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李舒婷,June 29, 2023
主要介绍了Fe同位素与人体Fe有关参数的关系以及Fe在示踪铁代谢疾病及阿尔茨海默病方面的应用。Fe是人体中含量最为丰富的金属元素，对人体生命活动有着重要的意义。成人体内约有4～5克铁，主要以血红蛋白和肌红蛋白的形式存在。其中血红蛋白中占72%，而肌红蛋白中占据3%，血红蛋白和肌红蛋白的主要作用都是负责氧气的输送和二氧化碳的排出。除此之外，Fe在人体中还对能量产生过程，催化和免疫起作用，因此Fe被认为是生命活动的关键因子。
Fe在代谢过程中产生较大的分馏，因此被用于示踪代谢过程。Fe在人体中主要通过小肠吸收，肠细胞粘膜将食物中的Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ)，二价铁可以通过DMTI运输到细胞质，使Fe(II)可满足细胞需求，在这个过程中细胞富集相对较轻的铁同位素，而过量的铁要么通过FPN重新出口回血液，要么再次氧化后以铁蛋白的形式储存在肝脏中，因此储存在肝脏中的铁同位素往往偏重。Karin研究了猪的不同器官中铁同位素的分布，结果发现在小肠中吸收的Fe，相比于食物富集相对较轻的铁同位素。而在储存型的器官中肝脏、脾脏和骨髓中富集相对较重的铁同位素，在红细胞中富集相对较轻的铁同位素。
图1猪体内Fe同位素分馏情况
目前人体的Fe的状态主要由血清铁浓度（[Fe])，血清铁蛋白（sFer)可溶性转铁蛋白饱和度（stfr)等因子来衡量，全血中的δ56Fe与这些因子密切的关系。Van Heghe研究了Fe同位素和这些参数的关系。其中血清铁浓度（[Fe])与血清中的Fe浓度不存在明显相关性，血清铁蛋白和转铁蛋白饱和度存在负相关关系，而与血清转铁蛋白和可溶性转铁蛋白受体存在明显正相关关系。因此，Fe同位素也可以被认为指示人体Fe状态的有效因子，那铁同位素相比于其他铁参数有什么优势呢？首先，大部分铁参数是蛋白质，蛋白质较为复杂，容易降解，不易处理和保存。另外，sFer,Tf容易受到炎症水平的感染而发生变化；其次相比于元素含量，铁元素含量受到干扰因素较多，如饮食和排泄都会导致金属元素含量有较大波动。另外，不能定量预测特定流体或细胞间隔中特定金属的富集或消耗的方向和强度。因此，利用Fe同位素来示踪与铁相关的铁代谢疾病是有利的。
遗传性血色病和急性冠脉综合症都是因为铁摄取发生变化所导致的疾病，其中遗传性血色病是肠道铁的吸收不适当增加，而导致铁储存于肝脏肾脏和胰脏等实质性细胞中，导致组织器官退行性变和弥漫性纤维化，代谢和功能的异常而急性冠脉综合症则是因为冠状动脉內不稳定的粥样斑块破裂或糜烂引起血栓形成所导致的冠脉管腔完全或不完全闭塞引起的心肌急性缺血或坏死导致的一系列综合征，这种病症可能引起高血压，糖尿病，高血脂，肥胖，吸烟和酗酒，这种病症的特征是铁摄取强烈下调。从图2中可以看出，患有遗传性血色病患者铁含量很高，但位于低铁一侧，这是因为虽然铁摄取强烈上移，但此时他所利用和所消化的铁的器官更多，具有更多的转铁蛋白和受体。这种吸收利用方式和正常人低铁状态比较相似，低同位素的铁被消耗，因此血液中的铁富集相对较重的铁同位素。而急性冠脉综合征则相反，其铁摄取和利用下调，此时铁趋向于储存，和正常人高铁状态比较相似，这时铁同位素较高。
图2患遗传性血色病和急性冠脉综合症δ56Fe值的变化
肾脏发生疾病时往往会导致体内离子失衡，可能引发贫血。现有的判别因子，并没有办法判定肾脏疾病贫血的原因，这对疾病的治疗十分不利。目前主要引发贫血的原因有两个，包括缺铁（AD,IDA）和促红细胞生成素(EPO)的产生受损而导致的贫血。经过测量发现，EPO引发的贫血的铁同位素与缺铁性贫血有较大差别，缺铁性贫血具有较重的铁同位素组成。缺铁将导致肝脏中储存的铁被释放，导致血液中较重的铁同位素组成，而如果不是由于缺铁引发的贫血其Fe同位素组成应当和CKD一致，因此铁同位素的确能较好的区分缺铁型贫血和非缺铁型贫血。
图3 EPO型贫血和缺铁导致的贫血的δ56Fe值的变化
另外，Fe同位素还能用于示踪阿尔茨海默症，研究者通过比较患老年痴呆症的小鼠和正常的小鼠，发现患有老年痴呆症的小鼠在培养11-12个月之后，脑中Fe含量和Fe同位素在野生型和患有老年痴呆症老鼠中存在明显差别，患老年痴呆症的小鼠具有较轻的Fe同位素值。血清中的铁同位素值区别不明显，在5-6个月时在铁含量和Fe同位素方面都不存在明显区别。而将血清和人脑中的铁同位素结合比较发现无论5-6个月还是11-12个月都能将较好的区分老年痴呆症的小鼠和健康小鼠。
图4老年痴呆症小鼠和健康小鼠的δ56Fe值
结合以上分析可知，Fe同位素在示踪铁代谢过程，机体铁的状态和老年痴呆症都有较好的应用。
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