转铁蛋白在细胞培养中的关键作用

简介

转铁蛋白又称为血清转铁蛋白、β-1 金属结合球蛋白、TF。转铁蛋白主要存在于血浆中，是一种铁结合血浆糖蛋白，负责运载由消化管吸收的铁和由红细胞降解释放的铁，以三价铁复合物（Tf-Fe³⁺）的形式进入骨髓中，供成熟红细胞的生成。

人转铁蛋白（Human Transferrin）主要在肝脏合成，在血浆、胆汁、羊水、脑脊液、淋巴液和乳汁等体液中广泛存在，尤其在血浆中，作为一种双叶糖蛋白，转铁蛋白拥有一个N端叶和一个C端叶，每个结构域进一步细分为两个子结构域。正是在这些子结构域之间的特定间隙中，转铁蛋白展现出其金属结合位点，使得每个转铁蛋白分子能够结合两个铁离子，确保了铁在体内的有效转运和利用。

一、机制

转铁蛋白以高亲和力结合三价铁（Fe³⁺）。两个三价铁原子以明显不同的亲和力结合转铁蛋白。铁原子稳定常数分别约为10³⁰和10²⁷，在细胞培养基中，当转铁蛋白与铁的摩尔比大于1时，大部分铁都被转铁蛋白所结合，因此几乎没有游离的铁离子可以参与自由基化学反应。然而，当培养基中的铁浓度超过转铁蛋白的总铁结合能力（TIBC）时，就会出现游离铁。这些未与转铁蛋白结合的游离铁离子可能参与自由基化学反应，从而增加氧化应激的风险。

在铁离子的转运过程中，两个负载铁的转铁蛋白分子会与一个转铁蛋白受体结合。这种结合触发了转铁蛋白及其所携带的铁离子被内吞进入细胞内部的酸性环境中。随着细胞内部pH值的降低，铁离子被释放并与细胞内的蛋白质和储存分子（如铁蛋白）结合。而失去铁离子的转铁蛋白（载脂蛋白-转铁蛋白）则会通过胞吐作用被释放回细胞外部，并再次参与铁离子的转运循环。

二、功能：

转铁蛋白是体液中的成分，除了核心功能——铁的运输与代谢外，它还深度参与呼吸、细胞增殖和免疫系统的调节，并展现出抗菌杀菌的防护能力。

1、铁的储存与运输专家：转铁蛋白是铁离子在体内传输的关键载体，负责将铁从吸收和储存的部位运送到红细胞，以供合成血红蛋白，或是输送到机体其他需铁的部位，确保铁的合理分布与利用。

2、细胞外的抗氧化卫士：转铁蛋白在生理条件下与铁离子紧密结合，几乎不留下游离铁，从而显著减少了铁催化自由基生成的风险，发挥了强大的抗氧化保护作用。

3、细胞铁平衡的精细调控者：转铁蛋白向细胞输送铁是一个经过受体介导和精细控制的过程。细胞通过调整转铁蛋白受体的表达量，来调控从外界环境中摄取的铁量，维持细胞内铁离子的平衡，进而支持细胞的正常生长与增殖。

4、免疫与抗菌的双重防御者：转铁蛋白不仅是先天免疫系统的重要一员，通过与铁离子的结合，它能够抑制细菌的生长与存活。此外，转铁蛋白还具备免疫调节功能，如抑制GM-CSF，参与细胞调节，为机体提供多层次的防御。

三、来源

转铁蛋白是生长因子，所以几乎所有细胞株在无血清培养时，都需要添加转铁蛋白以确保细胞的生长和增殖，并且不同类型的细胞对转铁蛋白结合物的反应不同，结果会分化成不同的细胞。目前转铁蛋白主要有以下几个来源：

牛血清、人血清以及基因重组技术生产的转铁蛋白。

1、牛转铁蛋白（Bovine Transferrin, BTF）

BTF是从牛血清中分离纯化得到的转铁蛋白。

由于牛血清的易获取性和相对较低的成本，BTF在实验室研究中被广泛使用。

BTF与人转铁蛋白在结构和功能上有一定的相似性，但在一些特定应用中可能存在差异。

从动物中提取的转铁蛋白具有安全性差和批间差大等缺陷，尤其是将提取的转铁蛋白添加于细胞培养的无血清培养基中时，可能会将病原体带入细胞中，污染细胞。

2、人转铁蛋白（Human Transferrin, HTF）

HTF是从人血清中分离纯化得到的转铁蛋白。

HTF在医疗和生物技术领域的应用中具有很高的价值，尤其是在需要高度特异性和生物相容性的应用中。

但从人血中提取存在困难，在面临公共卫生事件时尤其如此；有感染肝炎病毒和艾滋病病毒等的危险，也限制了血浆来源的转铁蛋白的应用；而且转铁蛋白在同一种动物中表现出多态性，分子存在大小差异，这也可能导致批次间不稳定。

3、基因重组转铁蛋白（Recombinant Human Transferrin，rHTF）

rHTF基因重组技术通过生物发酵等方法在体外生产转铁蛋白。

这种方法可以生产大量高纯度的转铁蛋白，且不受原材料来源的限制。

重组的人转铁蛋白避免了病原体污染的可能性，因此无血清培养基中更应该添加重组的人转铁蛋白。利用基因工程技术让人转铁蛋白基因在宿主中高效表达，既能大量获得重组转铁蛋白，又能克服从血清中获取的转铁蛋白的种种缺点。

四、分类

在不同研究中，按其含铁数目，分铁饱和转铁蛋白（全铁）、单铁转铁蛋白、脱铁转铁蛋白。

培养基中应该添全铁转铁蛋白还是脱铁转铁蛋白，要根据不同培养基的情况进行选择，当培养基中不含铁或铁含量较低时，选择添加全铁转铁蛋白；当培养基中富含铁时，选择脱铁转铁蛋白。

知禾特色

知禾提供两款重组人转铁蛋白产品，其一为全铁转铁蛋白，即饱和铁状态，除发挥转铁作用外，自身即可作为细胞的铁源，无需在培养基中添加外源性铁；其二为脱铁转铁蛋白，适用于自身富铁的培养基。

这两款产品都来源于毕赤酵母，不含有动物源成分，无任何血源性病毒感染风险，规模化发酵生产，批间稳定性高。