用量子点技术和Caco-2细胞模型研究血红素铁的小肠吸收机制

Iron is an essential trace metal in the body. Iron deficiency is a global nutrition disease. The application of iron fortified foods (especially heme iron fortified foods) is the most effective way to alleviate and treatment iron deficiency disease. Intestinal iron absorption and its regulation are the key step in iron homeostasis. But now, the absorption and regulation mechanism of heme iron are much less and still remain to be elucidated, so the strengthen standard of heme iron in foods is not yet uniform and the application of heme iron fortified foods is limited greatly. Many hypothesis pathways about heme iron absorption are proposed, but few label method of heme iron and the serious damage of isotope are the main problems and limited the success of this problem. This project proposes to study the absorption pathway of heme iron by the label technology of quantum dots (CdSe/ZnS), which can avoid the damage of isotope. To fulfill this project, different cell lines will be constructed and used to study the absorption pathway of heme iron. It is expected to establish a method observing the absorption of heme iron in-situ and clarify the absorption and regulation mechanism of heme iron. This result will be contribute to regulate the dosage standard of heme iron and apply heme iron fortified foods correctly.

铁是人体必需的微量元素，铁缺乏症是全球营养性疾病。食品强化铁（尤其强化血红素铁）是缓解及治疗铁缺乏症的最有效途径。肠铁吸收及调控机制是机体维持铁稳态的关键环节。但目前，血红素铁的吸收机制不十分清楚，导致食品强化血红素铁的用量标准不统一，极大地限制了血红素铁强化食品的广泛应用。本项目针对国际上血红素铁摄取途径的种种假设、血红素铁分子标记方法缺乏、及避免使用同位素的危害等问题，提出采用CdSe/ZnS量子点标记血红素铁，通过构建多种不同的细胞株，分途径研究Caco-2细胞摄取血红素铁的机制，预期建立一种体内外实时观测血红素铁摄取的新方法，并阐明血红素铁的分子吸收及其调控机制。该问题的解决，不但可以规范食品强化血红素铁的用量标准，还可为其正确应用奠定工作基础。

铁是人体必需的微量元素，铁缺乏症是全球营养性疾病。食品强化铁（尤其强化血红素铁）是缓解及治疗铁缺乏症的最有效途径。肠铁吸收及调控机制是机体维持铁稳态的关键环节。但目前，血红素铁的吸收机制不十分清楚，导致食品强化血红素铁的用量标准不统一，极大地限制了血红素铁强化食品的广泛应用。本项目针对国际上血红素铁摄取途径的种种假设、血红素铁分子标记方法缺乏、及避免使用同位素的危害等问题，提出采用CdSe/ZnS量子点标记血红素铁，通过构建多种不同的细胞株，分途径研究Caco-2细胞摄取血红素铁的机制。主要结论如下：.1．成功制备了量子点（CdSe/ZnS）标记的血红素铁（QDs-Hemin），结果显示，产物QDs-Hemin中，量子点（QDs）与血红素铁（hemin）的摩尔比例为1:18，QDs-Hemin在生理pH值及离子强度下荧光强度稳定，zeta电位值为-28 mV，透射电镜表明QDs-Hemin粒径均匀、约为10 nm。.2. 动物活体实验显示，QDs-Hemin能够进入十二指肠绒毛，并在 20 min，40 min，60 min时逐渐移向绒毛根部，说明血红素铁从粘膜层向固有层转移，并随时间的延长，进入小肠固有层甚至粘膜下层。.3．体外Caco-2细胞实验表明，QDs-Hemin能够进入细胞，并随时间的延长不断进入细胞内部，直至达到高峰不淬灭。细胞形态学实验发现，血红素铁进入细胞后，逐渐接近溶酶体，表明血红素铁的代谢与细胞内溶酶体有关。.4．通过用甘露醇抑制内吞途径，用叠氮钠、抗体孵育及RNAi抑制HCP1途径，发现内吞途径抑制后，QDs-Hemin的吸收量减少但没有统计学意义；抑制HCP1途径后，QDs-Hemin的吸收量具有极显著性降低，统计学数据表明，HCP1途径在血红素铁的吸收中约发挥40%的贡献。此外，还有其他吸收路径存在。.5．本课题的研究结果表明，量子点（CdSe/ZnS）可以作为一个新的用于研究血红素铁的肠铁吸收机制的、有前景的标签。 .该项目建立了一种体内外实时观测血红素铁摄取的新方法，并阐明血红素铁的分子吸收及其调控机制。该问题的解决，不但可以规范食品强化血红素铁的用量标准，还可为其临床正确应用奠定工作基础。