Menschlicher Eisenstoffwechsel

Diagramm, das eine generalisierte Ansicht der zellulären Eisenhomöostase beim Menschen zeigt. Eisenimport kann durch Endozytose von auftreten Transferrin -Rezeptor 1 oder über Eisen -Eisenimporteure DMT1 und Zip14, die die Aktivität von Eisenreduktasen erfordern, wie z. STEAP2, SDR-2 und Dcytb. Intrazelluläres Eisen kann in gelagert werden Ferritin und verwendet für die Proteinbiosynthese oder zur Erzeugung reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und regulieren die Transkription über auf Eisen ansprechende Element-bindende Proteine (IRP1/2). Export tritt durch Ferroportin, oft unterstützt durch Hephaestin (HP) und/oder Ceruloplasmin (CP) und unterdrückt von Hepcidin.

Menschlicher Eisenstoffwechsel ist der Satz chemischer Reaktionen, die aufrechterhalten werden menschliche Homöostase von Eisen Auf systemischer und zellulärer Ebene. Eisen ist sowohl für den Körper als auch potenziell giftig erforderlich. Die Kontrolle des Eisenspiegels im Körper ist ein kritisch wichtiger Bestandteil vieler Aspekte der menschlichen Gesundheit und Krankheit. Hämatologen waren besonders an systemischem Eisen interessiert Stoffwechsel Weil Eisen für wichtig ist für rote Blutkörperchen, wo der größte Teil des Eisens des menschlichen Körpers enthalten ist. Das Verständnis des Eisenstoffwechsels ist auch wichtig für das Verständnis von Krankheiten von Eisenüberlastung, wie zum Beispiel erbliche Hämochromatose, und Eisenmangel, wie zum Beispiel Eisenmangelanämie.

Bedeutung der Eisenregulierung

Die Struktur von Hem b; "Fe" ist das chemische Symbol für Eisen, "II" zeigt seinen Oxidationszustand an.

Eisen ist eine wesentliche Bioelement für die meisten Lebensformen, von Bakterien zu Säugetiere. Seine Bedeutung liegt in seiner Fähigkeit, den Elektronentransfer zu vermitteln. Im Eisenstaat (fe2+), Eisen wirkt als Elektronendonor, während im Eisenstaat (fe3+) Es wirkt als ein Akzeptor. Somit spielt Eisen eine wichtige Rolle in der Katalyse von enzymatischen Reaktionen, die einen Elektronentransfer beinhalten (Reduktion und Oxidation, Redox). Proteine ​​können Eisen als Teil verschiedener enthalten Cofaktoren, wie zum Beispiel Eisen -Schwefel -Cluster (Fe-s) und Hem Gruppen, die beide zusammengebaut sind Mitochondrien.

Zellatmung

Hauptartikel: Zellatmung

Menschliche Zellen benötigen Eisen, um Energie als zu erhalten ATP aus einem mehrstufigen Prozess, der als Zellatmung bezeichnet wird, insbesondere von Oxidative Phosphorylierung am Mitochondrien Cristae. Eisen ist im Eisen -Sulfur -Cluster- und Häm -Gruppen der vorhanden Elektronentransportkette Proteine, die a erzeugen Protonengradient das erlaubt ATP -Synthase ATP synthetisieren (Chemiosmose).

Hämgruppen sind Teil von Hämoglobin, ein Protein, das in roten Blutkörperchen gefunden wird, die zum Transport von Sauerstoff aus dem dienen Lunge zu anderen Geweben. Hämgruppen sind auch in vorhanden Myoglobin Sauerstoff in Muskelzellen speichern und diffuse.

Sauerstofftransport

Siehe auch: Hämoglobin und Myoglobin

Der menschliche Körper braucht Eisen für den Sauerstofftransport. Sauerstoff (o2) ist für das Funktionieren und das Überleben fast aller Zelltypen erforderlich. Sauerstoff wird von der Lunge zum Rest des Körpers transportiert, der an die gebunden ist Hem Gruppe von Hämoglobin in roten Blutkörperchen. In Muskelnzellen bindet Eisen Sauerstoff an Myoglobin, was seine Veröffentlichung reguliert.

Toxizität

Eisen ist auch potenziell giftig. Seine Fähigkeit, Elektronen zu spenden und zu akzeptieren Wasserstoffperoxid hinein freie Radikale. Freie Radikale können eine Vielzahl von zellulären Strukturen beschädigen und letztendlich die Zelle abtöten.[1]

Eisen an Proteine ​​gebunden oder Cofaktoren wie zum Beispiel Hem ist sicher. Es gibt auch praktisch keine wirklich freien Eisenionen in der Zelle, da sie leicht Komplexe mit organischen Molekülen bilden. Ein Teil des intrazellulären Eisen ist jedoch an Komplexe mit niedriger Affinität gebunden und wird als labiles Eisen oder "freies" Eisen bezeichnet. Eisen in solchen Komplexen können wie oben beschrieben Schäden verursachen.[2]

Um diese Art von Schäden zu verhindern, binden alle Lebensformen, die Eisen verwenden Proteine. Diese Bindung ermöglicht es Zellen, von Eisen zu profitieren und gleichzeitig ihre Fähigkeit zu begrenzen, Schaden zuzufügen.[1][3] Typische intrazelluläre labile Eisenkonzentrationen in Bakterien sind 10-20 mikromolar,[4] obwohl sie in anaeroben Umgebung 10-fach höher sein können,[5] wo freie Radikale und reaktive Sauerstoffspezies sind knapper. In Säugetierzellen sind intrazelluläre labile Eisenkonzentrationen typischerweise kleiner als 1 mikromolar, weniger als 5 Prozent des gesamten zellulären Eisen.[2]

Bakterienschutz

Elektronenmikroskopisch von E coli. Die meisten Bakterien, die menschliche Krankheiten verursachen, benötigen Eisen, um zu leben und sich zu vermehren.

