Serotransferrin/TF：血液中的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，新型納米藥物研究潛力靶點！
日期：2024-02-07 11:57:59
2024年1月，Scholar數(shù)據(jù)庫收錄了一篇名為“Remyelinating effect driven by transferrin-loaded extracellular vesicles”的研究論文 [1]。該研究旨在評估利用細(xì)胞外囊泡（EVs）作為轉(zhuǎn)鐵蛋白（Transferrin，Tf）的載體，通過鼻腔途徑將Tf輸送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的可行性。結(jié)果顯示，EV Tf通過胞吞作用的途徑，進(jìn)入神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（OPCs），釋放出Tf，從而促進(jìn)OPCs的成熟，進(jìn)一步揭示了EVs作為TF的功能性納米載體，能夠誘導(dǎo)髓鞘再生。近年來，Serotransferrin/TF修飾的納米新型藥物正成為研究癌癥治療的熱門方向之一，它將藥物通過載體方式（如外泌體）納入到遞送系統(tǒng)中，靶向癌細(xì)胞中高表達(dá)的生物靶點。今天，讓我們一起了解下這個體液主要的轉(zhuǎn)鐵蛋白Tf，以及它在疾病研究中的應(yīng)用潛力!
1. 什么是血清轉(zhuǎn)鐵蛋白（Serotransferrin，Tf）？
1.1 血清轉(zhuǎn)鐵蛋白的結(jié)構(gòu)
血清轉(zhuǎn)鐵蛋白（Serotransferrin，又稱轉(zhuǎn)鐵蛋白Transferrin或TRF、Tf）是血漿中的一種β球蛋白，也是血液中主要的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。血清轉(zhuǎn)鐵蛋白最早由Holmberg和Laurell兩位研究者發(fā)現(xiàn)的，由679個氨基酸殘基構(gòu)成，分子量約為79kD，由兩個具有高度同源性結(jié)構(gòu)的N端結(jié)構(gòu)域（336個氨基酸殘基）和C端結(jié)構(gòu)域（343個氨基酸殘基）構(gòu)成。每個Tf能結(jié)合兩個金屬離子，可與金屬離子Fe3+、Cu2+、Co3+、Cr3+等結(jié)合，其中與Fe3+結(jié)合能力強(qiáng)，但不能與Fe2+結(jié)合。Fe3+分別與結(jié)構(gòu)域中2個酪氨酸、1個天冬氨酸和1個組氨酸結(jié)合，形成一個穩(wěn)定的八面體結(jié)構(gòu)（圖1） [2-4]。
1.2 血清轉(zhuǎn)鐵蛋白的表達(dá)和功能
TF是一種特異性結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的糖蛋白，廣泛存在于多種組織和器官中。血液循環(huán)中的轉(zhuǎn)鐵蛋白主要由肝臟細(xì)胞合成，同時支持細(xì)胞、室管膜、少突神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等組織細(xì)胞也能合成少量的轉(zhuǎn)鐵蛋白。機(jī)體內(nèi)除了血清含有轉(zhuǎn)鐵蛋白外，其他體液中也包含一定量的轉(zhuǎn)鐵蛋白，如血漿、腦脊液、膽汁、淋巴液、羊水和乳汁。在沒有受到其它因素刺激的情況下，血清中的轉(zhuǎn)鐵蛋白濃度非常穩(wěn)定 [5-7]。
Tf提供了機(jī)體中絕大部分的鐵，其主要生理功能就是把鐵輸送到成紅血細(xì)胞，以用于血紅蛋白的合成，或者將三價鐵離子從吸收和儲蓄的地方運(yùn)輸?shù)狡渌梃F部位。然而，鐵離子的缺乏或過載同樣會引起機(jī)體組織器官的損傷。因此，維持鐵離子平衡是維持生命活動的關(guān)鍵之一。在這個過程中，轉(zhuǎn)鐵蛋白Tf發(fā)揮著決定性的作用，其通過協(xié)調(diào)多種蛋白來實現(xiàn)鐵離子平衡。TF還與一些細(xì)胞生長分化有關(guān)，包括營養(yǎng)肌肉、胚胎形成、細(xì)胞增殖、有絲分裂、趨化和血管形成等等 [8-10]。
圖1. Tf結(jié)構(gòu)示意圖 [2]
2. 血清轉(zhuǎn)鐵蛋白TF相關(guān)的作用機(jī)制是什么？
2.1 TF通過受體介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞攝取鐵離子
