馬脾鐵蛋白的應(yīng)用研究

權(quán)靜 管增東

摘 要：鐵蛋白廣泛存在于生物體內(nèi)，哺乳動(dòng)物鐵蛋白在脾臟中含量較高，其中馬脾臟中鐵蛋白的含量最高。馬脾鐵蛋白在免疫顯微分析、疾病診斷等方面均有重要的作用。鐵雖是組成生物體的微量元素，但卻是機(jī)體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的重要元素，鐵元素參與多種生化反應(yīng)，是生物體必須的化學(xué)元素之一，具有特殊的化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)。人體血液中的血紅蛋白就是鐵的配合物，具有固定氧和輸送氧的功能。

關(guān)鍵詞：馬脾鐵蛋白 免疫顯微分析 疾病診斷

中圖分類號(hào)：TQ917 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（c）-0214-02

1937年Laufberge首先從馬的脾臟中分離出馬脾鐵蛋白，研究表明，鐵蛋白是由蛋白殼包裹一個(gè)由水合氧化鐵構(gòu)成的鐵核形成的特殊的結(jié)構(gòu)。鐵蛋白的蛋白殼由若干亞基組成，亞基間留有孔隙作為通道。

1 馬脾鐵蛋白的結(jié)構(gòu)及特征

（1）馬脾鐵蛋白的蛋白結(jié)構(gòu)特征。馬脾鐵蛋白的蛋白殼空腔是由24個(gè)亞基構(gòu)成的，亞基間位置和取向是有序的，并具有高對(duì)稱性特點(diǎn)。馬脾鐵蛋白的蛋白殼空穴直徑約7.8 nm，厚度約2.5 nm。鐵蛋白中的亞基兩兩成對(duì)，每對(duì)相互平行，尾首相對(duì)，構(gòu)成菱形十二面體，結(jié)構(gòu)中有6個(gè)四重軸和8個(gè)三重軸，形成14條通道，其中6個(gè)四重軸通道是疏水性的，另外8條三重軸通道呈親水性。兩種通道的功能不同，非極性4重軸通道允許水及中性小分子通過，而阻止帶電荷物質(zhì)進(jìn)入，3重軸通道可能是適于金屬離子通過的。

（2）馬脾鐵蛋白亞基結(jié)構(gòu)特征。鐵蛋白具有H和L兩種不同類型的亞基。酸性的H亞基分子量約為2.1×104 D，堿性的L亞基分子量約1.9×104 D。H亞基和L亞基結(jié)構(gòu)有差別，電荷分布也不同。不同結(jié)構(gòu)的鐵蛋白中由于H亞基和L亞基的比例不同，由亞基聚合形成純聚合體或雜合體中各種鐵蛋白圖譜也不盡相同。馬脾鐵蛋白的H/L=1/9。

（3）馬脾鐵蛋白的理化性質(zhì)。鐵蛋白中的鐵核相對(duì)穩(wěn)定性，因?yàn)榘F核的蛋白殼具有穩(wěn)定鐵核的作用，80 ℃高溫或10 mol/L脲室溫下放置，都不能使之變性。鐵蛋白的穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)中的氫鍵、鹽橋和疏水作用力有關(guān)。其中，氫鍵對(duì)穩(wěn)定鐵蛋白結(jié)構(gòu)的作用最大，其次是疏水作用力，鹽橋的作用最小。由于蛋白質(zhì)分子中帶電荷基團(tuán)少，能接近的更少，故鹽橋作用對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用有限。疏水作用力能夠使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更緊密，也是穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要作用力。但是有機(jī)溶劑能夠破壞疏水作用力卻不能使鐵蛋白變性，由此可見，疏水作用力并不是穩(wěn)定鐵蛋白結(jié)構(gòu)的主要因素[5]。

