鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究進(jìn)展

白宇飛，張 拓，李美良，趙廣華

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，CAU and ACC航天食品研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究進(jìn)展

白宇飛，張 拓，李美良，趙廣華*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，CAU and ACC航天食品研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

鐵蛋白是一種廣泛存在于生命體中的鐵貯藏蛋白，具有調(diào)節(jié)機(jī)體鐵代謝平衡和去除二價(jià)鐵毒性的雙重功能。缺鐵嚴(yán)重影響著全球近一半人的健康，研究表明，鐵蛋白具有良好的補(bǔ)鐵活性而且安全、高效，能夠取代具有毒副作用的傳統(tǒng)補(bǔ)鐵試劑。因此，尋求并開(kāi)發(fā)以鐵蛋白為原料的新型補(bǔ)鐵功能食品已成為一種趨勢(shì)。為了更科學(xué)地應(yīng)用于實(shí)踐和開(kāi)發(fā)，對(duì)鐵蛋白理化性質(zhì)及其生物學(xué)功能的闡明顯得頗為重要。目前，關(guān)于鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究分為體外和體內(nèi)兩個(gè)方面，體外機(jī)理涉及還原劑和螯合劑的共同作用，而體內(nèi)機(jī)理主要涉及降解途徑和酶介導(dǎo)的還原釋放途徑。綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究進(jìn)展，以期為新型補(bǔ)鐵功能食品的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

鐵蛋白，鐵釋放機(jī)理，功能食品

鐵是生物體生存所必需的微量元素之一，鐵可以形成血紅素（heme）、鐵硫原子簇（iron-sulfur clusters）以及其它一些非血紅素鐵化合物，這使得它在檸檬酸循環(huán)、呼吸鏈中的電子傳遞、生物固氮、蛋白質(zhì)和核酸的合成等諸多生理代謝過(guò)程中扮演著舉足輕重的角色[1]。鐵缺乏是一個(gè)全球性的問(wèn)題，據(jù)世界衛(wèi)生組織2005年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球大約有35億人口缺鐵，其中大多數(shù)是婦女和兒童，發(fā)展中國(guó)家40%～50%的5歲以下兒童和50%以上的孕婦不同程度的患有缺鐵癥。因此，改善鐵素營(yíng)養(yǎng)狀況，是世界也是我國(guó)迫切需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的補(bǔ)鐵制劑主要是二價(jià)的非血紅素鐵（如硫酸亞鐵、有機(jī)酸亞鐵鹽類等），一方面由于這些補(bǔ)鐵制劑的吸收效率不高，導(dǎo)致補(bǔ)鐵效果不理想[2]；另一方面，如果體內(nèi)鐵等金屬離子聚積過(guò)多，會(huì)誘發(fā)產(chǎn)生大量自由基，從而造成組織和臟器的氧化損傷，增加罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。因此，尋找一種安全、高效的補(bǔ)鐵制劑勢(shì)在必行。鐵蛋白（ferritin）是廣泛存在于植物、動(dòng)物和微生物中的鐵貯藏蛋白，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)它儲(chǔ)存的鐵大約占機(jī)體含鐵總量的25%，對(duì)機(jī)體微環(huán)境的鐵代謝平衡起著關(guān)鍵作用[2-3]。研究證明，鐵蛋白具有和硫酸亞鐵相同的補(bǔ)鐵效果[1]，并且能夠有效地防止體內(nèi)因鐵素過(guò)多引起的鐵中毒，所以將鐵蛋白開(kāi)發(fā)成新型補(bǔ)鐵功能食品已成為一種趨勢(shì)。由于對(duì)鐵蛋白理化性質(zhì)及其生物學(xué)功能的闡明直接關(guān)系到未來(lái)新型補(bǔ)鐵功能食品的開(kāi)發(fā)，為了更清楚地解釋鐵蛋白被機(jī)體攝入后鐵的利用途徑、利用效果及其影響因素，對(duì)鐵蛋白的鐵釋放機(jī)理的闡明就顯得尤為重要，因此綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究現(xiàn)狀。