TF能與細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（Transferrin Receptor，TFR）相結(jié)合，通過細(xì)胞內(nèi)吞作用，使有鐵的TF-TFR復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞。載有鐵的TF-TFR復(fù)合體內(nèi)化后變?yōu)閮?nèi)含體，由于內(nèi)含體膜上質(zhì)子泵介導(dǎo)的pH下降，Tf的構(gòu)像發(fā)生變化，導(dǎo)致Fe3+從TF上釋放，在內(nèi)含體內(nèi)的鐵還原酶催化下使Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+。然后，在二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體（Divalent metal transporter 1，DMT1）的作用下，F(xiàn)e2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與鐵蛋白（Ferritin heavy chain 1，FTH1）結(jié)合儲存。Tf-TFR復(fù)合體通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞是細(xì)胞攝取鐵的主要方式，這一途徑不僅有效用于運(yùn)送抗癌藥物和蛋白，還可將治療基因藥物傳遞到過表達(dá)TR的腫瘤細(xì)胞（圖2） [11-12]。
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圖2. TF通過受體介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞攝取鐵離子 [11]
2.2 TF促腫瘤細(xì)胞對鐵死亡的敏感性
鐵代謝在細(xì)胞鐵死亡中扮演關(guān)鍵角色，過多的游離鐵離子可能引發(fā)自由基產(chǎn)生，導(dǎo)致氧化應(yīng)激、DNA損傷和脂質(zhì)過氧化等，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。一項研究調(diào)查了一組骨髓瘤患者其外周血標(biāo)本中與鐵代謝相關(guān)的指標(biāo)，盡管鐵含量正常，但轉(zhuǎn)鐵蛋白減少、鐵蛋白增多。轉(zhuǎn)鐵蛋白減少提示細(xì)胞內(nèi)鐵降低，而鐵蛋白增多表明細(xì)胞內(nèi)鐵以無毒方式儲存。此外，研究發(fā)現(xiàn)通過增加轉(zhuǎn)鐵蛋白含量，再使用Erastin處理骨髓瘤MM細(xì)胞時，轉(zhuǎn)鐵蛋白顯著提高了細(xì)胞對Erastin的敏感性，顯著降低了MM細(xì)胞增殖能力，且這種敏感性與細(xì)胞內(nèi)鐵含量正相關(guān)。因此，提高轉(zhuǎn)鐵蛋白的含量有助于促進(jìn)MM細(xì)胞對Erastin誘導(dǎo)的鐵死亡的易感性 [13-14]。
3. TF和疾病相關(guān)的研究
近年來，TF常常被報道用于腫瘤靶向治療，尤其是Tf修飾的納米藥物被廣泛應(yīng)用于藥物釋放體系（Drug Delivery System，DDS）。DDS是指利用高分子聚合物、脂質(zhì)體、外泌體和金屬氧化物等納米材料作為藥物載體制成的藥物制劑，能夠控制藥物在人體內(nèi)環(huán)境中持續(xù)釋放。這使得藥物能夠在目標(biāo)組織或病區(qū)維持一定時間，為疾病治療提供更有效的研究手段。
3.1 TF和肝癌研究
一項研究發(fā)現(xiàn)，采用Transferrin（Tf）修飾的阿霉素脂質(zhì)體（Tf-SL-DOX），Tf-SL-DOX可使靶器官的阿霉素濃度明顯增高。體外細(xì)胞毒實驗結(jié)果表明，與阿霉素脂質(zhì)體（SL-DOX）相比，Tf-SL-DOX的IC50為20.4μmol/L，SL-DOX的IC50為166.2μmol/L，兩者相比有顯著性差異（P<0.01），SL-DOX對體外HepG2肝癌細(xì)胞有高效殺傷作用。尾靜脈注射Tf-SL-DOX，腫瘤生長速度較模型組明顯減慢，抑瘤率達(dá)67%，證明Tf-SL-DOX能顯著抑制腫瘤組織的生長，提示Tf-SL-DOX對肝癌細(xì)胞具有較好的靶向作用和較低的心臟毒副作用 [15-18]。
3.2 TF和乳腺癌研究
在綠色熒光發(fā)射碳點GCD上引入TF修飾，將阿霉素DOX與GCD結(jié)合形成GCD-PEG-Tf@DOX。用GCD-PEG-Tf@DOX處理乳腺癌細(xì)胞MCF-7時，其通過靶向TR過表達(dá)的癌細(xì)胞實現(xiàn)精準(zhǔn)給藥。共聚焦顯微鏡顯示，在TfR表達(dá)較高的MCF-7細(xì)胞中，GCD-PEG-Tf@DOX熒光強(qiáng)，而在TfR表達(dá)較低的CHO細(xì)胞中熒光較弱。因此，GCD-PEG-Tf@DOX能準(zhǔn)確靶向TfR過表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞。細(xì)胞毒性實驗證明，GCD-PEG-Tf@DOX的細(xì)胞毒性具有時間和濃度依賴性，處理后的細(xì)胞狀態(tài)與游離的DOX相似，說明GCD-PEG-Tf@DOX不會降低DOX的細(xì)胞毒性。向腫瘤小鼠注射GCD-PEG-Tf@DOX，發(fā)現(xiàn)Tf納米藥物顯著抑制腫瘤生長，小鼠體重?zé)o明顯變化，表明GCD-PEG-Tf@DOX副作用小且具有良好的靶向能力 [19-22]。
