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铁是生物体中含量最高的微量元素，在氧气运输、细胞代谢、酶催化中具有重要作用。作为血红蛋白等蛋白质的通用辅助因子，铁参与氧运输机制、线粒体呼吸、中间代谢和异种生物代谢以及细胞的生长和分化，在生物体内起着非常重要的作用。
机体内铁的吸收主要是通过铁稳态调控来实现的，肠道中的十二指肠是膳食铁的主要吸收部位，通过严格调节肠道中铁的吸收和从组织储库（主要是脾脏和肝脏）释放来维持血浆铁稳态，铁稳态的失衡可能会导致胞内铁的异常，最常见的就是铁缺乏和铁过载。当铁的损失长期超过铁的摄入量时就会出现铁缺乏，铁缺乏是贫血的最常见原因。铁过载则会增加身体组织中的氧化应激，通过芬顿反应导致羟基自由基和氧自由基过量生成，引起脂质、蛋白质和DNA损伤，增加炎症性肠炎和结直肠癌的风险。本文重点关注微量元素铁的吸收、分布、代谢在肠道健康方面的研究进展，以及对未来的展望。
一、铁吸收与铁稳态调控
膳食铁包括多种形式，通常分为血红素铁和非血红素铁。非血红素铁可以从许多食物中获得，主要以氧化形式Fe3+预先发送，并且必须在肠道摄取之前还原成Fe2+形式。一旦被还原，Fe2+通过DMTI转运穿过顶膜，进入细胞质后，可以通过转铁蛋白（FPN）离开基底膜外侧的上皮细胞。Fe2+通过铁转运蛋白离开细胞后，被亚铁氧化酶氧化成Fe3+与转铁蛋白（TF）结合，并以转铁配合物（HOLO-TF 或者Apo-TF）的形式分布在人体内。目前，尚未完全了解红肉中血红素铁的吸收情况。一旦血红素铁被吸收，就会被转运到细胞质中，并被血红素加氧酶1（HO1）释放。
目前认为铁调素是机体维持铁稳态最关键的物质，其在血液中循环，并与肠上皮细胞基底膜外侧的铁输出转运蛋白结合。这种结合导致FPN1的内化和降解，并且使释放到血液中的铁降低。DMT1或FPN的突变或功能丧失，会导致铁吸收的抑制和全身铁稳态的失调。铁调素产生的调控非常复杂，目前已知铁调素的水平会随着宿主体内铁的存储量和感染以及炎症过程而增加，在缺氧、铁缺乏和造血时则会降低。
二、铁在肠道健康中的作用
铁是许多肠道细菌必不可少的限制性营养素。据报道，宿主的铁和饮食中的铁会导致菌群失调。在健康的肠道中，其特征是潜在有益微生物物种占优势。然而，营养不良使肠道共生微生物的组成和数量失衡，其特征是病原菌的负荷很重以及肠道微生物组改变。越来越多的证据表明，营养不良可能会对肠道微生物组产生不利影响，并最终影响胃肠道的结构和功能。对于许多肠革兰氏阴性细菌而言，铁的获取对于毒力和定殖至关重要。
在动物模型中，铁会导致肠道微生物群丰度发生重大变化，并改变代谢活性。在成年啮齿动物中，铁缺乏会增加粪便总厌氧菌肠球菌以及乳酸菌，而铁的补充则可以部分恢复原始肠道菌群的组成，并促成代谢活性的恢复。低铁条件降低了玫瑰茄属和拟杆菌属，而乳酸杆菌和肠杆菌科增加，丁酸和丙酸都有所减少。这表明长期低铁饮食会引起肠道菌群的变化并减少SCFA的产生，这有可能减少肠道对肠道病原体的屏障，从另一个角度强调了适当饮食的重要性。
三、铁稳态失衡引起的肠道疾病