Als Reaktion auf eine systemische bakterielle Infektion initiiert das Immunsystem einen Prozess, der als Eisen -Quellenstock bezeichnet wird. Wenn Bakterien überleben sollen, müssen sie Eisen aus ihrer Umwelt erhalten. Krankheitsverursachende Bakterien tun dies in vielerlei Hinsicht, einschließlich der Freigabe von Eisenbindungsmolekülen genannt Siderophoren und dann reabsorbieren sie, um Eisen zurückzugewinnen oder Eisen aus Hämoglobin und Transferrin. Je schwieriger die Bakterien arbeiten müssen, um Eisen zu bekommen, desto größer ist a Stoffwechselpreis Sie müssen bezahlen. Das bedeutet, dass sich mit Eisen-entschlossene Bakterien langsamer vermehren. Daher scheint die Kontrolle des Eisenspiegels eine wichtige Verteidigung gegen viele bakterielle Infektionen zu sein. Bestimmte Bakterienarten haben Strategien entwickelt, um diese Verteidigung zu umgehen. TB verursachen, dass Bakterien in innerhalb des Gebiets wohnen können Makrophagen, die eine eiserreiche Umgebung darstellen und Borrelia burgdorferi Verwendet Mangan anstelle von Eisen. Menschen mit erhöhten Eisenmengen, beispielsweise bei Hämochromatose, sind anfälliger für einige bakterielle Infektionen.[6]

Obwohl dieser Mechanismus eine elegante Reaktion auf kurzfristige bakterielle Infektionen ist, kann er zu Problemen führen, wenn er so lange dauert, dass dem Körper dem erforderlichen Eisen für die Produktion der roten Zellen entzogen wird. Entzündlich Zytokine Stimulieren Sie die Leber, um das Protein des Eisenstoffwechselregulators zu produzieren Hepcidin, das reduziert das verfügbare Eisen. Wenn die Hepcidinspiegel aufgrund von nicht bakteriellen Entzündungsquellen wie Virusinfektionen, Krebs, Autoimmunerkrankungen oder anderen chronischen Krankheiten zunehmen, dann die dann die Anämie chronischer Krankheiten kann resultieren. In diesem Fall beeinträchtigt die Eisenentsüdigung tatsächlich die Gesundheit, indem die Herstellung genügend hämoglobinhaltiger roter Blutkörperchen verhindert wird.[3]

Body Iron Stores

Illustration der Blutzellenproduktion in der Knochenmark. Im EisenmangelDas Knochenmark produziert weniger Blutzellen, und wenn sich der Mangel verschlimmert, werden die Zellen kleiner.

Die meisten gut ernährten Menschen in industrialisierten Ländern haben 4 bis 5 Gramm Eisen in ihrem Körper (~ 38 mg Eisen/kg Körpergewicht für Frauen und ~ 50 mg Eisen/kg Körper für Männer).[7] Davon über 2,5 g ist im Hämoglobin enthalten, das benötigt wird, um Sauerstoff durch das Blut zu tragen (etwa 0,5 mg Eisen pro ml Blut),[8] und der größte Teil der anderen (ungefähr 2 Gramm bei erwachsenen Männern und etwas weniger bei Frauen im gebärfähigen Alter) sind in enthalten Ferritin Komplexe, die in allen Zellen vorhanden sind, aber am häufigsten im Knochenmark, am häufigsten, Leber, und Milz. Die Leberspeicher von Ferritin sind die primäre physiologische Quelle für Reserve -Eisen im Körper. Die Eisenreserven in industrialisierten Ländern sind bei Kindern und Frauen im gebärfähigen Alter tendenziell niedriger als bei Männern und bei älteren Menschen. Frauen, die ihre Geschäfte benutzen müssen, um Eisen auszugleichen Menstruation, Schwangerschaft oder Stillzeit haben niedrigere Nicht-Hemoglobin-Körperspeicher, die aus bestehen können 500 mg, oder noch weniger.

Des gesamten Eisengehalts des Körpers, ungefähr 400 mg ist zellulären Proteinen gewidmet, die Eisen für wichtige zelluläre Prozesse wie das Speichern von Sauerstoff (Myoglobin) oder die Durchführung von energieproduktiven Redoxreaktionen (Myoglobin) verwenden (Cytochrome). Eine relativ kleine Menge (3–4 mg) zirkuliert durch die Plasma, gebunden nach Transferrin.[9] Aufgrund seiner Toxizität wird frei löslicher Eisen im Körper in geringer Konzentration gehalten.

Eisenmangel Beeinflusst zunächst die Lagerung von Eisen im Körper, und es wird angenommen, dass die Erschöpfung dieser Geschäfte relativ asymptomatisch ist, obwohl einige vage und unspezifische Symptome sind damit in Verbindung gebracht. Da Eisen hauptsächlich für Hämoglobin benötigt wird, Eisenmangelanämie ist die primäre klinische Manifestation eines Eisenmangels. Menschen mit Eisenmangel erleiden oder sterben an Organschäden, bevor deren Zellen aus dem Eisen ausgehen, das für intrazelluläre Prozesse wie den Elektronentransport benötigt wird.