1 鐵蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

典型的鐵蛋白是由24個(gè)亞基締合成的中空球形分子，內(nèi)徑7～8nm，外徑12～13nm，厚度2～2.5nm[4]。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Fe（Ⅱ）含量高時(shí)，F(xiàn)e（Ⅱ）能夠通過(guò)Fenton反應(yīng)活化H2O2，產(chǎn)生羥自由基（·OH），導(dǎo)致細(xì)胞被氧化損傷，為防止這一過(guò)程的發(fā)生，鐵蛋白通過(guò)它的亞鐵氧化中心將Fe（Ⅱ）還原為無(wú)毒的Fe（Ⅲ），并形成鐵核儲(chǔ)藏在蛋白腔中，1分子鐵蛋白最多可儲(chǔ)存4500個(gè)Fe（Ⅲ）；當(dāng)細(xì)胞需要鐵時(shí)（Fe（Ⅱ）濃度低時(shí)），鐵蛋白在還原劑的幫助下將Fe（Ⅲ）還原成Fe（Ⅱ）并釋放出來(lái)供細(xì)胞代謝利用，所以鐵蛋白具有去除Fe（Ⅱ）毒性和調(diào)節(jié)鐵代謝平衡的雙重作用[5-6]。

圖1 鐵蛋白亞基的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of ferritin subunit

鐵蛋白的亞基從N端起是4個(gè)較長(zhǎng)的α螺旋（A、B、C、D），C末端由第五個(gè)較短的α螺旋（E）構(gòu)成，A和B、C和D分別以反平行方式排列成螺旋束，B和C螺旋之間由一段稱為BC-環(huán)的氨基酸鏈連接，E螺旋位于螺旋簇的尾端并與之形成60°夾角[4，7]如圖1所示。動(dòng)物鐵蛋白主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，是由兩種亞基構(gòu)成的異聚體，H-型亞基（重鏈，分子量約為21.0ku）和L-型亞基（輕鏈，分子量約為19.5ku），二者具有54%的序列相似性[8]。H亞基包含一個(gè)由His65、Glu27、Glu61、Glu107、Tyr34、Glu62和Gln141七個(gè)保守氨基酸殘基組成的亞鐵氧化中心（ferroxidase site）主要負(fù)責(zé)Fe（Ⅱ）的快速氧化，1個(gè)亞鐵氧化中心可以結(jié)合2個(gè)Fe（Ⅱ）；而L亞基缺乏亞鐵氧化中心，不能氧化Fe（Ⅱ），但有一個(gè)成核中心（nucleation site），負(fù)責(zé)礦化核的形成[9]。植物鐵蛋白只含有H-型亞基，這種H-型亞基既有氧化還原位點(diǎn)，又有成核位點(diǎn)，與動(dòng)物H-型亞基具有約40%的序列相似性。另外植物鐵蛋白H-型亞基又分為兩種類型，分子量26.5ku的H-1亞基和28.0ku的H-2亞基，二者具有約80%的序列相似性[10-11]。此外，植物鐵蛋白不存在于細(xì)胞質(zhì)中，而是存于質(zhì)體中，如種子的淀粉體。其亞基在形成初期是一種前體物質(zhì)（32ku），該前體物質(zhì)N端具有獨(dú)特的引肽（transit peptide，TP）和伸展肽（extension peptide，EP），引肽幫助前體物質(zhì)定位并轉(zhuǎn)運(yùn)到特定質(zhì)體中后被切除，余下的即是組裝鐵蛋白的成熟亞基[12-13]。成熟亞基N端的EP具有24個(gè)氨基酸殘基，其中11個(gè)氨基酸殘基形成疏水的小α螺旋，稱為P螺旋。EP具有一些獨(dú)特的功能，例如，當(dāng)鐵蛋白結(jié)合的鐵超過(guò)48個(gè)以后，EP就具有了第二亞鐵氧化中心的作用，負(fù)責(zé)Fe（Ⅱ）的表面氧化[14]，此外也與鐵離子的還原釋放有關(guān)[15]。

組成鐵蛋白的24個(gè)亞基外形近似圓柱體（長(zhǎng)約5nm，寬約2.5nm），每?jī)蓚€(gè)亞基平行成為一對(duì)，首尾相對(duì)作為一個(gè)面，使鐵蛋白成為了呈432點(diǎn)對(duì)稱的菱形十二面體結(jié)構(gòu)。在該十二面體上，沿2、3、4重旋轉(zhuǎn)軸分別為鐵蛋白的12個(gè)二重軸通道、8個(gè)三重軸通道和6個(gè)四重軸通道。迄今為止，對(duì)于上述三種通道的功能存在不同的看法，達(dá)成共識(shí)的是，三重軸通道是鐵蛋白與外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的通道。在動(dòng)物鐵蛋白中，三重軸通道是親水性殘基組成的親水通道，四重軸通道是疏水性殘基組成的疏水通道；而在植物鐵蛋白中，三重軸和四重軸通道都是親水性的。二者在這點(diǎn)上的不同目前還不清楚。