3.3 TF和前列腺癌研究
一項研究分析了轉(zhuǎn)鐵蛋白、clusterin和轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白在前列腺正常、增生、癌組織中的表達(dá)和意義。結(jié)果顯示，Tf在前列腺癌組織中的表達(dá)明顯高于良性前列腺增生組和正常前列腺組。在前列腺癌組中陽性達(dá)94%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，其表達(dá)陽性率與前列腺癌病理分級和臨床分期均呈線性正相關(guān)，提示Tf在前列腺癌組織中同樣有高表達(dá)且陽性率較高，與Tf在血清中的表達(dá)結(jié)果一致。因此，研究者認(rèn)為Tf是前列腺癌血清中差異表達(dá)蛋白質(zhì)，其參與前列腺癌的發(fā)展過程可以作為病情進(jìn)展和評價治療的指標(biāo) [23-25]。
3.4 TF和其它腫瘤等疾病研究
一些研究報道表明，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤、肺腺癌、卵巢癌、慢性淋巴細(xì)胞白血病等惡性程度高及易轉(zhuǎn)移的腫瘤中，Tf也存在異常表達(dá) [26-29]。例如，研究者發(fā)現(xiàn)HP+Tf+CEA聯(lián)合運(yùn)用，能提高早期卵巢上皮癌診斷特異性和靈敏度，有助于提高CA125陰性卵巢上皮癌的檢出率 [30]。此外，在一項研究中，研究者設(shè)計了Tf-5-ALA-PTX-NCs納米平臺，結(jié)合了化學(xué)和光動力治療，通過磁靶向效應(yīng)和TR的主動靶向，提高了腫瘤靶向能力。實驗證明，該平臺在體內(nèi)外實現(xiàn)了腫瘤特異性靶向和協(xié)同治療的抗腫瘤效果 [31]。
腹膜透析相關(guān)性腹膜炎（PDAP）研究發(fā)現(xiàn)，PDAP患者普遍存在鐵代謝紊亂，且血清鐵、鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白是PDAP發(fā)生的危險因素 [32]。另外，低水平的轉(zhuǎn)鐵蛋白與貧血發(fā)病率增加相關(guān) [33]。在感染時，TF通過形成轉(zhuǎn)鐵蛋白螯合復(fù)合物抑制細(xì)菌、病毒及真菌的生長，為抗感染藥物研究提供新方向 [34]。
4. TF的臨床藥物研究前景
轉(zhuǎn)鐵蛋白TF作為一種特異性結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的糖蛋白，在臨床藥物研究中呈現(xiàn)廣泛前景。以往報道表明，TF可作為腫瘤治療的靶向配體，實現(xiàn)腫瘤特異性治療，還結(jié)合協(xié)同化療和光動力療法顯著抑制腫瘤生長，降低毒副作用。此外，TF修飾的脂質(zhì)體作為改進(jìn)的藥物載體，通過攜帶逆轉(zhuǎn)多藥耐藥的藥物和抗腫瘤藥物實現(xiàn)靶向輸送，提高藥物濃度，減少正常組織毒副作用。TF還能抑制微生物生長為抗感染藥物提供新方向。同時，低水平的轉(zhuǎn)鐵蛋白與貧血發(fā)病率增加相關(guān)?？傮w而言，TF的研究為抗感染，尤其是腫瘤方面的研究提供了多層面的應(yīng)用前景。
為鼎力協(xié)助各藥企針對血清轉(zhuǎn)鐵蛋白TF在抗感染、貧血、腫瘤等疾病在臨床中的研究，華美CUSABIO推出血清轉(zhuǎn)鐵蛋白TF（CSB-MP023412HU）活性蛋白產(chǎn)品，助力您在對血清轉(zhuǎn)鐵蛋白TF機(jī)制方面的研究或其潛在臨床價值的探索。
華美 血清轉(zhuǎn)鐵蛋白Serotransferrin（TF）
Recombinant Human Serotransferrin(TF) (Active) Code: CSB-MP023412HU
Purity was greater than 95% as determined by SDS-PAGE.
Immobilized TFRC(CSB-MP3648HU)at 2μg/mL can bind Human TF. The EC50 is 58.72-77.84 ng/mL.
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