Makrophagen des Reticuloendothel -System Lagern Sie Eisen als Teil des Prozesses, das Hämoglobin aus verschlungenen roten Blutkörperchen abzubauen und zu verarbeiten. Eisen wird auch als Pigment aufbewahrt genannt Hämosiderin, eine schlecht definierte Ablagerung von Protein und Eisen, die durch Makrophagen erzeugt wird, in denen überschüssiger Eisen vorhanden ist, entweder lokal oder systemisch, z. B. bei Menschen mit Eisenüberladung aufgrund einer häufigen Zerstörung der Blutkörperchen und der erforderlichen Transfusionen, die ihr Zustand verlangt. Wenn eine systemische Eisenüberladung korrigiert wird, wird das Hämosiderin im Laufe der Zeit von den Makrophagen langsam resorbiert.

Mechanismen der Eisenregulierung

Menschen benutzen 20 mg von Eisen jeden Tag für die Produktion von neu rote BlutkörperchenVieles davon wird aus alten roten Blutkörperchen recycelt.

Die menschliche Eisenhomöostase wird auf zwei verschiedenen Ebenen reguliert. Der systemische Eisenspiegel wird durch die kontrollierte Absorption von Nahrung von Eisen durch ausgeglichen Enterozyten, die Zellen, die das Innere der auskleiden Innereienund der unkontrollierte Eisenverlust durch epitheliale Abschläge, Schweiß, Verletzungen und Blutverlust. Darüber hinaus wird systemisches Eisen kontinuierlich recycelt. Die zellulären Eisenspiegel werden durch verschiedene Zelltypen aufgrund der Expression bestimmter Eisenregulations- und Transportproteine ​​unterschiedlich gesteuert.

Systemische Eisenregulierung

Hephaestin ist ein Enzym, das Eisen aus Enterozyten freigesetzt wird. Die Regulation der Hephaestin -Expression ist einer der Mechanismen, die die Eisenabsorption durch den Körper steuern.

Nahrungsenaufnahme

Die Absorption von Nahrung ist ein variabler und dynamischer Prozess. Die Menge an Eisen, die im Vergleich zur aufgenommenen Menge absorbiert ist, ist typischerweise niedrig, kann jedoch je nach Umständen und Eisentypen zwischen 5% und 35% liegen. Die Effizienz, mit der Eisen absorbiert wird, variiert je nach Quelle. Im Allgemeinen stammen die am besten absorbierten Eisenformen von tierischen Produkten. Die Absorption von Eisen in Eisensalz (wie in den meisten Nahrungsergänzungsmitteln) variiert etwas je nach Eisenbedarf des Körpers und liegt normalerweise zwischen 10% und 20% der Eisenaufnahme. Die Absorption von Eisen aus tierischen Produkten und einigen pflanzlichen Produkten besteht in Form von Hämeisen und ist effizienter, was eine Absorption von 15% bis 35% der Aufnahme ermöglicht. Hämeisen bei Tieren stammt aus Blut und häm-haltigen Proteinen in Fleisch und Mitochondrien, während in Pflanzen Hämeisen in Mitochondrien in allen Zellen vorhanden ist, die Sauerstoff zur Atmung verwenden.

Wie bei den meisten Mineralnährstoffen wird der Großteil des von verdauten Lebensmitteln oder Nahrungsergänzungsmitteln absorbierten Eisen in die absorbiert Zwölffingerdarm durch Enterozyten des Zwölffingerdarms. Diese Zellen haben spezielle Moleküle, die es ihnen ermöglichen, Eisen in den Körper zu bewegen. Um absorbiert zu werden, kann ein Eisen -Eisen als Teil eines Proteins wie Hämprotein oder Eisen in seiner Eisen -Fe sein2+ bilden. Ein Eisen -Reduktase -Enzym auf den Enterozyten ' Bürstensaum, duodenales Cytochrom B (duodenaler Cytochrom ()Dcytb), reduziert Eisen Fe3+ zu fe2+.[10] Ein Protein namens Teile Metalltransporter 1 (DMT1), die mehrere transportieren können zweiwertig Metalle über die Plasmamembran und transportieren dann Eisen über die Enterozyten Zellmembran in die Zelle. Wenn das Eisen verpflichtet ist, zu häm, wird es stattdessen durch die apikale Membran transportiert Häm -Trägerprotein 1 (HCP1).[11] Hem ist dann katabolisiert durch mikrosomal Häm -Oxygenase hinein BiliverdinFeuring Fe2+.[12]

Diese Darmauskleidungszellen können das Eisen dann als aufbewahren Ferritin, was durch Fe erreicht wird2+ Bindung an apoferritin (in diesem Fall verlässt das Eisen den Körper Kot) oder die Zelle kann sie über den einzigen bekannten Eisenexporteur in Säugetieren in den Körper freisetzen. Ferroportin. Hephaestin, a Ferroxidase Das kann Fe oxidieren2+ zu fe3+ und ist hauptsächlich im Dünndarm vorhanden, hilft dem Ferroportin, Eisen über das basolaterale Ende der Darmzellen zu übertragen. Bei der Freilassung in den Blutkreislauf, Fe3+ Bindet Transferrin und zirkuliert an Gewebe. Im Gegensatz dazu wird Ferroportin posttranslational unterdrückt von Hepcidin, ein 25-Aminosäure-Peptidhormon. Der Körper reguliert den Eisenspiegel, indem er jedes dieser Schritte reguliert. Beispielsweise synthetisieren Enterozyten mehr DCYTB, DMT1 und Ferroportin als Reaktion auf Eisenmangelanämie.[13] Die Eisenabsorption aus der Ernährung wird in Gegenwart von Vitamin C verstärkt und durch überschüssiges Kalzium, Zink oder Mangan verringert.[14]

Die Eisenabsorption des menschlichen Körpers scheint auf eine Vielzahl von voneinander abhängigen Faktoren zu reagieren, einschließlich der gesamten Eisenspeicher, inwieweit das Knochenmark neue rote Blutkörperchen produziert, die Konzentration des Hämoglobins im Blut und den Sauerstoffgehalt der Blut. Der Körper absorbiert auch in Zeiten von Zeiten weniger Eisen Entzündung, um Bakterien von Eisen zu entziehen. Jüngste Entdeckungen zeigen, dass die Hepcidin -Regulation von Ferroportin für das Syndrom der Anämie chronischer Erkrankungen verantwortlich ist.