圖2 鐵蛋白的結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of ferritin

2 鐵蛋白的鐵釋放機(jī)理

2.1 鐵蛋白鐵釋放的通道

一般認(rèn)為，鐵蛋白的三重軸通道是鐵蛋白鐵釋放的通道。Takagi H等將鐵蛋白H亞基上的第134位亮氨酸突變成脯氨酸后，重組成鐵蛋白（rH-L134P），以NADH/FMN為還原劑、聯(lián)吡啶為螯合劑進(jìn)行還原釋放實(shí)驗(yàn)，與未突變的H亞基重組的鐵蛋白（rH）相比，rH-L134P的鐵釋放速率明顯高于rH，通過(guò)對(duì)rHL134P進(jìn)行X射線晶體衍射，證明突變部位位于組成鐵蛋白三重軸通道的C-D螺旋鉸鏈區(qū)，由此推測(cè)三重軸通道不僅是鐵的入口還是鐵的出口[16]，至今此觀點(diǎn)仍被公認(rèn)。

2.2 鐵蛋白鐵釋放的體外研究

在體外實(shí)驗(yàn)中，釋放鐵蛋白腔內(nèi)儲(chǔ)存的鐵一般是通過(guò)還原劑將Fe（Ⅲ）還原成Fe（Ⅱ）后，F(xiàn)e（Ⅱ）在螯合劑引導(dǎo)下將Fe（Ⅱ）釋放出來(lái)[17]。在制備去鐵鐵蛋白（apo-ferritin）過(guò)程中，使用最多的是釋鐵速率較大的還原劑聯(lián)二亞硫酸鹽，其他的還原劑還有硫膠質(zhì)、過(guò)氧化物、還原型黃素、還原型硫辛酸、抗壞血酸等[18-22]。Fe（Ⅱ）螯合劑有2，2’-聯(lián)吡啶、紅菲繞啉磺酸鹽、去鐵敏（ferrozine）等。但是，上述螯合劑或還原劑是否參與了機(jī)體內(nèi)鐵蛋白鐵的釋放，迄今為止還沒(méi)有明確答案。此外，光還原作用可以促使鐵蛋白釋放鐵[23]。有研究推測(cè)NO能促使鐵蛋白釋放鐵[24]，但尚存爭(zhēng)議[25]。

關(guān)于Fe（Ⅲ）還原劑或螯合劑是否進(jìn)入了鐵蛋白腔內(nèi)，存在不同的說(shuō)法。雖然從晶體結(jié)構(gòu)上看鐵蛋白的三重軸通道的孔徑大約只有4?，但是很多實(shí)驗(yàn)證實(shí)鐵蛋白的蛋白殼具有一定的柔性調(diào)節(jié)能力，即三重軸通道的孔徑可以在一定范圍內(nèi)變化，允許一些稍大于孔徑的物質(zhì)進(jìn)入鐵蛋白腔內(nèi)。有學(xué)者利用低角度中子散射（low angle neutron scattering）和核磁共振成像 （nuclear magnetic resonance imaging，NMRI）證實(shí)了蔗糖、麥芽糖（二者都大約為13?）能夠進(jìn)入馬脾鐵蛋白的腔內(nèi)[26-27]。另外，在馬脾鐵蛋白結(jié)晶化過(guò)程中，原卟啉Ⅸ被檢測(cè)到結(jié)合在蛋白殼內(nèi)腔上[28]。鑒于此，人們認(rèn)為一些小的還原劑能夠進(jìn)入鐵蛋白腔內(nèi)，直接和鐵核作用，在鐵核表面與鐵作用逐漸將鐵還原釋放，并推測(cè)小的Fe（Ⅲ）螯合劑（如羥吡啶酮）也能進(jìn)入腔內(nèi)幫助鐵離子向腔外轉(zhuǎn)移[29]。Yang X和Chasteen N D設(shè)計(jì)了四種直徑約9?的氮氧自由基分子，用電子順磁共振和凝膠色譜技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：帶負(fù)電荷的分子沒(méi)有進(jìn)入馬脾鐵蛋白的腔內(nèi)，帶正電荷的分子和不帶電荷的極性分子進(jìn)入了腔內(nèi)，不帶電荷的非極性分子沒(méi)有進(jìn)入腔內(nèi)而是結(jié)合在了鐵蛋白上，由此他們推測(cè)，分子能否進(jìn)入鐵蛋白除了與大小、濃度有關(guān)外，跟靜電作用也有很大關(guān)系[30]。

