轉鐵蛋白在無血清培養基中的作用

牛血清中含有牛種屬的轉鐵蛋白，由于轉鐵蛋白的保守性，牛轉鐵蛋白可對人和動物細胞起到很好地保護和支持作用，因此培養基中通常要加入牛血清從而組成*培養基。無血清培養基為達到與含血清培養基相同或相似的細胞培養性能，其中也必須添加轉鐵蛋白，以實現對細胞鐵離子平衡的調節，以及對細胞生長和增殖的維持。

轉鐵蛋白在無血清培養基中具有非常重要的作用，具體包括：

1) 避免細胞外環境中自由基的產生，防止細胞受到傷害

我們知道，自由基對細胞膜、蛋白質和 DNA 均有較大的損傷作用。如果細胞培養基中出現過多的自由基，被培養的細胞則容易受到傷害，而鐵正是形成自由基的罪魁禍首之一。

Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH- + •OH

從上面的反應式可以看出，Fe2+能使過氧化氫(H2O2)還原生成羥基自由基(•OH)，而羥基自由基是zui為活躍和作用zui強的氧自由基，對細胞的傷害很大。

轉鐵蛋白可以與鐵離子高親合力結合，當被添加入無血清培養基后，在細胞外的培養環境中基本不會存在游離的鐵離子，也就不會發生自由基反應，故可避免自由基對細胞的損傷。

2) 維持細胞的生長和增殖

我們對轉鐵蛋白的轉鐵作用都很了解，但其實轉鐵蛋白更重要的意義在于維持細胞的生長和增殖，也就是說，轉鐵蛋白有類似于生長因子的功能。

那么轉鐵蛋白是如何發揮維持細胞生長和增殖的作用呢？其實這還是與其轉鐵功能密切相關。

我們知道，細胞內有很多重要的蛋白(見表1)需要結合鐵離子后才能發揮其活性,這些蛋白基本上都與 DNA 的復制和修復，以及 DNA 的穩定性有關，也就是說它們影響著細胞的生長和增殖。

表1：細胞內重要含鐵蛋白的種類及功能

轉鐵蛋白通過與其在細胞表面的受體結合，將鐵離子轉運并釋放到細胞內后，這些鐵離子會與上述需鐵蛋白結合，然后發揮后者維持細胞生長和增殖的功能。如果無血清培養基中不含轉鐵蛋白，細胞內的需鐵蛋白將無法獲得鐵離子，因而會失去活性，導致細胞生長停滯或死亡。

3) 維持細胞內的鐵平衡

轉鐵蛋白的這個功能也很重要。對于細胞而言，并不是鐵越多越好，而應當是在適當的時間獲得適量的鐵。如果細胞內的鐵過多，也跟細胞外環境一樣，鐵會誘導產生破壞力*的羥基自由基。而如果細胞內鐵過少，則不足以維持細胞的生長和增殖。

那么轉鐵蛋白是如何調節細胞內的鐵平衡的呢？這與細胞表面的轉鐵蛋白受體有關。

細胞表面轉鐵蛋白受體的數目不是固定不變的，而是隨著細胞對鐵的需求程度而上調或下調，因而可自主影響細胞對鐵的攝取量。

一般而言，靜止未活化的細胞表面轉鐵蛋白受體相對較少，而活化增殖的細胞表面轉鐵蛋白受體數目顯著增加。如淋巴細胞在有絲分裂因子的刺激下會發生轉化，在 DNA 合成前數小時，轉鐵蛋白受體的數目明顯上調，鐵攝入也相應增加。而到了有絲分裂期，淋巴細胞表面轉鐵蛋白受體數目又明顯減少，這時細胞對鐵的需求量也降低了。腫瘤細胞均為快速增殖的細胞，所以相對于正常細胞，腫瘤細胞表面存在著大量的轉鐵蛋白受體，以滿足腫瘤細胞對鐵的大量需求[1]。

此外，在細胞培養中，轉鐵蛋白受體數目與培養環境中鐵的含量也密切相關。

培養環境中的含鐵介質比較多，則細胞表面轉鐵蛋白受體的數目會減少，從而避免細胞攝入過量的鐵[1]。

既然轉鐵蛋白的作用僅是向細胞內轉運鐵離子，然后通過鐵離子來發揮維持細胞生長和增殖的作用，于是有研究者試圖在無血清培養基中加入鐵離子螯合劑，以將鐵離子轉運到細胞內，從而供細胞的生長所需，這樣可以避免使用轉鐵蛋白，使配制出無蛋白成分的無血清培養基成為可能。鐵離子螯合劑雖然也取得了部分成功，但對于絕大多數細胞并不能很好地維持細胞的生長，原因是鐵離子螯合劑只有轉鐵作用，但無調節鐵平衡的能力，常會導致細胞內的鐵含量過多，進而產生自由基并使細胞受到損傷[2,3]。

參考文獻

1 肖芒等。轉鐵蛋白和轉鐵蛋白受體。國外醫學輸血及血液學分冊，1987;10(4):203-6。

2 Kovar, J and Franek F. Growth-stimulating effect of transferrin on a hybridoma cell line: relation to transferrin iron-transporting function. Exp Cell Res. 1989;182(2):358-69.

3 Eto, N, Yamada K, et al., Development of a protein-free medium with ferric citrate substituting transferrin for the c*tion of mouse-mouse hybridomas. Agric Biol Chem. 1991;55(3):863-5.

來源：BioGems

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