Eisenrecycling und Verlust

Der größte Teil des Eisen im Körper wird vom Reticuloendothel -System gehortet und recycelt, das gealterte rote Blutkörperchen abbricht. Im Gegensatz zur Eisenaufnahme und Recycling gibt es keinen physiologischen regulatorischen Mechanismus für Ausscheidung Eisen. Menschen verlieren eine kleine, aber stetige Menge durch Magen -Darm -Blutverlust, Schwitzen und durch Abguss von Zellen der Haut und der Schleimhaut Auskleidung der Magen-Darmtrakt. Die Gesamtmenge des Verlusts für gesunde Menschen in den Industrieländern beträgt einen geschätzten Durchschnitt von 1 mg Ein Tag für Männer und 1,5–2 mg pro Tag für Frauen mit regelmäßigen Menstruationszeiten.[15] Menschen mit gastrointestinalen parasitären Infektionen, die häufiger in Entwicklungsländern vorkommen, verlieren oft mehr.[1] Diejenigen, die die Absorption nicht gut genug regulieren können, erhalten Störungen der Eisenüberladung. Bei diesen Krankheiten beginnt die Toxizität von Eisen, die Fähigkeit des Körpers zu überwältigen, ihn zu binden und zu speichern.[16]

Zelluläre Eisenregulation

Eisenimport

Die meisten Zelltypen nehmen Eisen hauptsächlich durch durch Rezeptor-vermittelte Endozytose über Transferrin -Rezeptor 1 (TFR1), Transferrinrezeptor 2 (Tfr2) und Gapdh. TFR1 hat eine 30-fach höhere Affinität für transferrin-gebundenes Eisen als TFR2 und ist daher der Hauptakteur in diesem Prozess.[17][18] Das multifunktionelle glykolytische Enzymglyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH) der höheren Ordnung wirkt ebenfalls als Transferrinrezeptor.[19][20] Durch diese Transferrin-Rezeptoren wird übertransferrin gebundenes Eisen-Eisen erkannt, wodurch eine Konformationsänderung ausgelöst wird, die Endozytose verursacht. Iron tritt dann über den Importeur DMT1 in das Zytoplasma des Endosoms ein, nachdem er durch eine STEAP -Familie Reduktase auf seinen Eisenzustand reduziert wurde.[21]

Alternativ kann Eisen in die Zelle direkt über Plasmamembran-Divalentkationskation-Importeure wie DMT1 und ZIP14 (ZRT-IRT-ähnliches Protein 14) gelangen.[22] Auch hier tritt Eisen in den Eisenzustand in den Zytoplasma ein, nachdem er im extrazellulären Raum durch eine Reduktase wie STEAP2, STEAP3 (in roten Blutkörperchen), DCYTB (in Enterozyten) und SDR2 reduziert wurde.[21]

Der labile Eisenpool

Im Zytoplasma befindet sich Eisen in einem löslichen, chelatablen Zustand, der den labilen Eisenpool (~ 0,001 mm) ausmacht.[23] In diesem Pool wird angenommen, dass Eisen an Verbindungen mit niedriger Masse wie Peptiden, Carboxylate und Phosphaten gebunden sind, obwohl einige in einer freien, hydratisierten Form sein könnten (Aqua -Ionen).[23] Alternativ könnten Eisenionen an spezielle Proteine ​​gebunden sein Metallochaperone.[24] Speziell Poly-R (C) -bindende Proteine PCBP1 und PCBP2 scheinen den Transfer von freiem Eisen auf Ferritin (zur Lagerung) und nicht-Häm-Eisenenzyme (zur Verwendung in der Katalyse) zu vermitteln.[22][25] Der labile Eisenpool ist möglicherweise toxisch, da die Eisen -Fähigkeit, reaktive Sauerstoffspezies zu erzeugen,. Eisen aus diesem Pool kann durch Mitochondrien über übernommen werden Mitferrin Fe-S-Cluster und Hämgruppen synthetisieren.[21]

Der Lagerungstabpool

Eisen kann in Ferritin als Eisen Eisen durch die gelagert werden Ferroxidase Aktivität der Ferritin schweren Kette.[26] Dysfunktionales Ferritin kann sich ansammeln als Hämosiderin, was bei Eisenüberladung problematisch sein kann.[27] Der Ferritin -Speicher -Eisenpool ist viel größer als der labile Eisenpool und liegt in Konzentration von 0,7 mm bis 3,6 mm.[23]

Eisenexport

Eisenexport tritt in einer Vielzahl von Zelltypen auf, einschließlich Neuronen, rote Blutkörperchen, Makrophagen und Enterozyten. Die beiden letzteren sind besonders wichtig, da der systemische Eisenspiegel von ihnen abhängt. Es gibt nur einen bekannten Eisenexporteur, Ferroportin.[28] Es transportiert Eisen Eisen aus der Zelle, im Allgemeinen unterstützt durch Ceruloplasmin und/oder Hephaestin (meistens in Enterozyten), die Eisen in seinem Eisenzustand oxidieren, damit es Ferritin im extrazellulären Medium binden kann.[21] Hepcidin verursacht die Internalisierung von Ferroportin und verringert den Eisenexport. Außerdem scheint Hepcidin sowohl TFR1 als auch DMT1 durch einen unbekannten Mechanismus herunterzuregulieren.[29] Ein weiterer Spieler, der Ferroportin bei der Bewirkung des Zelleisenexports unterstützt, ist GAPDH.[30] Eine spezifische posttranslationell modifizierte Isoform von GAPDH wird auf die Oberfläche von eisernen Zellen rekrutiert, wo es Apo-Transferrin in unmittelbarer Nähe von Ferroportin rekrutiert, um das Eisen extrudiert schnell zu chelatieren.[31]