另外一種三價(jià)鐵的還原方式是通過(guò)蛋白殼上的電子傳遞鏈進(jìn)行的，還原劑不必進(jìn)入鐵蛋白腔內(nèi)即可將Fe（Ⅲ）還原成Fe（Ⅱ）。Watt G D等發(fā)現(xiàn)，從棕色固氮菌提取的還原型黃素蛋白（AvFlpH2）、鐵氧化還原蛋白Ⅰ（AvFdⅠ）和從熱乙酸梭菌提取的鐵氧化還原蛋白（CtFd），這些高分子化合物也能還原鐵蛋白的鐵核，說(shuō)明還原劑進(jìn)入鐵蛋白的內(nèi)腔不是鐵核被還原的必要步驟[31]。也有學(xué)者通過(guò)研究一系列還原性的有機(jī)分子對(duì)鐵蛋白鐵核的還原速率，發(fā)現(xiàn)其還原速率和氧化還原電勢(shì)的相關(guān)性要大于和分子量的相關(guān)性[32]。由上推測(cè)，不同的還原劑可能通過(guò)直接進(jìn)入和間接電子傳遞這兩種方式引導(dǎo)鐵蛋白鐵的還原釋放。

2.3 機(jī)體內(nèi)鐵蛋白鐵釋放的途徑

2.3.1 鐵蛋白通過(guò)降解途徑釋放鐵 動(dòng)物鐵蛋白存在于細(xì)胞質(zhì)中，它可以經(jīng)過(guò)氧化修飾被蛋白酶體識(shí)別并水解，也可以被溶酶體吞噬后降解，伴隨著蛋白殼的降解，鐵重新回到細(xì)胞質(zhì)中[33]。人們推測(cè)蛋白降解途徑是機(jī)體內(nèi)鐵蛋白鐵的釋放的主要途徑。有研究表明，K562細(xì)胞株在發(fā)生急性鐵耗竭后，可利用鐵離子濃度的恢復(fù)是伴隨著細(xì)胞液中鐵蛋白的衰退而減少的，而且蛋白酶抑制劑亮抑酶肽（leupeptin）和胰凝乳蛋白酶抑制劑（chymostatin）能夠抑制這一現(xiàn)象的發(fā)生，證明了酶降解鐵蛋白的釋鐵途徑在生理缺鐵情況下的重要性[34]。

植物鐵蛋白也能通過(guò)降解途徑加速鐵的釋放，但機(jī)理與動(dòng)物鐵蛋白明顯不同。Fu X等人對(duì)大豆種子鐵蛋白的研究表明，完整的植物鐵蛋白會(huì)發(fā)生自降解，而去除EP的鐵蛋白在相同條件下不會(huì)發(fā)生自降解，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明EP具有絲氨酸蛋白酶活性，由此說(shuō)明，植物鐵蛋白獨(dú)特的EP肽段具有促使鐵蛋白自降解的作用，而這種自降解加速了鐵的釋放[15]。

2.3.2 酶介導(dǎo)的還原釋放途徑 有人推測(cè)，在生物機(jī)體內(nèi)鐵蛋白的鐵核會(huì)被某種三價(jià)鐵還原酶還原，還原成的二價(jià)鐵離子仍存在于蛋白內(nèi)，直到Fe（Ⅱ）受體出現(xiàn)，并推測(cè)在人類網(wǎng)織紅細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種分子量約為5600u的蛋白小分子可能是Fe（Ⅱ）受體[32]。

