牛血清中含有牛种属的转铁蛋白，由于转铁蛋白的保守性，牛转铁蛋白可对人和动物细胞起到很好地保护和支持作用，因此培养基中通常要加入牛血清从而组成*培养基。无血清培养基为达到与含血清培养基相同或相似的细胞培养性能，其中也必须添加转铁蛋白，以实现对细胞铁离子平衡的调节，以及对细胞生长和增殖的维持。

转铁蛋白在无血清培养基中具有非常重要的作用，具体包括：

1) 避免细胞外环境中自由基的产生，防止细胞受到伤害

我们知道，自由基对细胞膜、蛋白质和 DNA 均有较大的损伤作用。如果细胞培养基中出现过多的自由基，被培养的细胞则容易受到伤害，而铁正是形成自由基的罪魁祸首之一。

Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH- + •OH

从上面的反应式可以看出，Fe2+能使过氧化氢(H2O2)还原生成羟基自由基(•OH)，而羟基自由基是zui为活跃和作用zui强的氧自由基，对细胞的伤害很大。

转铁蛋白可以与铁离子高亲合力结合，当被添加入无血清培养基后，在细胞外的培养环境中基本不会存在游离的铁离子，也就不会发生自由基反应，故可避免自由基对细胞的损伤。

2) 维持细胞的生长和增殖

我们对转铁蛋白的转铁作用都很了解，但其实转铁蛋白更重要的意义在于维持细胞的生长和增殖，也就是说，转铁蛋白有类似于生长因子的功能。

那么转铁蛋白是如何发挥维持细胞生长和增殖的作用呢？其实这还是与其转铁功能密切相关。

我们知道，细胞内有很多重要的蛋白(见表1)需要结合铁离子后才能发挥其活性,这些蛋白基本上都与 DNA 的复制和修复，以及 DNA 的稳定性有关，也就是说它们影响着细胞的生长和增殖。

表1：细胞内重要含铁蛋白的种类及功能

转铁蛋白通过与其在细胞表面的受体结合，将铁离子转运并释放到细胞内后，这些铁离子会与上述需铁蛋白结合，然后发挥后者维持细胞生长和增殖的功能。如果无血清培养基中不含转铁蛋白，细胞内的需铁蛋白将无法获得铁离子，因而会失去活性，导致细胞生长停滞或死亡。

3) 维持细胞内的铁平衡

转铁蛋白的这个功能也很重要。对于细胞而言，并不是铁越多越好，而应当是在适当的时间获得适量的铁。如果细胞内的铁过多，也跟细胞外环境一样，铁会诱导产生破坏力*的羟基自由基。而如果细胞内铁过少，则不足以维持细胞的生长和增殖。

那么转铁蛋白是如何调节细胞内的铁平衡的呢？这与细胞表面的转铁蛋白受体有关。

细胞表面转铁蛋白受体的数目不是固定不变的，而是随着细胞对铁的需求程度而上调或下调，因而可自主影响细胞对铁的摄取量。

一般而言，静止未活化的细胞表面转铁蛋白受体相对较少，而活化增殖的细胞表面转铁蛋白受体数目显著增加。如淋巴细胞在有丝分裂因子的刺激下会发生转化，在 DNA 合成前数小时，转铁蛋白受体的数目明显上调，铁摄入也相应增加。而到了有丝分裂期，淋巴细胞表面转铁蛋白受体数目又明显减少，这时细胞对铁的需求量也降低了。肿瘤细胞均为快速增殖的细胞，所以相对于正常细胞，肿瘤细胞表面存在着大量的转铁蛋白受体，以满足肿瘤细胞对铁的大量需求[1]。

此外，在细胞培养中，转铁蛋白受体数目与培养环境中铁的含量也密切相关。

培养环境中的含铁介质比较多，则细胞表面转铁蛋白受体的数目会减少，从而避免细胞摄入过量的铁[1]。

既然转铁蛋白的作用仅是向细胞内转运铁离子，然后通过铁离子来发挥维持细胞生长和增殖的作用，于是有研究者试图在无血清培养基中加入铁离子螯合剂，以将铁离子转运到细胞内，从而供细胞的生长所需，这样可以避免使用转铁蛋白，使配制出无蛋白成分的无血清培养基成为可能。铁离子螯合剂虽然也取得了部分成功，但对于绝大多数细胞并不能很好地维持细胞的生长，原因是铁离子螯合剂只有转铁作用，但无调节铁平衡的能力，常会导致细胞内的铁含量过多，进而产生自由基并使细胞受到损伤[2,3]。

参考文献

1 肖芒等。转铁蛋白和转铁蛋白受体。国外医学输血及血液学分册，1987;10(4):203-6。

2 Kovar, J and Franek F. Growth-stimulating effect of transferrin on a hybridoma cell line: relation to transferrin iron-transporting function. Exp Cell Res. 1989;182(2):358-69.

3 Eto, N, Yamada K, et al., Development of a protein-free medium with ferric citrate substituting transferrin for the c*tion of mouse-mouse hybridomas. Agric Biol Chem. 1991;55(3):863-5.

来源：BioGems

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