转铁蛋白

核心定义

转铁蛋白 是一种主要由肝脏合成并分泌到血液中的糖蛋白。它是人体内铁元素的主要运输载体，负责将铁从吸收/储存部位（小肠、肝脏、巨噬细胞）安全、可循环地转运至全身各组织，特别是需要大量铁进行血红蛋白合成的骨髓红细胞前体细胞。

• 理化特性：单链多肽，分子量约80 kDa，含有约2个铁结合位点，结合铁后发生构象变化。

• 核心功能：结合、运输、保护、靶向递送铁。

简单比喻：转铁蛋白就像血液中专为运输铁设计的 “分子出租车” 。它从“铁站”（如肝脏、小肠）接上“乘客”（铁离子），在血液中安全行驶，并精准地将铁送到有需求的“目的地”（如骨髓中的幼红细胞），卸货后空车返回，循环利用。

分子结构与铁的结合

1. 铁结合位点：

   • 每个转铁蛋白分子有两个高度相似但独立的铁结合位点（N叶和C叶）。

   • 每个位点可紧密结合一个三价铁离子。

   • 铁结合需要协同阴离子：通常是碳酸氢根离子。

2. 构象变化：

   • 缺铁转铁蛋白：呈“开放”构象。

   • 载铁转铁蛋白：结合铁和HCO₃⁻后，结构域闭合，呈“闭合”构象，将铁严密包裹其中。这种构象变化是其被细胞表面受体识别的关键。

铁代谢循环（转铁蛋白的核心工作流程）

转铁蛋白的工作嵌入在一个精密的全身铁循环中：

1. 装载铁

• 来源一（膳食）：肠上皮细胞吸收的二价铁被氧化为三价铁，与从门静脉入血的转铁蛋白结合。

• 来源二（回收）：衰老红细胞被脾脏和肝脏的巨噬细胞吞噬，释放出的铁被重新装载到转铁蛋白上。

2. 运输与识别

• 载铁转铁蛋白在血液中循环。

3. 细胞递送（核心步骤）

• 受体介导的内吞：需要铁的细胞（如幼红细胞、肝细胞、增殖细胞）表面高表达转铁蛋白受体。

  • 结合：载铁转铁蛋白以闭合构象特异性地结合TfR。

  • 内吞：整个复合物通过网格蛋白介导的内吞进入细胞，形成内吞体。

  • 释放铁：内吞体内酸性环境促使铁从转铁蛋白上解离。同时，内吞体内的铁还原酶将三价铁还原为二价铁，通过二价金属离子转运蛋白 进入细胞质。

  • 受体-配体回收：失去铁的转铁蛋白（载铁蛋白）在酸性条件下仍与TfR紧密结合，随内吞体返回细胞表面。在中性pH的细胞外环境中，载铁蛋白与TfR解离，重新进入血液循环，开启下一轮运输。

  • 这是一个完美的可逆循环，转铁蛋白和其受体都被重复利用。

4. 铁利用与储存

• 进入细胞质的铁可用于：

  • 血红蛋白合成（骨髓）。

  • 作为含铁酶的辅基。

  • 储存于铁蛋白中。

生物学功能与意义

1. 安全运输：将有毒性的游离铁离子锁定在蛋白内部，防止其催化产生自由基，引发氧化应激。

2. 铁稳态调节：通过控制TfR的表达（受细胞铁需求调节）和转铁蛋白本身的饱和度，精准调控铁向组织的输送量。

3. 细胞增殖支持：所有快速增殖的细胞（尤其是癌细胞）都需要大量铁。转铁蛋白是满足这一需求的主要供应线。

4. 抗菌：通过螯合游离铁，限制细菌生长（营养免疫）。

临床意义与疾病关联

检测血清转铁蛋白及其相关指标是重要的临床检验项目。

1. 缺铁性贫血的诊断与监测

• 血清转铁蛋白：在缺铁时，肝脏合成增加（机体代偿性增加铁运输能力），因此数值升高。

• 血清铁：降低。

• 转铁蛋白饱和度：计算公式：血清铁 / 总铁结合力 × 100%。这是最敏感的指标。缺铁时，饱和度显著降低（通常 < 16%）。它直接反映了转铁蛋白载铁的比例。

2. 慢性病性贫血

• 由于炎症因子抑制肝脏合成，血清转铁蛋白正常或降低，与缺铁性贫血不同。

• 铁饱和度也降低，但通常不如缺铁性贫血那么严重。

3. 铁过载疾病

• 遗传性血色病：由于HFE基因突变，小肠铁吸收失控，导致全身铁过载。表现为：

  • 血清铁 显著升高。

  • 转铁蛋白饱和度 显著升高（常 > 45%，甚至接近100%）。

  • 这是筛查和诊断该病的关键指标。

4. 肝病与营养不良

• 转铁蛋白在肝脏合成，因此可作为肝功能和营养状态的指标。严重肝病或营养不良时，其合成减少，血清转铁蛋白降低。

5. 癌症

• 癌细胞高表达TfR以满足其铁需求。抗TfR抗体或载药转铁蛋白被广泛研究作为靶向递送抗癌药物的载体。

总结

转铁蛋白是维持生命所必需的铁元素在体内安全、高效循环的“总调度师”和“运输队长”。它不仅仅是一个简单的运输蛋白，更是一个动态的铁缓冲系统和精准的递送系统。通过其与转铁蛋白受体协作的可逆内吞循环，实现了铁资源的最大化利用。在临床上，转铁蛋白及其衍生的指标（特别是转铁蛋白饱和度）是诊断和鉴别各类贫血、铁过载及相关系统疾病的基石性工具。对其功能的深入理解，也催生了靶向铁代谢（尤其是TfR途径）的新型抗癌和抗感染治疗策略。