關(guān)于機(jī)體內(nèi)的三價(jià)鐵還原酶，關(guān)注較多的是依賴NAD（P）H的鐵氧化還原酶，它能從NAD（P）H獲取電子轉(zhuǎn)移給黃素單核苷酸（FMN），還原型的黃素單核苷酸能起到電子穿梭機(jī)的作用，將鐵蛋白內(nèi)Fe（Ⅲ）還原成Fe（Ⅱ）[35]。該酶具有很強(qiáng)的還原能力，能夠從鐵傳遞蛋白（transferrin）和乳鐵蛋白（lactoferrin）中將鐵還原釋放出來(lái)。至于還原型的FMN對(duì)鐵蛋白的還原方式，Jones T等發(fā)現(xiàn)FMNH2能還原鐵蛋白的天然鐵核和體外制備的鐵核，而當(dāng)FMNH2連接上瓊脂糖后就只能還原體外制備的鐵核，不能還原鐵蛋白的天然鐵核，因此推測(cè)FMNH2是進(jìn)入到鐵蛋白內(nèi)對(duì)鐵核進(jìn)行還原的[36]。

2.4 鐵蛋白鐵釋放的調(diào)控

鐵蛋白具有調(diào)節(jié)鐵代謝平衡和防止機(jī)體氧化損傷的雙重作用，與此功能相呼應(yīng)的是，鐵蛋白在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)是受鐵離子濃度和氧化應(yīng)激狀態(tài)調(diào)控的。鐵蛋白的表達(dá)在植物中主要受到轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控，誘導(dǎo)物是鐵離子和氧化物，在動(dòng)物體內(nèi)主要受到的則是翻譯水平上的調(diào)控。

動(dòng)物鐵蛋白的mRNA的5’非翻譯區(qū)（5’UTR）中具有一段鐵調(diào)節(jié)元件（Iron Regulatory Element，IRE），鐵敏感蛋白IRP1和IRP2是能夠與IRE結(jié)合的阻遏蛋白，二者一旦結(jié)合，核糖體就不能結(jié)合到鐵蛋白mRNA上，翻譯過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。鐵離子的濃度調(diào)控著阻遏蛋白的活性，例如當(dāng)鐵離子濃度高時(shí)，鐵結(jié)合到IRP1上，在其內(nèi)形成鐵硫簇，IRP1構(gòu)象變化獲得了順烏頭酸酶活性，而失去了結(jié)合mRNA的能力，鐵蛋白得以順利表達(dá)[37]。

關(guān)于鐵蛋白轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控的報(bào)道相對(duì)較少，但不能忽視它的重要性。此調(diào)控方式借助轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA上的反應(yīng)元件，如ARE（antioxidant responsive element），實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵蛋白基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)[38]。

3 展望

從開(kāi)發(fā)新型補(bǔ)鐵功能食品的角度來(lái)說(shuō)，植物鐵蛋白比動(dòng)物鐵蛋白來(lái)源更加豐富，并且以綠色植物為原料開(kāi)發(fā)的功能食品具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到消費(fèi)市場(chǎng)的青睞，所以對(duì)植物鐵蛋白的開(kāi)發(fā)利用和基礎(chǔ)研究顯得十分重要。然而鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究主要集中于動(dòng)物鐵蛋白，對(duì)于廣泛存在的植物鐵蛋白研究甚少，因此對(duì)植物鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究是未來(lái)很值得關(guān)注的研究方向。

在鐵蛋白的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，相對(duì)于鐵蛋白的鐵氧化沉淀機(jī)理的研究，鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究還停留在較低水平。一是由于生理?xiàng)l件下鐵的釋放涉及相關(guān)的酶及質(zhì)體，增大了研究的范圍和復(fù)雜性；二是由于鐵蛋白鐵的釋放有多種途徑，其調(diào)控機(jī)制也有多種，要將這些都研究透徹?zé)o疑是一項(xiàng)巨大的工程。然而，對(duì)鐵蛋白鐵釋放機(jī)理的研究具有重大意義，絕不能淺嘗輒止。植物的萌芽和生長(zhǎng)離不開(kāi)鐵蛋白鐵的釋放，動(dòng)物體內(nèi)血紅素的生成也離不開(kāi)鐵蛋白鐵的釋放，將鐵蛋白作為原料開(kāi)發(fā)成新型補(bǔ)鐵功能食品的研究中，對(duì)鐵蛋白鐵釋放和利用率的探究是其中較為關(guān)鍵的一步。相信在未來(lái)幾十年中，鐵蛋白鐵的釋放機(jī)制一定會(huì)在眾多研究者的辛勤勞動(dòng)下揭開(kāi)神秘面紗。

[1]Davila-Hick P，Theil E C，Lonnerdal B.Iron in ferritin or in salts（ferrous sulfate）is equally bioavailable in nonanemic women [J].American Journal of Clinical Nutrition，2004，80：936-940.

