缺鐵會貧血,但鐵過多恐致癌

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 06 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly


鐵在人體有協助酵素進行生化反應、幫助新陳代謝的作用,是人體「必需微量元素」之一。成年人體内通常含有 3~5 公克鐵,其中六、七成鐵分布於紅血球,其他細胞同樣也需要鐵的幫助才能順利運作。

鐵與貧血

缺鐵會引起貧血(缺鐵性貧血),因為鐵離子是紅血球擔任運輸氧氣的「血紅蛋白」(hemoglobin)重要成分。當體內鐵離子不足,紅血球的血紅蛋白含量隨之下降,導致血液供應氧氣不足,此時人體新陳代謝會出現障礙,產生疲倦、虛弱、頭暈、呼吸急促、臉色蒼白等貧血症狀。

鐵的吸收

雖然自然界的鐵含量相當豐富,但因為鐵非常容易氧化而不溶於水,因此生物必需發展出增加鐵的水溶性策略,才有利於鐵離子吸收。小腸某些細胞會分泌「鐵離子還原酶」(ferric reductase)將水溶性低的鐵還原為水溶性較高的「二價亞鐵離子」(Fe2+),並且在小腸前段(十二指腸)將之吸收進體內。食物(如牛肉、鴨血,其他肉類)的血紅蛋白(hemoglobin)、肌紅蛋白(myoglobin)都含有鐵離子,這些蛋白在腸道經「蛋白酶」分解後會釋出含鐵離子的「血色素」(heme,又稱血基質)。由於腸道細胞表面有「血色素運送蛋白」,因此食物中的血色素(含鐵離子)會被腸道吸收而進入人體,之後血色素會被酵素水解放出鐵離子。

然而腸道細胞對鐵吸收並非「來者不拒」,只有當身體需要製造較多紅血球或體內鐵含量不足,才會增加吸收鐵的效率。當肝臟儲存足夠的鐵離子,肝臟細胞會分泌稱為 hepcidin 的荷爾蒙,作用於腸道細胞以抑制吸收鐵。

鐵在體內如何運送

鐵離子在血液裡的運輸主要依賴「運鐵蛋白」(transferrin)協助,運鐵蛋白在血中的酸鹼狀態下與鐵離子有極強的結合力,能將鐵離子牢牢抓住。運鐵蛋白主要是由肝臟合成分泌,一方面增加鐵離子在血液的溶解度,另方面能避免鐵離子導致自由基產生,危害體內器官組織。此外,運鐵蛋白還能協助其他細胞吸收鐵離子。

細胞膜上有稱作「運鐵蛋白受器」(transferrin receptor)的蛋白質,當與吸附鐵離子的運鐵蛋白結合,會以囊泡形式將運鐵蛋白「吞」進細胞。囊泡進入細胞後在氫離子幫浦(proton pump)作用下,會逐漸使囊泡內部酸化而使鐵離子與運鐵蛋白間的結合力下降。脫離的鐵離子再經由囊泡膜的運輸蛋白送出囊泡,並和「儲鐵蛋白」(ferritin)結合等待後續利用。

鐵對粒線體的重要性

建設發電廠少不了鋼鐵骨幹,而鐵離子對細胞的「發電廠」粒線體,也相當重要。事實上細胞的鐵有一大部分正是位在粒線體。然而粒線體的鐵並非構成結構的材料,而是在許多「呼吸作用」(註)酵素扮演催化反應、傳遞能量電子的角色。由於氧氣及鐵離子對粒線體的功能均十分重要,因此當人體因缺鐵出現貧血時,細胞粒線體已無法正常運作,且粒線體的型態還會扭曲變形甚至破損。

鐵離子過多對粒線體亦會造成傷害,因為不受蛋白質限制的鐵離子容易導致自由基產生,這些自由基在粒線體能會損害內部 DNA,影響許多重要酵素蛋白的表現。當自由基從粒線體向外擴散時,不論細胞核內的 DNA、細胞裡的蛋白質或細胞膜,皆會被自由基破壞,加速細胞老化與癌化。

血基質與癌症

血基質(heme)是種含鐵離子的輔因子,是血紅蛋白能運送氧氣的重要關鍵。其實血基質也存在許多細胞重要酵素中,如細胞色素 c(cytochrome c)、 過氧化氫酶(catalases)、 過氧化酶(peroxidase)等。但是隨著年齡增長,粒線體合成血色素的效率會逐步下滑,這不僅使體內鐵離子平衡失調,也導致粒線體功能退化,以及仰賴血色素的酵素喪失活性。

最近美國德州大學科學家(Li Zhang 博士)發現,癌細胞合成血基質的能力相對正常細胞高了許多,同時癌細胞內含血基質的蛋白、粒線體消耗養分的能力、生產能量 ATP 的效率,以及調節粒線體增生的蛋白質等都變多了。當科學家讓癌細胞表現更多合成血基質酵素後,癌細胞的血基質含量又更增多,增生速度更快且更具轉移能力!基於這些實驗證據,團隊認為阻斷癌細胞血基質作用,或許有機會抑制癌細胞生長。

團隊設計了一系列「血基質阻斷胜肽」(heme-sequestering peptides,HSP),這些胜肽能有效降低癌細胞血基質的含量,更重要的是 HSP 還抑制小鼠體內癌細胞產生能量分子 ATP 的效率,以及小鼠腫瘤的生長。

眾所皆知,攝取過量紅肉,如牛肉、羊肉等導致大腸直腸癌的風險遠高於攝取過多白肉(如雞肉)。關於紅肉致癌風險較高的原因,已知可能與較高含量的飽和脂肪酸或於腸道產生致癌物質有關。紅肉與白肉很大的差別就在於血基質及鐵含量,紅肉是白肉的 10 倍。雖然從食物吸收的血基質會在腸道細胞被分解,但隨之進入體內的大量鐵離子會與運鐵蛋白結合,並透過血液循環運送到全身各器官組織。因此過多鐵也有可能是紅肉致癌風險較高的原因之一。

結語

專家指出,鐵之於人體健康有如雙面刃,能幫助營養代謝、輔助酵素作用以獲取能量,但鐵若過量反而會對細胞 DNA 造成損傷,增加自由基、刺激腫瘤細胞生長,恐引發癌症,這在淋巴癌、子宮頸癌、口腔癌等都已有相關研究報導。因此鐵補充應以適量為宜,且人體沒有排泄過多鐵的機制存在,因此補充過量鐵,反而造成身體不必要的負擔。

註:呼吸作用可將葡萄糖、胺基酸和脂肪酸分解成較小分子,並將能量轉移到還原性氫,最後貯存在還原性氫的能量會轉移到 ATP,供細胞運用。

(首圖來源:shutterstock)