动物肠黏膜上皮细胞与病原菌的铁竞争机制

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1、动物营养学报２０１４，２６（４）：８２７８３２ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｉｍａｌＮｕｔｒｉｔｉｏｎｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６２６７ｘ．２０１４．０４．００１动物肠黏膜上皮细胞与病原菌的铁竞争机制王进波初佳丽韩菲杨静齐莉莉（浙江大学宁波理工学院，宁波３１５１００）摘要：铁（Ｆｅ）是生物有机体的必需营养素，病原菌从宿主体内获取生长、繁殖必需的Ｆｅ是其侵染宿主的前提。本文总结了宿主和肠道病原菌的Ｆｅ摄取方式及竞争机制，阐述了Ｆｅ对肠道微生物的影响，旨在为仔猪生产合理补Ｆｅ提供新依据。关键词：肠道；铁；摄取；竞争机制中图分类号：Ｓ８１６．７２文献标识码：Ａ文章

2、编号：１００６２６７Ｘ（２０１４）０４０８２７０６铁（Ｆｅ）是生命有机体的必需营养素，在能量（ＦｅＳｃｌｕｓｔｅｒ）等，进而参与机体氧的转运及电子代谢、ＤＮＡ复制、氧的运输、抗体生成、肝脏解毒及传递等代谢过程；有的以铁蛋白的形式存在于胞保护机体免受氧化应激等诸多生理过程中发挥着内；还有部分Ｆｅ经转运进入血液循环系统，参与［１］重要作用。微生物也不例外，Ｆｅ参与微生物的机体多种生理机能。肠上皮细胞内Ｆｅ的转出主电子传递、糖酵解、ＤＮＡ合成及对抗自由基损伤等要由肠绒毛上皮细胞膜上的铁转运蛋白（ｆｅｒｒｏｐｏｒ２＋诸多生理代谢过程，对微生物的正常生长、增殖具ｔｉｎ，ＦＰＮ）完成，转出

3、的Ｆｅ在血浆铜蓝蛋白或小［２］３＋有重要意义。从宿主体内获取生长、繁殖所必肠细胞膜铁转运辅助蛋白作用下成为Ｆｅ。此过需的Ｆｅ，是病原菌侵染宿主的前提。因此，控制病程受肝脏分泌的铁调激素调控，当体内Ｆｅ浓度增原菌的Ｆｅ摄取在机体抵抗病原菌侵染中发挥着高时，铁调激素表达量增加，诱导ＦＰＮ降解，抑制关键作用。胞内Ｆｅ转出，同时抑制Ｆｅ吸收；当体内Ｆｅ浓度低时，铁调激素表达量减少，ＦＰＮ将胞内Ｆｅ转出进［４］１哺乳动物的Ｆｅ代谢入循环系统，同时增加肠黏膜Ｆｅ的吸收率。［２］哺乳动物细胞摄取Ｆｅ的方式主要有３种（图１）：１）细胞通过膜上的转铁蛋白受体（ｔｒａｎｓ２病原菌的Ｆｅ摄取ｆｅｒｒｉｎｒｅ

4、ｃｅｐｔｏｒ，ＴＦＲ）与血液中的转铁蛋白结合摄Ｆｅ在微生物的生长、繁殖、代谢过程中具有很［３］３＋取Ｆｅ；２）肠腔中游离的Ｆｅ经十二脂肠细胞色重要的作用。研究指出，病原菌在Ｆｅ浓度极低的素ｂ还原酶（ｄｕｏｄｅｎａｌｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅｂｒｅｄｕｃｔａｓｅ，环境中亦能正常生长，并感染宿主。这是由于这２＋ＤＣＹＴＢ）还原成Ｆｅ后，通过小肠黏膜细胞刷状些病原菌具有高效的Ｆｅ摄取机制，能够从周围环［５－６］缘上的二价金属转运载体１（ｄｉｖａｌｅｎｔｍｅｔａｌｔｒａｎｓ境中摄取Ｆｅ，满足自身需要。目前已知的３ｐｏｒｔｅｒ１，ＤＭＴ１）转入胞内；３）血红素铁（血红蛋白种病原菌Ｆｅ摄取机制为：嗜铁素

5、系统、血红素获［１］或结合珠蛋白形式）可通过巨噬细胞膜上的血红取系统和转铁蛋白／乳铁蛋白受体（图２）。嗜５０蛋白清道夫受体———分化抗原簇１６３（ｃｌｕｓｔｅｒｏｆ铁素与Ｆｅ的结合常数超过１０，使细菌能够高效ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ１６３，ＣＤ１６３）进入胞内。Ｆｅ进入胞获取环境中的Ｆｅ。负载Ｆｅ的嗜铁素能与细菌表内后，有的进入线粒体，用以合成血红素、铁硫簇面的受体共价结合，将Ｆｅ－嗜铁素复合物摄入细收稿日期：２０１３－１１－１５基金项目：国家自然科学基金项目（３１３０１９８４，３１２７２４６１）；宁波市自然科学基金项目（２０１２Ａ６１０１４６）；宁波市农业攻关重点项目（２０１３Ｃ

6、１１０３１）作者简介：王进波（１９７５—），男，山东潍坊人，副教授，博士，主要从事肠道微生物方向研究。Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｂ７７７＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：齐莉莉，讲师，Ｅｍａｉｌ：ｑｌｌ＠ｎｉｔ．ｎｅｔ．ｃｎ８２８动物营养学报２６卷胞内，然后再释放出游离Ｆｅ作为细菌的营养物的作用下，将Ｆｅ从血红素上解离下来。有些细菌质。血红素获取系统主要通过细菌表面的血红素具有转铁蛋白和乳铁蛋白受体，可以直接识别宿结合蛋白受体，从血红蛋白中获取血红素，转运进主转铁蛋白和乳铁蛋白，从宿主细胞中获取［６－７］入细菌胞内，然后在血红素氧化酶或逆铁螯合酶Ｆｅ。Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎ：转铁蛋白；ＴＦＲ１

7、：转铁蛋白受体１；ＴＦＲ２：转铁蛋白受体２；ＤＭＴ１：二价金属转运载体１；ＤＣＹＴＢ：十二指肠细胞色素ｂ还原酶；ｈａｅｍｏｇｌｏｂｉｎ：血红蛋白；ＣＤ１６３：分化抗原簇１６３；ｈａｐｔｏｇｌｏｂｉｎ：结合珠蛋白；ｅｎｄｏｓｏｍｅ：内体；ｆｅｒｒｉｔｉｎ：铁蛋白；ｓｔｏｒａｇｅ：储存；ｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ：解毒；ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ：线粒体；ｈａｅｍｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：血红素合成；ＦｅＳｃｌｕｓｔｅｒｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