Die Expression von Hepcidin, die nur in bestimmten Zelltypen auftritt, wie z. Hepatozyten, wird auf Transkriptionsebene eng gesteuert und repräsentiert die Verbindung zwischen zellulärer und systemischer Eisenhomöostase aufgrund der Rolle von Hepcidin als "Gatekeeper" der Eisenfreisetzung von Enterozyten in den Rest des Körpers.[21] Erythroblasten produzieren Erythroferrone, ein Hormon, das Hepcidin hemmt und so die für die Hämoglobinsynthese benötigte Eisenverfügbarkeit erhöht.[32]

Translationskontrolle von zellulärem Eisen

Obwohl auf Transkriptionsebene eine gewisse Kontrolle besteht auf Eisen ansprechende Element-bindende Proteine IRP1 und insbesondere IRP2.[33] Wenn die Eisenspiegel niedrig sind, können diese Proteine ​​an binden auf Eisen ansprechende Elemente (IRES). IRES sind Stammschleifenstrukturen in den nicht translatierten Regionen (UTRs) von mRNA.[21]

Sowohl Ferritin als auch Ferroportin enthalten einen Zorn in ihren 5' -UTRs, so dass unter Eisenmangel durch IRP2 unterdrückt wird, was die unnötige Synthese von Speicherprotein und den schädlichen Export von Eisen verhindert. Im Gegensatz dazu enthalten TFR1 und einige DMT1 -Varianten 3 'UTR IRES, die IRP2 unter Eisenmangel binden und die mRNA stabilisieren, was die Synthese von Eisenimporteuren garantiert.[21]

Pathologie

Hauptartikel: Eisenstoffwechselstörung

Eisenmangel

Hauptartikel: Eisenmangel
Eisen ist ein wichtiges Thema in Schwangerschaftsvorsorge Weil Frauen manchmal von den erhöhten Eisenanforderungen einer Schwangerschaft auf Eisenmangel werden können.

Funktioneller oder tatsächlicher Eisenmangel kann aus einer Vielzahl von Ursachen zurückzuführen sein. Diese Ursachen können in verschiedene Kategorien eingeteilt werden:

  • Erhöhte Nachfrage nach Eisen, die die Diät nicht berücksichtigen kann.
  • Erhöhter Eisenverlust (normalerweise durch Blutverlust).
  • Ernährungsmangel. Dies kann aufgrund eines Mangels an Eisen- oder Nahrungsmittelkonsum von Lebensmitteln entstehen, die die Eisenabsorption hemmen. Die Absorptionshemmung wurde beobachtet durch verursacht durch Phytates in Kleie,[34] Kalzium aus Nahrungsergänzungsmitteln oder Milchprodukten,[35] und Tannine aus Tee,[36] Obwohl in allen drei Studien der Effekt gering war und die Autoren der zitierten Studien bezüglich Kleie und Tee beachten, dass der Effekt wahrscheinlich nur einen spürbaren Einfluss haben wird, wenn die meisten Eisen aus Pflanzenquellen erhalten werden.
  • Säure-reduzierende Medikamente: Säure-reduzierende Medikamente verringern die Absorption von Eisen. Diese Medikamente werden üblicherweise für Gastritis, Refluxerkrankungen und Geschwüre eingesetzt. Protonenpumpeninhibitoren (PPIs), H2 Antihistaminikaund Antazida reduzieren den Eisenstoffwechsel.[37]
  • Schädigung der Darmauskleidung. Beispiele für Ursachen für diese Art von Schäden umfassen eine Operation mit dem Zwölffingerdarm oder Krankheiten wie Crohns oder Zöliakie Sprebes die die für die Absorption verfügbare Oberfläche erheblich reduzieren. Helicobacter pylori Infektionen verringern auch die Verfügbarkeit von Eisen.[38]
  • Entzündung, die zu hepcidin-induzierter Einschränkung der Eisenfreisetzung von Enterozyten führt (siehe oben).
  • Ist auch bei schwangeren Frauen und bei wachsenden Jugendlichen aufgrund schlechter Diäten häufig vorkommend.
  • Akuter Blutverlust oder akute Leberzirrhose erzeugt einen Mangel an Transferrin, wodurch Eisen aus dem Körper sekretiert werden.

Eisenüberlastung

Hauptartikel: Eisenüberlastung

Der Körper kann die Eisenmenge, die er über die Schleimhaut absorbiert, erheblich reduzieren. Es scheint nicht in der Lage zu sein, den Eisentransportprozess vollständig zu schließen. In Situationen, in denen überschüssiges Eisen die Darmschleimhaut selbst schädigt (zum Beispiel, wenn Kinder eine große Menge Eisentabletten für den Erwachsenenkonsum essen), kann noch mehr Eisen in den Blutkreislauf gelangen und ein potenziell tödliches Syndrom der Eisenüberladung verursachen. Große Mengen an freiem Eisen im Kreislauf verursachen schädige kritische Zellen in der Leber, die Herz und andere metabolisch aktive Organe.