[2]Theil E C.Iron，ferritin，and nutrition[J].Annual Review of Nutrition，2004，24：327-343.

[3]CrichtonRR，Charloteaux-WautersM.Irontransportandstorage [J].Eur J Biochem，1987，164：485-506.

[4]Harrison P M，Arosio P.The ferritins：molecular properties iron storage function and cellular regulation[J].Biochim Biophys Acta，1996，1275：161-203.

[5]Sathe S K，Lilley G G，Weever C N.High-resolution sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis of soybean（Glycine max L.）seed proteins[J].Cereal Chemistry，1987，4：380-385.

[6]Liu X，Theil E C.Ferritins：Dynamics management of biological iron and oxygen chemistry[J].Acc Chem Res，2005，38：167-175.

[7]Masuda T，Goto F，Yoshihara T，et al.Crystal structure of plant ferritin reveals a novel metal binding site that functions as a transit site for metal transfer in ferritin[J].J Biol Chem，2010，285：4049-4059.

[8]Boyd D，Vecoli C，Belcher D M，et al.Structural and functional relationships of human ferritin H and L chains deduced from cDNA clones[J].J Biol Chem，1985，260：11755-11761.

[9]Crichton R R，Herbas A，Chavez-Alba O，et al.Identification of catalytic residues involved in iron uptake by L-chain ferritins [J].J Biol Inorg Chem，1996，1：567-574.

[10]Masuda T，Goto F，Yoshihara T.A novel plant ferritin subunit from soybean that is related to a mechanism in iron release[J].J Biol Chem，2001，276：19575-19579.

[11]Li C R，F(xiàn)u X P，Zhao G H.Two different H-type subunits from pea seed（Pisum sativum）ferritin that are responsible for fast Fe（Ⅱ）oxidation[J].Biochimie，2009，91：230-239.

[12]Ragland M，Briat J F，Gagnon J，et al.Evidence for conservation of ferritin sequences among plants and animals and for a transit peptide in soybean[J].J Biol Chem，1990，265：18339-19344.

[13]Zhao G H.Phytoferritin and its implications for human health and nutrition[J].Biochim Biophys Acta，2010，1800：815-823.

[14]LiCR，F(xiàn)uXP，QiX，etal.Proteinassociationanddisassociation regulated by ferric ion.A novel pathway for oxidative deposition of iron in pea seed ferritin[J].J Biol Chem，2009，284：16743-16751.

[15]Fu X P，Deng J J，Yang H X，et al.A novel EP-involved pathway for iron release from soya bean seed ferritin[J].Biochem J，2010，427：313-321.

[16]Takagi H，Shi D，Ha Y，et al.Localized unfolding at the junction of three ferritin subunits.A mechanism for iron release [J].J Biol Chem，1998，273：18685-18688.

[17]Crichton R R，Wauters M，Roman F.Ferritin iron uptake and release.In proteins of iron storage and transport in biochemistry and medicine[J].Amsterdam，1975：287-294.

[18]Jones T，Spencer R，Walsh C.Mechanism and kinetics of iron release from ferritin by dihydroflavins and dihydroflavin analogues[J].Biochemistry，1978，17：4011-4017.

[19]Crichton R R，Roman F，Wauters M.Reductive mobilisation of ferritin iron by reduced nicotinamide adenine dinucleotide via flavin mononucleotide[J].Biochem Soc Trans，1975，3：946-948.

[20]Sirivech S，F(xiàn)rieden E，Osaki S.The release of iron from horse spleenferritinbyreducedflavins[J].JBiochem，1974，143：311-315.

[21]Bonomi F，Pagani S.Removal of ferritin-bound iron by DL-dihydrolipoate and DL-dihydrolipoamide[J].Eur J Biochem，1986，155：295-300.

[22]Bienfait H F，Van der Briel M L.Rapid mobilization of ferritin iron by ascorbate in the presence of oxygen[J].Biochim Biophys Acta，1980，631：507-510.

[23]Laulhere J P，Laboure A M，Briat J F.Photoreduction and incorporation of iron into ferritins[J].J Biochem，1990，269：79-84.

[24]Reif D W，Simmons R D.Nitric oxide mediates iron release from ferritin[J].Arch Biochem Biophys，1990，283：537-541.