炎症性肠病（IBD） 是胃肠道的慢性炎症性疾病，病因和发病机制不明，贫血是该疾病最常见的并发症，而缺铁是IBD患者贫血的主要原因。炎症性肠病的多種因素均会导致铁缺乏，比如肠道失血、膳食铁摄入量减少，以及十二指肠疾病或手术切除十二指肠导致铁吸收减少，随后体内的铁储备被耗尽，导致了缺铁性贫血（IDA）的发生。炎性细胞因子会增加肝脏铁调素的产生，铁调素阻断转铁蛋白-1，并阻止铁从肠细胞、巨噬细胞和肝细胞释放。尽管有足够的铁储存，但却被红细胞隔离，最终发展成贫血。值得注意的是，在IBD治疗过程中要避免口服铁剂治疗，因为口服补铁常导致胃肠道副作用。几项使用转基因模型或化学诱导结肠炎的实验动物模型研究表明，口服铁可能加重肠道炎症，并促进肿瘤发生。此外有研究表明，管腔亚铁的缺失与肠道菌群的关键变化有关。相比之下，静脉补铁治疗对于缺铁性贫血是一种有效的替代治疗方法，因为它不会引起副作用，而且在恢复铁状态方面更为有效。
缺铁和过量铁都对结直肠癌有重要影响。结直肠癌缺铁发生的主要机制是癌症引起的胃肠出血引起的病理性失血和功能性缺铁，即由于铁调素介导的铁螯合和慢性炎症引起的铁限制，使正常的铁储存不能被调动起来。另一方面，铁负荷也会增加Wnt信号通路，这是结直肠癌细胞系模型中一个主要的致癌途径。在小鼠模型中，耗尽管腔铁可以减少肠道肿瘤的发生，反之，增加管腔铁则可强烈促进肿瘤的发生。研究表明，补铁剂会促进肿瘤的生长速度，并且肿瘤细胞在高铁水平下比正常细胞生长和存活的能力更强。此外，在动物模型中，许多重要的研究提示，膳食铁会增加结肠隐窝细胞增殖，并且促进结直肠癌肿瘤的发生。
四、小结与展望
缺铁和铁过载是一个全球性的严重问题，本文讨论了缺铁和铁过载对肠道健康的影响。到目前为止，人们已经认识到口服铁可能会影响肠道菌群的分布，并且可能导致严重的胃肠道问题，包括腹泻、发病率和死亡率。通过微生物群来改善动物肠道健康，是正在进行的研究领域，但其生物利用度通常很差。因此，通过调整铁吸收对动物肠道健康进行调节，可能是未来的重点研究方向。许多研究只报道了观察到的相关性，需要做更多的工作来证明铁对肠道健康产生影响的因果关系，以及为缺铁和过载提供防治方法。
机体内铁的吸收主要是通过铁稳态调控来实现的，肠道中的十二指肠是膳食铁的主要吸收部位，通过严格调节肠道中铁的吸收和从组织储库（主要是脾脏和肝脏）释放来维持血浆铁稳态，铁稳态的失衡可能会导致胞内铁的异常，最常见的就是铁缺乏和铁过载。当铁的损失长期超过铁的摄入量时就会出现铁缺乏，铁缺乏是贫血的最常见原因。铁过载则会增加身体组织中的氧化应激，通过芬顿反应导致羟基自由基和氧自由基过量生成，引起脂质、蛋白质和DNA损伤，增加炎症性肠炎和结直肠癌的风险。本文重点关注微量元素铁的吸收、分布、代谢在肠道健康方面的研究进展，以及对未来的展望。
一、铁吸收与铁稳态调控
膳食铁包括多种形式，通常分为血红素铁和非血红素铁。非血红素铁可以从许多食物中获得，主要以氧化形式Fe3+预先发送，并且必须在肠道摄取之前还原成Fe2+形式。一旦被还原，Fe2+通过DMTI转运穿过顶膜，进入细胞质后，可以通过转铁蛋白（FPN）离开基底膜外侧的上皮细胞。Fe2+通过铁转运蛋白离开细胞后，被亚铁氧化酶氧化成Fe3+与转铁蛋白（TF）结合，并以转铁配合物（HOLO-TF 或者Apo-TF）的形式分布在人体内。目前，尚未完全了解红肉中血红素铁的吸收情况。一旦血红素铁被吸收，就会被转运到细胞质中，并被血红素加氧酶1（HO1）释放。