Die Eisentoxizität ergibt sich, wenn die Menge an zirkulierendem Eisen die Menge an Übertragung überschreitet, die zur Bindung verfügbar ist, der Körper jedoch in der Lage ist, seine Eisenaufnahme energisch zu regulieren. Daher ist die Eisentoxizität durch Einnahme in der Regel das Ergebnis außergewöhnlicher Umstände wie Eisentablettenüberkonsum[1][39] eher als Variationen in Diät. Die Art der akuten Toxizität aus Eisenaufnahme verursacht unter anderem schwere Schleimhautschäden im Magen -Darm -Trakt.

Überschüssiges Eisen wurde mit höheren Krankheits- und Mortalitätsraten verbunden. Zum Beispiel Brustkrebspatienten mit niedrigem Ferroportin Die Expression (was zu höheren Konzentrationen von intrazellulärem Eisen führt) überleben durchschnittlich einen kürzeren Zeitraum, während eine hohe Ferroportin-Expression 90% 10-Jahres-Überleben bei Brustkrebspatienten voraussetzt.[40] In ähnlicher Weise verringern genetische Variationen in Eisentransportergenen, von denen bekannt ist, dass sie die Serumeisenspiegel erhöhen Lebensspanne und die durchschnittliche Anzahl der Jahre bei guter Gesundheit.[41] Es wurde vermutet, dass Mutationen, die die Eisenabsorption erhöhen, wie die für Hämochromatose verantwortlich (siehe unten), während während der Auswahl neolithisch Zeiten, wie sie a zur Verfügung stellten selektiver Vorteil gegen Eisenmangelanämie.[42] Die Zunahme des systemischen Eisenspiegels wird im Alter pathologisch, was die Vorstellung unterstützt, dass Antagonistische Pleiotropie oder "Hyperfunktion" treibt das Altern des Menschen an.[41]

