铁过载会激活哺乳大鼠中由NF-κB介导的肝脏炎症反应

铁过载通过激活NF-κB信号通路诱导哺乳期大鼠肝损伤及氧化应激。研究发现高剂量铁（50和100 mg/kg）导致肝细胞炎症浸润、ALT/AST升高，促进M1型巨噬细胞极化及炎症因子（IL-6、TNF-α、IL-1β、CCL2）mRNA表达上调，同时引发氧化应激并激活Nrf2/HO-1抗氧化通路，但不足以抵消炎症信号。

　　

Lili Qiu|Xiyu Qin|Mengxiao Hu|Jun Zhou|Qianqian Huang|Wei Wang|Xiaoyu Wang

中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083

摘要

铁对婴儿的发育至关重要，但过量摄入铁可能会对肝脏产生不利影响。新生儿期是肝脏发育和免疫系统成熟的关键时期，在此期间肝脏特别容易受到铁过载的影响。高剂量铁摄入对婴儿肝脏健康的影响机制尚不清楚。本研究旨在探讨高剂量铁补充剂对婴儿肝脏结构和功能的影响。实验使用了接受不同剂量铁补充（10、50和100毫克/千克体重）的哺乳期大鼠，以分析高剂量铁对肝脏结构、中间代谢和免疫反应的影响。结果显示，接受高剂量铁补充的大鼠肝脏中出现了明显的炎症细胞浸润，ALT和AST水平升高。值得注意的是，高剂量的铁通过促进巨噬细胞的M1极化激活了免疫系统，导致IL-6、TNF-α、IL-1β和CCL2 mRNA水平升高，而IL-10 mRNA水平降低。此外，还观察到哺乳期大鼠中p65的磷酸化增强，这是激活NF-κB信号通路的关键。此外，过量铁还引起了肝脏的氧化应激，作为补偿反应，Nrf2/HO-1抗氧化通路被激活，Nrf2和HO-1 mRNA水平升高，而Keap-1 mRNA水平降低。然而，抗氧化反应不足以抵消铁引起的炎症信号。总体而言，本研究表明，在哺乳期间过量摄入铁会激活NF-κB通路，从而促进M1型巨噬细胞的极化，引发炎症反应，导致肝脏损伤。这些发现揭示了哺乳期间铁过载引起肝脏损伤的潜在机制，为治疗婴儿和幼儿因铁过量引起的疾病提供了重要的理论基础。

引言

生命早期对铁的需求尤其高，因为婴儿需要大量的铁来满足血液生成以及生长发育的需求[1,2]。由于婴儿和幼儿的铁缺乏（ID）常常会导致神经、肠道和免疫系统的不可逆损伤[3],[4],[5],[6],[7]，因此为他们补充铁是必要的。为了预防铁缺乏，婴儿配方奶粉中的铁强化剂量通常接近已建立的营养标准中的较高剂量[8]。然而，婴儿配方奶粉中过量的铁强化不仅没有必要，甚至可能带来风险。对于不缺铁的婴儿和幼儿来说，铁补充剂可能会导致免疫系统受损和大脑发育障碍[9],[10],[11],[12],[13]。

肝脏作为主要的铁储存器官，对铁过载引起的损伤特别敏感[14]。过量铁摄入会促进肝细胞的铁死亡（ferroptosis），损害肝脏结构和功能[14,15]。在成年动物或断奶动物模型中的研究表明，高剂量铁摄入会导致肝脏铁过载，进而引起肝脏损伤和纤维化[14],[16],[17],[18]。然而，婴儿的肝细胞对铁代谢失衡更为敏感，这可能会加剧脂肪生成和胰岛素抵抗，并促进非酒精性脂肪肝病（MAFLD）或脂肪性肝炎（NASH）的发展[19],[20],[21]。因此，建立哺乳期动物模型对于明确不同剂量铁对肝脏的影响至关重要。