[25]Laulhere J P，F(xiàn)ontecave M.Nitric oxide does not promote iron release from ferritin[J].Biometals，1996，9：10-14.

[26]Stuhrmann H B，Haas J，Ibel K，et al.Low angle neutron scattering of ferritin studies by contrast variation[J].J Mol Biol，1976，100：399-413.

[27]Yang D，Nagayama K.Permeation of small molecules into the cavity of ferritin as revealed by proton nuclear magnetic resonance relaxation[J].J Biochem，1995，307：253-256.

[28]Precigoux G，Yariv B，Gallois B，et al.A crystallographic study of haem binding to ferritin[J].Acta Cryst，1994，50：739-743.

[29]Funk F，Lenders J P，Crichton R R，et al.Reductive mobilisation of ferritin iron[J].Eur J Biochem，1985，152：167-172.

[30]Yang X，Chasteen N D.Molecular diffusion into horse spleen ferritin：a nitroxide radical spin probe study[J].J Biophys，1996，71：1587-1595.

[31]Watt G D，Jacobs D，F(xiàn)rankel R B.Redox reactivity of bacterial and mammalian ferritin：Is reductant entry into the ferritin interior a necessary step for iron release[J].Proc Natl Acad Sci，1988，85：7457-7461.

[32]Moore G R，Kadir F H A，Al-Massad F.Haem binding to ferritin and possible mechanisms of physiological iron uptake and release by ferritin[J].J Inorg Biochim，1992，47：175-181.

[33]Radisky D C，Kaplan J.Iron in cytosolic ferritin can be recycled through lysosomal degradation in human fibroblasts[J]. Biochem J，1998，336：201-205.

[34]Konijn A M，Glickstein H，Vaisman B，et al.The cellular labile iron pool and intracellelar ferritin in K562 cells[J].Blood，1999，94：2128-2134.

[35]Topham R，Googer M，Pearce K，et al.The mobilization of ferritin iron by liver cytosol.A comparison of xanthine and NADH as reducing substrates[J].Biochem J，1989，261：137-143.

[36]Jones T，Spencer R，Walsh C.Mechanism and kinetics of iron release from ferritin by dihydroflavins and dihydroflavin analogues[J].Biochemistry，1978，17：4011-4017.

[37]Walden W E，Selezneva A I，Dupuy J，et al.Structure of dual function iron regulatory protein 1 complexed with ferritin IRE-RNA[J].Science，2006，314：1903-1908.

[38]IwasakiK， Mackenzie E L， Hailemariam K，etal. Heminmediated regulation of an antioxidant-responsive element of the human ferritin H gene and role of Ref-1 during erythroid differentiation of K562 cells[J].Mol Cell Biol，2006，26：2845-2856.

Research progress in mechanism of iron release from ferritin

BAI Yu-fei,ZHANG Tuo,LI Mei-liang,ZHAO Guang-hua*
（College of Food Science and Nutritional Engineering，CAU and ACC Joint-Laboratory of Space Food，China Agriculture University，Beijing 100083，China）

Ferritin is a class of iron storage protein;it presents in most living organisms and serves the dual fundamental functions of iron detoxification and iron homeostasis.Iron deficiency is a problem that has seriously impacted on nearly half of global human health.The traditional preparation of iron supplementation has been gradually prohibited as a result of side effects on human beings.Research indicated that ferritin had a good iron activity and it could be a safe and efficient preparation of iron supplementation.Therefore,ferritin could be developed into iron functional food as raw materials.In order to exploit the iron supplemental function of ferritin more scientifically,it is important to clarify the physical and chemical properties of ferritin and its biological function.So far,the research of iron releasing from ferritin can be divided into in vitro or vivo two aspects.In vitro,Ferritin iron was elucidated to be released by interaction with small reductants,assisted by Fe (Ⅱ)chelators.While in vivo various studies indicated that ferritin iron is most likely released after proteolytic degradation of the protein shell or via the reduction of physiological reducing agents assisted by special oxidoreductase.The research progress about iron release mechanism was summarized and was expected to provide a theoretical basis for the development of new type iron functional food.

ferritin；iron release mechanism；functional food

TS201.2+1

A

1002-0306（2012）01-0409-05

2010－12－07 *通訊聯(lián)系人

白宇飛（1986-），女，碩士研究生，研究方向：蛋白質(zhì)化學(xué)。

國(guó)家自然科學(xué)基金支持項(xiàng)目（30972045）。