人體內的鐵資源爭奪戰

導語：病原菌在宿主內必須獲得鐵才能繁殖。機體可以通過控制自由鐵離子的含量來抑制病原菌，維持機體健康。　

同我們人類一樣，細菌也是需要鐵元素才能生長的。在自然環境中雖然有很多鐵，但是多數是不溶於水的礦物質，細菌必須進化出獲得鐵的能力。很多細菌可以分泌一類稱為攜鐵分子（siderophore）的小分子物質，它們可以結合高鐵離子，並把高鐵離子通過表面受體轉運至細菌細胞內。很多細菌還可以分泌高鐵還原酶或者具有還原性質的小分子把高鐵離子轉化成亞鐵離子，亞鐵離子可以通過細胞膜上的亞鐵轉運蛋白（FeoB）轉入細胞內。

在宿主和病原菌的鐵資源爭奪戰中，宿主通過結合鐵的蛋白，如儲鐵蛋白和運鐵蛋白，嚴格控制體內自由鐵離子的水平。這樣除了可以避免氧自由基的傷害，還可以抵禦病原菌的侵襲。

另外一種和抑制細菌有關的重要蛋白質是乳鐵蛋白（lactotransferrin）。乳鐵蛋白是一種特殊的糖基化的運鐵蛋白，廣泛存在於乳汁、唾液、眼淚、鼻涕等分泌物中，也存在於中性粒細胞（neutrophil）中。人類乳汁中乳鐵蛋白濃度約為1.0-3.2mg/ml，占普通母乳總蛋白的20%。牛奶中乳鐵蛋白含量相對較低，只有0.02-0.35mg/ml。目前已經通過轉基因技術培育成功了分泌人乳鐵蛋白的轉基因奶牛。乳鐵蛋白具有比運鐵蛋白更高的結合高鐵離子的能力，特別是在酸性環境下。乳鐵蛋白是人類天然免疫系統的重要組成部分。它不僅可以給病原菌造成缺乏鐵的環境，還可以結合在細菌表面，利用攜帶的高鐵離子產生氧自由基破壞細胞膜而殺死細菌。因為乳汁中乳鐵蛋白的存在可以抑制細菌繁殖，所以乳汁可以在常溫下保存一段時間而不會變質。上班族的新媽媽完全可以在工作的間隙把乳汁泵好，帶回家給寶寶吃。

宿主體內嚴重缺乏鐵的環境促使病原菌進化出了更多的方式獲得鐵營養。一些病原菌可以利用自己的蛋白酶破壞宿主的運鐵蛋白來釋放上面的高鐵離子為自己所用；一些病原菌可以利用可溶性分子還原並釋放儲鐵蛋白中的鐵。有些病原菌甚至能夠直接利用含鐵的血紅素。因為宿主細胞內含有相對較多的鐵，一些病原菌可以通過細胞的吞噬作用或者主動侵入到細胞內，寄生在細胞內獲得包括鐵在內的營養物質。

在病原菌中，目前只發現引起萊姆病的螺旋菌含有的鐵特別少，每個細胞內只有幾個鐵原子。對於其他生物來說這麼少的鐵是不足以維持其生命的，似乎表明萊姆螺旋菌不需要鐵就能生存。但是作為寄生菌，它需要從宿主獲得營養，宿主是依賴鐵的，因此它還是間接需要鐵的。

同動物一樣，細菌裡面鐵的含量也是嚴格調控的。很多細菌使用鐵吸收調控因子（Ferric uptake regulator，Fur）來調節和鐵吸收有關的基因的表達。該調控因子需要亞鐵離子作為輔因子，當細胞內含有較多亞鐵離子時，它結合在DNA的特殊序列上，抑制基因的表達；當細胞內含有的鐵較少時，它失去了亞鐵離子，就會脫離DNA從而啟動鐵吸收相關基因的表達，使細菌獲得更多的鐵。

還有些生物通過特殊的形式利用鐵。生物有氧呼吸的本質是把電子最終傳遞到氧分子上，從中獲得生命活動必須的能量。在氧氣匱乏的極端環境里，一些細菌擁有特殊的呼吸方式。比如在缺少氧氣的密閉礦坑中，一些細菌通過分泌可溶性小分子或者細胞表面的導電分子，把電子最終傳遞給含有鐵離子的礦物質，從而維持生命活動。

綜上所述，不論是直接的還是間接的，鐵是所有生命形式必須的營養元素。動物必須嚴格控制體內自由鐵的含量，從而避免氧自由基的傷害並防止病原菌的入侵。在宿主體內，鐵是稀缺的營養元素，病原菌和宿主的鐵資源爭奪戰將永遠進行下去。

（作者：稜子）

請您繼續閱讀更多來自 知識百科 的精彩文章: