铁吸收的生物化学

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基础知识

有两种类型的可吸收膳食铁：血红素和非血红素铁。

来自动物食物来源（肉类、海鲜、家禽）的血红蛋白和肌红蛋白的血红素铁是最容易吸收的形式（15% 至35%），占我们总吸收铁的10% 或更多。
非血红素铁来源于植物和铁强化食品，吸收性较差。

尽管铁在环境中相对丰富，而且人类每日铁需求量相对较低，但铁通常是人类饮食中限制生长的营养素。铁摄入量低是发达国家大多数贫血的原因，也是非工业化国家近一半贫血的原因。铁吸收不足的一个原因是，在暴露于氧气后，铁会形成高度不溶的氧化物，这些氧化物在人体胃肠道中无法吸收。人肠上皮细胞含有顶端膜结合酶，其活性可以调节，并且可以将不溶性铁 (Fe3+) 还原为可吸收的亚铁 (Fe2+) 离子。

虽然缺铁是一个相对常见的问题，但它并不是铁平衡谱中唯一必须避免的极端情况。铁过载多对心脏、肝脏和内分泌器官的伤害尤其大。过量的亚铁通过芬顿反应形成自由基，通过与脂质、蛋白质和核酸的氧化反应对组织造成损害。因此，在可能的情况下，饮食中的铁吸收和影响体内生物利用度的因素受到严格控制。

细胞层面

大多数膳食铁的吸收发生在十二指肠和近端空肠，很大程度上取决于铁原子的物理状态。在生理 pH 值下，铁以氧化的三价铁 (Fe3+) 状态存在。要被吸收，铁必须处于亚铁 (Fe2+) 状态或被血红素等蛋白质结合。十二指肠近端胃酸的低 pH 值允许铁还原酶十二指肠细胞色素 B (Dcytb) 在肠细胞的刷状缘上将不溶性铁 (Fe3+) 转化为可吸收的亚铁 (Fe2+) 离子。胃酸的产生在血浆铁稳态中起关键作用。当使用质子泵抑制剂如奥美拉唑时，铁的吸收会大大降低。一旦三价铁在肠腔内被还原为二价铁，肠细胞顶膜上的一种称为二价金属阳离子转运蛋白 1 (DMT1) 的蛋白质将铁转运穿过顶膜进入细胞。缺氧诱导因子 2 (HIF-2α) 在肠粘膜的缺氧环境中上调 DMT1 和 Dcytb 的水平。

某些膳食化合物会抑制或增强十二指肠 pH 依赖性铁吸收过程。

铁吸收的抑制剂包括植酸盐，它是一种在植物性饮食中发现的化合物，对铁的吸收表现出剂量依赖性影响。多酚存在于红茶和凉茶、咖啡、葡萄酒、豆类、谷物、水果和蔬菜中，并已被证明可抑制铁的吸收。与仅阻止非血红素铁吸收的其他抑制剂（例如多酚和植酸盐）不同，钙在最初被肠细胞吸收时会抑制血红素和非血红素铁。酪蛋白、乳清、蛋清和植物蛋白等动物蛋白已被证明可抑制人体对铁的吸收。草酸存在于菠菜、甜菜、豆类和坚果中，具有结合和抑制铁吸收的作用。
铁吸收的增强剂主要是维生素C的作用，当它被包含在非血红素铁含量高的饮食中（通常是蔬菜含量高的膳食）时，它可以克服所有饮食抑制剂的作用。抗坏血酸在胃的低 pH 值中与三价铁 (Fe3+) 形成螯合物，这种螯合物在十二指肠的碱性环境中持续存在并保持可溶性。

分子层面

一旦进入肠细胞，铁可以以铁蛋白的形式储存或通过基底外侧膜转运到与铁转运蛋白结合的循环中。

铁蛋白是一种中空的球形蛋白质，由 24 个亚基组成，可增强体内铁水平的储存和调节。铁通过掺入称为水铁矿 [FeO(OH)]8[FeO(H2PO4)] 的固体结晶矿物中以 Fe3+ 状态存储在铁蛋白球的内部。

铁蛋白分子的单体具有氧化铁酶活性（Fe3+ ↔ Fe2+），使Fe2+ 离子从水铁矿晶格结构中迁移出来，使其随后通过ferroportin 流出肠上皮细胞并穿过肠上皮细胞的基底外侧膜进入循环。跨膜蛋白 ferroportin 是细胞铁的唯一流出途径，几乎完全受铁调素水平的调节。高水平的铁、炎性细胞因子和氧气导致肽激素铁调素水平升高。铁调素与 ferroportin 结合，导致其内化和降解，并有效地将细胞铁分流到铁蛋白储存中并防止其吸收到血液中。从而，

如果铁调素水平低且ferroportin 没有下调，亚铁(Fe2+) 可以从肠细胞中释放出来，在那里它再次被氧化成三价铁(Fe3+) 与转铁蛋白结合，转铁蛋白是其存在于血浆中的载体蛋白。两种含铜酶，血浆中的铜蓝蛋白和肠细胞基底外侧膜上的 hephaestin，催化亚铁氧化并随后与血浆中的转铁蛋白结合。转铁蛋白的主要作用是螯合铁以使其可溶，防止活性氧物质的形成，并促进其转运到细胞中。