철의 역할 & 혈청 철 바이오마커(2)

1. 철의 개요

철분은 전자를 쉽게 교환할 수 있기 때문에 생화학적 반응률이 매우 높습니다. 따라서 철분은 모든 생명체가 대사작용을 다양하게 하는 데 필수적인 미네랄로써 헴과 같은 비 단백질 화합물에 결합하여 생물학적 활성(산소, 이산화탄소 결합)에 필요한 보조인자입니다. 철-황 클러스터(ISC, iron sulfur clusters)는 널리 퍼져 있으며 생물학적으로 질소 고정을 담당하는 효소인 질소 분해효소(nitrogenase)를 포함하고 있습니다. 철 함유 단백질의 주요 역할은 전자의 전달과 산소와 이산화탄소의 운반 및 저장입니다. 

 

2, 철의 생리학적 역할

철분은 생리학적 역할은 (1) 산소 대사 및 에너지 생산과 (2) DNA를 합성하고 복구하는데 필요합니다. 첫째, 철분은 주로 미토콘드리아에서 여러 가지 단백질을 생합성하는 데 사용됩니다. 미토콘드리아에서 철을 이용하여 헴을 생합성한 후 여러 가지 헴 단백질을 형성합니다. 헴 단백질의 종류로는 산소를 운반하는 기능을 가진 헤모글로빈(Hb)과 마이오글로빈(Mb), 여러 종류의 헴 효소인 Cytochromes(전자전달 기능), Cytochrome p450(약물 대사 기능), Catalasse(과산화수소를 분해), Peroxidases(항균) 등이 있습니다.철분은 DNA를 합성하고 복구하는데 필요합니다. 따라서, 모든 생명체에서 철을 필요로 하고 있습니다. 

 

 

3. 철과 면역

철은 면역체계의 정상적인 발달을 위한 기본 요소로써 철이 결핍되면 면역세포가 제대로 기능을 하지 못합니다. 면역 세포는 철 대사를 조절하여 다양한 기능을 유도하고, 세포 분열에 매우 중요한데, 이것은 세균, 기생충, 암세포에서도 마찬가지입니다. 철은 세균, 기생충, 암세포의 증식에 필수적이므로 인체가 염증 상태가 되면 우선적으로 세균이나 기생충, 암세포가 철을 이용할 수 없도록 여러 기전을 통하여 제한합니다. 과도한 철분은 잠재적으로 감염의 우려와 암 발생 및 전이를 촉진할 수 있습니다. 따라서 면역체계는 감염 시 Acute phase reactant 기전으로 박테리아의 성장을 막기 위하여 혈청 철, 아연, 망간의 수치를 줄이고, 항균효능이 있는 구리의 농도를 증가시킵니다. 대신 신체는 철과 결합력이 강한 락토페린과 같은 단백질의 생산을 늘려서 세균, 기생충, 암세포가 철을 이용할 수 없도록 합니다.

 

 

4. 철 항상성(Systemic iron homeostasis)

전신적인 철 항상성의 기전은 간에서 2가지 분자(hepcidin, ferroportin)를 조절함으로써 이뤄집니다. 세포 내 철 항상성(Cellular iron homeostasis)은 체내 철이 낮거나 높을 때 ISC와 IRP1/2 IRE 조절 network에 의해서 철 조절 관련 단백질의 합성이 조절됩니다. 즉, 철을 uptake 하는 DMT1, TfR1(Transferrin receptor 1)을 조절하거나, 철을 저장하는 ferritin, 철을 세포 밖으로 퍼내는 Fpn의 합성을 조절합니다. 이때 ISC로 IRP1 IRP2와 IRE 조절 network가 이용됩니다.

 

5. 철 바이오마커

병적인 상태에서 체내 상태를 파악하는데 유용하게 사용될 수 있는 임상 지표는 혈청 철의 농도를 반영하는 Transferrin saturation(%)과 Ferritin의 상관관계입니다. 우리 인체는 염증 상태에서 세균 바이러스, 기생충, 암세포가 철을 이용하지 못하도록 간에서 급성기 반응물질인 트랜스페린 합성을 줄이고, 혈청 철을 페리틴으로 저장합니다. 트랜스페린은 철 운반 단백질로 트랜스페린의 혈청 농도가 떨어지면 혈청 철이 감소하고 저장철은 높아집니다. 비타민 C의 농도가 높아지면 철 이용률이 높아져 TS은 높아지고, 페리틴은 낮거나 정상입니다. 반대로 비타민 C의 농도가 낮아지면 철 이용률이 낮아져 TS는 낮아지고 페리틴도 낮아집니다. 철분제를 과량 복용했을 경우에는 TS과 페리틴이 함께 높습니다.