目前认为铁调素是机体维持铁稳态最关键的物质，其在血液中循环，并与肠上皮细胞基底膜外侧的铁输出转运蛋白结合。这种结合导致FPN1的内化和降解，并且使释放到血液中的铁降低。DMT1或FPN的突变或功能丧失，会导致铁吸收的抑制和全身铁稳态的失调。铁调素产生的调控非常复杂，目前已知铁调素的水平会随着宿主体内铁的存储量和感染以及炎症过程而增加，在缺氧、铁缺乏和造血时则会降低。
二、铁在肠道健康中的作用
铁是许多肠道细菌必不可少的限制性营养素。据报道，宿主的铁和饮食中的铁会导致菌群失调。在健康的肠道中，其特征是潜在有益微生物物种占优势。然而，营养不良使肠道共生微生物的组成和数量失衡，其特征是病原菌的负荷很重以及肠道微生物组改变。越来越多的证据表明，营养不良可能会对肠道微生物组产生不利影响，并最终影响胃肠道的结构和功能。对于许多肠革兰氏阴性细菌而言，铁的获取对于毒力和定殖至关重要。
在动物模型中，铁会导致肠道微生物群丰度发生重大变化，并改变代谢活性。在成年啮齿动物中，铁缺乏会增加粪便总厌氧菌肠球菌以及乳酸菌，而铁的补充则可以部分恢复原始肠道菌群的组成，并促成代谢活性的恢复。低铁条件降低了玫瑰茄属和拟杆菌属，而乳酸杆菌和肠杆菌科增加，丁酸和丙酸都有所减少。这表明长期低铁饮食会引起肠道菌群的变化并减少SCFA的产生，这有可能减少肠道对肠道病原体的屏障，从另一个角度强调了适当饮食的重要性。
三、铁稳态失衡引起的肠道疾病
炎症性肠病（IBD） 是胃肠道的慢性炎症性疾病，病因和发病机制不明，贫血是该疾病最常见的并发症，而缺铁是IBD患者贫血的主要原因。炎症性肠病的多種因素均会导致铁缺乏，比如肠道失血、膳食铁摄入量减少，以及十二指肠疾病或手术切除十二指肠导致铁吸收减少，随后体内的铁储备被耗尽，导致了缺铁性贫血（IDA）的发生。炎性细胞因子会增加肝脏铁调素的产生，铁调素阻断转铁蛋白-1，并阻止铁从肠细胞、巨噬细胞和肝细胞释放。尽管有足够的铁储存，但却被红细胞隔离，最终发展成贫血。值得注意的是，在IBD治疗过程中要避免口服铁剂治疗，因为口服补铁常导致胃肠道副作用。几项使用转基因模型或化学诱导结肠炎的实验动物模型研究表明，口服铁可能加重肠道炎症，并促进肿瘤发生。此外有研究表明，管腔亚铁的缺失与肠道菌群的关键变化有关。相比之下，静脉补铁治疗对于缺铁性贫血是一种有效的替代治疗方法，因为它不会引起副作用，而且在恢复铁状态方面更为有效。
缺铁和过量铁都对结直肠癌有重要影响。结直肠癌缺铁发生的主要机制是癌症引起的胃肠出血引起的病理性失血和功能性缺铁，即由于铁调素介导的铁螯合和慢性炎症引起的铁限制，使正常的铁储存不能被调动起来。另一方面，铁负荷也会增加Wnt信号通路，这是结直肠癌细胞系模型中一个主要的致癌途径。在小鼠模型中，耗尽管腔铁可以减少肠道肿瘤的发生，反之，增加管腔铁则可强烈促进肿瘤的发生。研究表明，补铁剂会促进肿瘤的生长速度，并且肿瘤细胞在高铁水平下比正常细胞生长和存活的能力更强。此外，在动物模型中，许多重要的研究提示，膳食铁会增加结肠隐窝细胞增殖，并且促进结直肠癌肿瘤的发生。
四、小结与展望
缺铁和铁过载是一个全球性的严重问题，本文讨论了缺铁和铁过载对肠道健康的影响。到目前为止，人们已经认识到口服铁可能会影响肠道菌群的分布，并且可能导致严重的胃肠道问题，包括腹泻、发病率和死亡率。通过微生物群来改善动物肠道健康，是正在进行的研究领域，但其生物利用度通常很差。因此，通过调整铁吸收对动物肠道健康进行调节，可能是未来的重点研究方向。许多研究只报道了观察到的相关性，需要做更多的工作来证明铁对肠道健康产生影响的因果关系，以及为缺铁和过载提供防治方法。