沉淀，这些异常的铁主要是亚铁磁性矿物沉淀，而这些异常的铁沉淀有可能主要是来自功能异常的铁蛋白。研究发现多种肿瘤细胞中的铁蛋白表达也出现异常，故可以将铁蛋白作为神经母细胞瘤和其他癌症的标志物和免疫治疗的目标，用核磁共振定量地检测组织内铁的含量以及病变组织损伤程度该方法在脑神经退化性疾病和肿瘤的检测中应用前景良好。

3 结语

随着铁蛋白与疾病相互关系的不断研究， 越来越多的研究显示铁蛋白水平异常与许多疾病相关， 说明铁蛋白将可以作为这些疾病诊断和治疗的辅助手段。由铁蛋白构建纳米材料， 在生物医药方面也将有着广泛的应用价值。马脾中铁蛋白的含量最高，故其在疾病诊断等方面的应用更为广泛。

参考文献

[1] 陈静，赵永亮，王丹.铁蛋白研究现状[J].河南师范大学学报：自然科学版，2010，38（1）：152-155.

[2] 林志超.四种胰脏铁蛋白的理化特性[D].厦门大学，2008.

[3] 王群力， 孔波， 黄河清.铁蛋白纳米蛋白壳结构与功能研究新进展[J].化学进展，2004，16（4）：516-519.