2 馬脾鐵蛋白的功能與用途

2.1 馬脾鐵蛋白的生理功能

鐵蛋白能夠?qū)⒋罅繜o毒且能被生物體利用的可溶性鐵轉(zhuǎn)化為固態(tài)化鐵貯藏于組織內(nèi)，是生物體主要的鐵貯藏單元。鐵蛋白在調(diào)節(jié)機(jī)內(nèi)鐵代謝方面具有重要的作用，可保持機(jī)體內(nèi)鐵的平衡。當(dāng)機(jī)體缺鐵時(shí)，鐵蛋白可將體內(nèi)貯藏的固態(tài)鐵通過還原釋放機(jī)制轉(zhuǎn)化為機(jī)體可利用的可溶性鐵，當(dāng)生物體鐵含量過高時(shí)會(huì)發(fā)生鐵中毒現(xiàn)象，鐵蛋白可將生物體內(nèi)過量的可溶性鐵轉(zhuǎn)化為固態(tài)的鐵儲(chǔ)存到蛋白質(zhì)空腔內(nèi)，從而降低機(jī)體內(nèi)可溶性鐵的含量，保持機(jī)體內(nèi)鐵的平衡。鐵蛋白能通過胞飲作用進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，可以最大限度的攝取鐵，所以對(duì)鐵缺乏的防治非常重要，鐵蛋白作為補(bǔ)鐵制劑具有良好的應(yīng)用前景。故而鐵蛋白在生物體內(nèi)調(diào)節(jié)鐵平衡主要從兩方面著手，一方面可作為鐵元素補(bǔ)充劑；另一方面還可以作為鐵元素中毒的解毒劑。

2.2 馬脾鐵蛋白在醫(yī)藥新材料中的應(yīng)用

鐵蛋白的蛋白殼空腔不僅能夠包裹鐵核，還能夠裝載特定的物質(zhì)，有人將馬脾鐵蛋白中的鐵核通過特殊的還原釋放機(jī)制從蛋白質(zhì)空腔中釋放到外界環(huán)境中，最后可以得到一個(gè)仍具有活性的蛋白殼空腔，然后設(shè)法將其他的物質(zhì)裝載到蛋白質(zhì)空腔內(nèi)，可應(yīng)用于醫(yī)療診斷領(lǐng)域。目前已有人將一些金屬核如FeS核、CdS核、Mn30核、Fe304磁性鐵核及放射性材料的鈾核等，成功地組裝到鐵蛋白蛋白殼的空腔內(nèi)，這些組裝后的鐵蛋白可應(yīng)用于臨床診斷。實(shí)驗(yàn)證明鐵蛋白空腔不僅可以儲(chǔ)存鐵和其它重金屬離子，還可以貯存鈣、鋅、維生素等對(duì)人體有利的營養(yǎng)物質(zhì)和一些有機(jī)小分子物質(zhì)。故完全有可能將鐵蛋白進(jìn)行改造，將它作為合成生物來源的納米新材料。如果在鐵蛋白空腔內(nèi)裝載藥物，并使其外蛋白殼與生物素或特定的抗體相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)藥物的靶向給藥，其應(yīng)用前景良好，鐵蛋白靶向藥物還可以避免產(chǎn)生免疫反應(yīng)的問題，這對(duì)人類的健康將產(chǎn)生巨大的積極影響。

2.3 馬脾鐵蛋白在免疫電子顯微鏡分析技術(shù)中的應(yīng)用

鐵蛋白免疫電子顯微鏡分析技術(shù)在檢測(cè)抗原位置中應(yīng)用廣泛，鐵蛋白的核心是高電子密度氫氧化鐵膠態(tài)分子團(tuán)，在電子顯微鏡下，鐵很容易和其他粒子區(qū)別，顯像清晰。故可用交聯(lián)劑使鐵蛋白與抗體共價(jià)結(jié)合，再進(jìn)行免疫反應(yīng)，與抗原結(jié)合，找出抗原的位置。首先是用鐵蛋白標(biāo)記抗體，再以鐵蛋白抗體與待測(cè)抗原作用，通過電子顯微鏡檢查，觀察到鐵蛋白抗體所在的位置，即抗原。鐵蛋白免疫電子顯微鏡檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是鐵標(biāo)記物呈顆粒狀，分辨率高，易于觀察；缺點(diǎn)是鐵的分子量太大，難以透過細(xì)胞膜和組織，只適用于細(xì)胞表面抗原定位。鐵蛋白電鏡檢測(cè)操作時(shí)先將同鐵蛋白結(jié)合的抗體作用于已固定的細(xì)胞后，制成超薄切片，再用電子顯微鏡觀察，而且鐵染色標(biāo)本只適合電子顯微鏡檢測(cè)，不能用普通光學(xué)顯微鏡觀察，這也限制了鐵蛋白免疫電鏡檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