Die chronische Eisentoxizität ist normalerweise das Ergebnis von mehr chronischen Eisenüberlast -Syndromen, die mit genetischen Erkrankungen, wiederholten Transfusionen oder anderen Ursachen assoziiert sind. In solchen Fällen können die Eisenspeicher eines Erwachsenen 50 Gramm (10 -mal normales Gesamtkörpereisen) oder mehr erreichen. Die häufigsten Krankheiten der Eisenüberladung sind erbliche Hämochromatose (HH), verursacht durch Mutationen in der Hfe Gen und die schwerwiegendere Krankheit Juvenile Hämochromatose (JH), verursacht durch Mutationen in beiden Hemojuvelin (HJV)[43] oder hepcidin (Hamp). Die genauen Mechanismen der meisten verschiedenen Formen der erwachsenen Hämochromatose, die die meisten der genetischen Eisenüberlastungsstörungen ausmachen, bleiben ungelöst. Während Forscher in der Lage waren, genetische Mutationen zu identifizieren, die mehrere erwachsene Varianten der Hämochromatose verursachen, müssen sie nun der normalen Funktion dieser mutierten Gene aufmerksam machen.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b c Conrad Me, Umbreit JN (April 2000). "Störungen des Eisenstoffwechsels". Das New England Journal of Medicine. 342 (17): 1293–4. doi:10.1056/NEJM200004273421716. PMID 10787338.
  2. ^ a b Kakhlon O, Cabantchik Zi (2002). "Der labile Eisenpool: Charakterisierung, Messung und Teilnahme an zellulären Prozessen". Biologie und Medizin für freie Radikale. 33 (8): 1037–1046. doi:10.1016/s0891-5849 (02) 01006-7. PMID 12374615.
  3. ^ a b Andrews NC (Dezember 1999). "Störungen des Eisenstoffwechsels". Das New England Journal of Medicine. 341 (26): 1986–95. doi:10.1056/nejm199912233412607. PMID 10607817.
  4. ^ Yan Y, Waite-Cusic JG, Kuppusamy P, Yousef AE (Januar 2013). "Intrazelluläres freies Eisen und seine potenzielle Rolle bei der durch Ultrahochdruck induzierten Inaktivierung von Escherichia coli". Angewandte und Umweltmikrobiologie. 79 (2): 722–724. Bibcode:2013apenm..79..722y. doi:10.1128/AEM.02202-12. PMC 3553779. PMID 23124235.
  5. ^ Yamamoto Y, Fukui K, Koujin N, Ohya H, Kimura K, Kamio Y (2004). "Die Regulation des intrazellulären freien Eisenpools durch DPR sorgt für Sauerstofftoleranz gegenüber Streptococcus -Mutans". Journal of Bacteriology. 186 (18): 5997–6002. doi:10.1128/jb.186.18.5997-6002.2004. PMC 515136. PMID 15342568.
  6. ^ Ganz T (August 2003). "Hepcidin, ein wichtiger Regulator des Eisenstoffwechsels und Mediatorin für Entzündung". Blut. 102 (3): 783–8. doi:10.1182/Blood-2003-03-0672. PMID 12663437.
  7. ^ Gropper, Sareen S.; Smith, Jack L. (2013). Fortgeschrittene Ernährung und menschlichen Stoffwechsel (6. Aufl.). Belmont, CA: Wadsworth. p. 481. ISBN 978-1133104056.
  8. ^ Truswell, A. Stewart (2010-07-15). ABC der Ernährung. John Wiley & Sons. p. 52. ISBN 9781444314229.
  9. ^ Camaschella C, Schrier SL (2011-11-07). "Regulierung des Eisenbilanzs". Auf dem neusten Stand. Abgerufen 2012-03-11.
  10. ^ McKie at, Barrow D, Latunde-Dada Go, Rolfs A, Sager G, Mudaly E, Mudaly M, Richardson C, Barlow D, Bomford A, Peters TJ, Raja KB, Shirali S, Hediger MA, Farzaneh F, Simpson RJ (( März 2001). "Eine eisenregulierte Eisenreduktase, die mit der Absorption von Eisen in der Nahrung assoziiert ist". Wissenschaft. 291 (5509): 1755–9. Bibcode:2001Sci ... 291.1755m. doi:10.1126/Science.1057206. PMID 11230685. S2CID 44351106.
  11. ^ Rouault, Tracey A. (2005-09-09). "Der Darm -Häm -Transporter enthüllte". Zelle. 122 (5): 649–651. doi:10.1016/j.cell.2005.08.027. ISSN 0092-8674. PMID 16143096. S2CID 9180328.
  12. ^ Przybyszewska, Justyna; Żekanowska, Ewa (2014). "Die Rolle von Hepcidin, Ferroportin, HCP1 und DMT1 -Protein in der Eisenabsorption im menschlichen Verdauungstrakt". Gastroenterologie Review. 4: 208–213. doi:10.5114/pg.2014.45102.
  13. ^ Fleming Re, Bacon BR (April 2005). "Orchestrierung der Eisenhomöostase". Das New England Journal of Medicine. 352 (17): 1741–4. doi:10.1056/nejmp048363. PMID 15858181.
  14. ^ Abbaspour, Nazanin (Februar 2014). "Überprüfung über Eisen und seine Bedeutung für die menschliche Gesundheit". J res Med Sci. 19 (2): 164–174. PMC 3999603. PMID 24778671.
  15. ^ Janet, R Hunt (Juni 2009). "Körpereisenausscheidung durch gesunde Männer und Frauen". Das American Journal of Clinical Nutrition. 89 (6): 1792–1798. doi:10.3945/ajcn.2009.27439. PMID 19386738.
  16. ^ Schrier SL, Bacon BR (2011-11-07). "Eisenüberlast -Syndrome außer erblicher Hämochromatose". Auf dem neusten Stand. Abgerufen 2012-03-11.{{}}: CS1 Wartung: Verwendet Autorenparameter (Link)
  17. ^ Kawabata H, Germain RS, Vuong PT, Nakamaki T, sagte JW, Koeffler HP (Juni 2000). "Transferrin-Rezeptor 2-alpha unterstützt das Zellwachstum sowohl in eisenkelreichen kultivierten Zellen als auch in vivo". Das Journal of Biological Chemistry. 275 (22): 16618–25. doi:10.1074/jbc.m908846199. PMID 10748106.
  18. ^ West AP, Bennett MJ, Sellers VM, Andrews NC, Enns CA, Bjorkman PJ (Dezember 2000). "Vergleich der Wechselwirkungen des Transferrinrezeptors und des Transferrinrezeptors 2 mit Transferrin und dem erblichen Hämochromatose -Protein HFE". Das Journal of Biological Chemistry. 275 (49): 38135–8. doi:10.1074/jbc.c000664200. PMID 11027676.
  19. ^ Kumar S., Sheokand N., Mhadeshwar MA, Raje CI, Raje M (Januar 2012). "Charakterisierung der Glyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase als neuartiger Transferrinrezeptor". Das International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 44 (1): 189–99. doi:10.1016/j.biocel.2011.10.016. PMID 22062951.
  20. ^ Sheokand N., Kumar S., Malhotra H., Tillu V., Raje CI, Raje M (Jun 2013). "Sekretierte Glyceraldehye-3-phosphat [sic] Dehydrogenase ist ein multifunktionales autokrines Transferrinrezeptor für die zelluläre Eisenaufnahme. " Biochimica et Biophysica Acta. 1830 (6): 3816–27. doi:10.1016/j.bben.2013.03.019. PMID 23541988.