肝脏是重要的免疫器官之一，在免疫系统的发育和功能维持中起着核心作用，尤其是在免疫系统尚未完全成熟的婴儿中。铁对免疫功能至关重要。铁是各种免疫细胞维持其功能和分化的必需元素。研究表明，铁缺乏会导致线粒体功能异常和增殖能力下降，显著影响CD8+ T细胞和巨噬细胞的功能，从而导致免疫反应受损[22,23]。铁还可以调节巨噬细胞的极化、中性粒细胞的募集以及自然杀伤（NK）细胞的活性[24]。铁可以参与调节促炎性的氧化还原反应，从而促进M1型（促炎）巨噬细胞的极化[25]。研究发现，过量铁摄入会增加肝脏的促炎环境，影响肝脏先天免疫系统的激活[26]。这是因为过量铁会促进活性氧（ROS）的生成，导致氧化应激和脂质过氧化，增强M1极化，加剧炎症反应，最终损害肝脏免疫功能[27],[28],[29]。越来越多的证据表明，失调的核因子-κB（NF-κB）信号通路在肝脏炎症和代谢紊乱中起着关键作用，NF-κB是一种调节炎症反应的关键转录因子[30,31]。铁诱导的ROS生成已被证明可以激活NF-κB信号通路，从而放大炎症反应并破坏肝脏稳态[32],[33],[34]。重要的是，虽然短暂的NF-κB激活可能是对氧化应激的适应性反应，但持续或过度的激活会加剧肝脏炎症和氧化损伤[35],[36]。最近的研究越来越多地认识到NF-κB信号通路在铁相关肝脏损伤中的作用；然而，大多数现有研究集中在成人模型上，关于哺乳期间铁过载影响的机制证据仍然有限。

因此，鉴于哺乳期间肝脏对过量铁的高度敏感性，有必要研究不同剂量铁对肝脏的影响以及过量铁对肝脏的损害。本研究使用了接受不同剂量铁补充的哺乳期大鼠，以探讨其对肝脏结构和功能的影响，揭示过量铁如何破坏哺乳期间肝脏的稳态。

部分摘录

动物研究

从北京Vital River实验室动物技术有限公司（中国北京）购买了8周大的Sprague Dawley雄性和雌性大鼠。动物被安置在标准塑料笼中，自由进食和饮水，处于12小时明暗周期的环境中，温度为23 ± 1 °C，相对湿度为50% ± 10%。所有动物实验均获得了中国农业大学动物伦理委员会的批准（AW30703202-4-2）。

经过一周的适应期后，雌性大鼠进行了配对

过量铁补充会导致哺乳期大鼠肝脏中铁沉积

为了研究不同剂量铁补充对哺乳期间铁状态的影响，检测了血清铁、转铁蛋白饱和度（TSAT）和总铁结合能力（TIBC）等反映铁状态的指标[39],[40],[41]。结果表明，接受铁补充的幼鼠的血清铁浓度和TSAT显著高于未接受铁补充的幼鼠（图1.A和B）。同时，接受铁补充的幼鼠的TIBC水平也显著降低

讨论

维持铁平衡对身体健康至关重要。由于新生儿铁储备有限，婴儿特别容易发生铁缺乏。因此，适当的铁补充对婴儿来说是必要的。然而，铁过量补充可能导致铁沉积，增加腹泻的发生率，损害免疫系统，并对婴儿造成不可逆的神经损伤[10],[67],[68],[69]。肝脏是体内铁储存的重要部位，因此对铁过载最为敏感

结论

总之，我们评估了不同剂量铁补充对哺乳期间铁状态的影响，发现过量铁补充会导致哺乳期大鼠肝脏中铁沉积。进一步研究表明，过量的游离铁会产生ROS，抑制GPx活性并增加脂质过氧化产物MDA，从而导致Nrf2抗氧化通路的失衡。同时，ROS直接激活NF-κB通路，推动...

作者贡献

Lili Qiu：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验设计、数据分析。Xiyu Qin：撰写——初稿撰写、方法学设计。Mengxiao Hu：方法学设计。Jun Zhou：方法学设计。Qianqian Huang：方法学设计。Wei Wang：方法学设计。Xiaoyu Wang：撰写——初稿撰写、审稿与编辑、项目监督、资金获取、概念构思。

资助

我们感谢国家自然科学基金（32001676）和河南省中原重大创新项目食品实验室（241110110100）提供的财务支持。

作者贡献声明

Lili Qiu：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验设计、数据分析。Xiyu Qin：撰写——初稿撰写、方法学设计。Mengxiao Hu：方法学设计。Jun Zhou：方法学设计。Qianqian Huang：方法学设计。Wei Wang：方法学设计。Xiaoyu Wang：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。