2.4 馬脾鐵蛋白在疾病診斷中的應(yīng)用

鐵蛋白分為血清鐵蛋白和組織鐵蛋白兩大類，人體內(nèi)長期儲(chǔ)存鐵元素的組織是組織鐵蛋白。組織鐵蛋白廣泛存在于哺乳動(dòng)物的肝脾和骨髓中，其中脾臟中的組織鐵蛋白可占其干重的20%左右，主要起著保護(hù)細(xì)胞免受鐵誘導(dǎo)傷害的作用，人體出現(xiàn)疾病時(shí)鐵蛋白功能會(huì)改變，機(jī)體內(nèi)鐵元素的含量會(huì)發(fā)生變化，可以通過檢測(cè)機(jī)體內(nèi)鐵蛋白的含量進(jìn)行疾病診斷。血清鐵蛋是由部分糖基化的L亞基組成，其功能與組織鐵蛋白不同，雖然其生理功能尚未完全清楚，但是它的濃度與組織鐵蛋白濃度相關(guān)聯(lián)，故可以通過檢測(cè)血清鐵蛋白的含量診斷各種疾病的形成和發(fā)展。

（1）馬脾鐵蛋白在血液檢查中的應(yīng)用。血液檢查是臨床上疾病診斷的重要手段，血液中的各項(xiàng)指標(biāo)與疾病有一定的相關(guān)性，隨著對(duì)鐵蛋白研究的深入，血液中的鐵蛋白檢測(cè)作為一些疾病診斷的指標(biāo)越來越受到重視。過多輸血、營養(yǎng)不良、炎癥、肝臟病變等均會(huì)造成血液中鐵蛋白升高，這可能是由于鐵蛋白來源增加或清除障礙造成的。惡性腫瘤如肝癌、肺癌、胰癌、白血病等由于癌細(xì)胞合成的鐵蛋白增加，也會(huì)使血清鐵蛋白含量升高，故血清中鐵蛋白的檢測(cè)可作為惡性腫瘤的早期檢測(cè)方法，對(duì)于惡性腫瘤的早期診斷具有重要的意義。缺鐵性貧血、營養(yǎng)性貧血、失血、長期腹瀉等會(huì)造成鐵蛋白降低，常見于鐵吸收障礙、感染、肝硬化等疾病，血液中鐵蛋白的含量降低預(yù)示著可能有此類疾病。血液中鐵蛋白的檢測(cè)作為臨床診斷的常規(guī)方法將在疾病早期診斷方面具有廣闊的發(fā)展前景。

（2）馬脾鐵蛋白在核磁共振檢查中的應(yīng)用。磁共振成像技術(shù)是目前臨床診斷中首選的、無創(chuàng)傷性的檢測(cè)手段，在惡性腫瘤、腦神經(jīng)退化性疾病檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。近年研究發(fā)現(xiàn)鐵蛋白與多種神經(jīng)退化性疾病和癌癥相關(guān)，阿爾茨海默癥、帕金森癥、亨廷頓癥等病人的腦組織中都曾發(fā)現(xiàn)有固態(tài)化鐵異常沉淀，這些異常的鐵主要是亞鐵磁性礦物沉淀，而這些異常的鐵沉淀有可能主要是來自功能異常的鐵蛋白。研究發(fā)現(xiàn)多種腫瘤細(xì)胞中的鐵蛋白表達(dá)也出現(xiàn)異常，故可以將鐵蛋白作為神經(jīng)母細(xì)胞瘤和其他癌癥的標(biāo)志物和免疫治療的目標(biāo)，用核磁共振定量地檢測(cè)組織內(nèi)鐵的含量以及病變組織損傷程度該方法在腦神經(jīng)退化性疾病和腫瘤的檢測(cè)中應(yīng)用前景良好。

3 結(jié)語

隨著鐵蛋白與疾病相互關(guān)系的不斷研究， 越來越多的研究顯示鐵蛋白水平異常與許多疾病相關(guān)， 說明鐵蛋白將可以作為這些疾病診斷和治療的輔助手段。由鐵蛋白構(gòu)建納米材料， 在生物醫(yī)藥方面也將有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。馬脾中鐵蛋白的含量最高，故其在疾病診斷等方面的應(yīng)用更為廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳靜，趙永亮，王丹.鐵蛋白研究現(xiàn)狀[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，38（1）：152-155.

[2] 林志超.四種胰臟鐵蛋白的理化特性[D].廈門大學(xué)，2008.

[3] 王群力， 孔波， 黃河清.鐵蛋白納米蛋白殼結(jié)構(gòu)與功能研究新進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展，2004，16（4）：516-519.