  21. ^ a b c d e f g Hentze MW, Muckenthaler MU, Galy B, Camaschella C (Jul 2010). "Zwei zu Tango: Regulierung des Eisenstoffwechsels von Säugetieren". Zelle. 142 (1): 24–38. doi:10.1016/j.cell.2010.06.028. PMID 20603012. S2CID 23971474.
  22. ^ a b Lane, D.J.R.; Merlot, A.M.; Huang, M. L.-H.; Bae, D.-H.; Jansson, P.J.; Sahni, S.; Kalinowski, D. S.; Richardson, D.R. (Mai 2015). "Zelleisenaufnahme, Handel und Stoffwechsel: Schlüsselmoleküle und Mechanismen und ihre Rolle bei Krankheiten". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molekulare Zellforschung. 1853 (5): 1130–1144. doi:10.1016/j.bbamcr.2015.01.021. PMID 25661197.
  23. ^ a b c Yehuda S, Mostofsky Di, Hrsg. (2010). Eisenmangel und Überladung von der grundlegenden Biologie zur klinischen Medizin. Ernährung und Gesundheit. New York, NY: Humana Press. p. 230. doi:10.1007/978-1-59745-462-9. ISBN 9781934115220.
  24. ^ Finney La, O'Halloran TV (Mai 2003). "Übergangsmetallspeziation in der Zelle: Erkenntnisse aus der Chemie der Metallionenrezeptoren". Wissenschaft. 300 (5621): 931–6. Bibcode:2003Sci ... 300..931f. doi:10.1126/Science.1085049. PMID 12738850. S2CID 14863354.
  25. ^ Philpott, Caroline C.; Ryu, Moon-suhn (22. Juli 2014). "Sonderabgabe: Eisen im Zytosol von Säugetierzellen verteilen". Grenzen in der Pharmakologie. 5: 173. doi:10.3389/fphar.2014.00173. PMC 4106451. PMID 25101000.
  26. ^ Arosio P, Levi S (August 2002). "Ferritin, Eisenhomöostase und oxidativer Schaden". Freie Radikalbiologie & Medizin. 33 (4): 457–63. doi:10.1016/s0891-5849 (02) 00842-0. PMID 12160928.
  27. ^ Rouault TA, Cooperman S (September 2006). "Hirneisenstoffwechsel". Seminare in der pädiatrischen Neurologie. 13 (3): 142–8. doi:10.1016/j.spen.2006.08.002. PMID 17101452.
  28. ^ Ganz T (März 2005). "Cellular Iron: Ferroportin ist der einzige Ausweg". Cell Metabolism. 1 (3): 155–7. doi:10.1016/j.cmet.2005.02.005. PMID 16054057.
  29. ^ Du F, Qian C, Qian ZM, Wu XM, Xie H, Yung WH, Ke Y (Juni 2011). "Hepcidin hemmt direkt die Expression von Transferrinrezeptor 1 in Astrozyten über eine cyclische Amp-Protein-Kinase A-Weg". Glia. 59 (6): 936–45. doi:10.1002/glia.21166. PMID 21438013. S2CID 25678955.
  30. ^ Boradia, Vishant Mahendra; Raje, Manoj; Raje, Chaaya Iyengar (1. Dezember 2014). "Proteinmondlicht im Eisenstoffwechsel: Glyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH)". Biochemische Gesellschaft Transaktionen. 42 (6): 1796–1801. doi:10.1042/BST20140220. PMID 25399609.
  31. ^ Sheokand N., Malhotra H., Kumar S., Tillu VA, Chauhan AS, Raje CI, Raje M (Oktober 2014). "Mondscheinung der Zelloberfläche GAPDH rekrutiert Apotransferrin, um den Eisenausgang aus Säugetierzellen zu bewirken". Journal of Cell Science. 127 (Pt 19): 4279–91. doi:10.1242/jcs.154005. PMID 25074810.
  32. ^ Kautz L, Jung G, Valore EV, Rivella S., Nemeth E, Ganz T. (Jul 2014). "Identifizierung von Erythroferrone als Erythroid -Regulator des Eisenstoffwechsels". Naturgenetik. 46 (7): 678–84. doi:10.1038/ng.2996. PMC 4104984. PMID 24880340.
  33. ^ Muckenthaler MU, Galy B, Hentze MW (2008). "Systemische Eisenhomöostase und das auf Eisen reagierende Element/Eisenregulierungsprotein (IRP/IRP) Regulationsnetzwerk". Annual Review of Nutrition. 28: 197–213. doi:10.1146/annurev.nutr.28.061807.155521. PMID 18489257.
  34. ^ Hallberg L (1987). "Weizenfaser, Phytaten und Eisenabsorption". Scand J Gastroenterol Supply. 129: 73–9. doi:10.3109/00365528709095855. PMID 2820048.
  35. ^ Lynch SR (2000). "Die Wirkung von Calcium auf die Eisenabsorption". Nutres res rev. 13 (2): 141–58. doi:10.1079/095442200108729043. PMID 19087437.
  36. ^ Disler PB, Lynch SR, Charlton RW, Torrance JD, Bothwell TH, Walker RB, et al. (1975). "Die Wirkung von Tee auf die Eisenabsorption". Darm. 16 (3): 193–200. doi:10.1136/gut.16.3.193. PMC 1410962. PMID 1168162.
  37. ^ "Auf dem neusten Stand".
  38. ^ Annibale, Bruno; Capurso, Gabriele; Martino, Gina; Grossi, Cristina; Delle Fave, Gianfranco (Dezember 2000). "Eisenmangelanämie und Helicobacter Pylori -Infektion". Internationales Journal of Antimicrobial Agents. 16 (4): 515–519. doi:10.1016/s0924-8579 (00) 00288-0. PMID 11118871.
  39. ^ Rudolph CD (2003). Rudolphs Pädiatrie. New York: McGraw-Hill, Medical Pub. Aufteilung. ISBN 978-0-07-112457-7.
  40. ^ Pinnix, Zandra K.; Miller, Lance D.; Wang, Wei; D'Agostino, Ralph; Kute, Tim; Willingham, Mark C.; Hatcher, Heather; Tesfay, Lia; Sui, Guangchao (2010-08-04). "Ferroportin und Eisenregulation bei Brustkrebsprogression und Prognose". Science Translational Medicine. 2 (43): 43RA56. doi:10.1126/scitranslmed.3001127. ISSN 1946-6234. PMC 3734848. PMID 20686179.
  41. ^ a b Timmers, Paul R. H. J.; Wilson, James F.; Joshi, Peter K.; Deelen, Joris (Juli 2020). "Der multivariate genomische Scan impliziert neue Loci- und Häm -Stoffwechsel im menschlichen Alterung". Naturkommunikation. 11 (3570): 3570. Bibcode:2020natco..11.3570t. doi:10.1038/s41467-020-17312-3. PMC 7366647. PMID 32678081.
  42. ^ Rametta, Raffaela; Meroni, Marica; Dongiovanni, Paola (15. Mai 2020). "Von der Umgebung zu Genom und zurück: Eine Lektion aus HFE -Mutationen". International Journal of Molecular Sciences. 21 (10): 3505. doi:10.3390/IJMS21103505. PMC 7279025. PMID 32429125.
  43. ^ Severyn CJ, Shinde U, Rotwein P (September 2009). "Molekulare Biologie, Genetik und Biochemie der abstoßenden Guidance -Molekülfamilie". Das biochemische Journal. 422 (3): 393–403. doi:10.1042/BJ20090978. PMC 4242795. PMID 19698085.

Weitere Lektüre

Externe Links