Ferritin là một phức hợp protein nội bào hình cầu có khả năng dự trữ và giải phóng sắt một cách có kiểm soát, đóng vai trò đệm chống lại sự thiếu hụt cũng như độc tính của sắt tự do trong cơ thể. Ferritin tồn tại ở hầu hết các sinh vật sống, từ vi khuẩn, nấm, thực vật đến động vật bậc cao.
Cấu trúc phân tử của ferritin
Một phân tử ferritin hoàn chỉnh (apoferritin) có khối lượng phân tử xấp xỉ 450 kDa, được cấu tạo từ 24 tiểu đơn vị polypeptide tự lắp ráp tạo thành một vỏ protein rỗng hình cầu với đường kính ngoài khoảng 12 nm và khoang chứa bên trong có đường kính 8 nm.
Ở động vật có vú, 24 tiểu đơn vị này gồm hai loại chính:
- Tiểu đơn vị nặng (H - Heavy chain, ~21 kDa): Chứa trung tâm hoạt tính enzyme ferroxidase, có chức năng oxy hóa ion sắt hai () độc hại thành ion sắt ba () để kết tủa và lưu trữ an toàn trong lõi khoang protein.
- Tiểu đơn vị nhẹ (L - Light chain, ~19 kDa): Đóng vai trò tạo mầm tinh thể và ổn định cấu trúc khoáng hóa của phức hợp sắt bên trong lõi phân tử.
Mỗi phân tử ferritin có khả năng chứa tối đa tới 4500 nguyên tử sắt dưới dạng tinh thể khoáng ferrihydrite ().
Chuyển hóa và điều hòa sinh tổng hợp ferritin
Quá trình biểu hiện gen của ferritin được điều hòa tinh vi ở mức độ sau phiên mã thông qua hệ thống protein điều hòa sắt (IRP1 và IRP2) và các yếu tố đáp ứng sắt (IRE) nằm trên vùng 5'-UTR của phân tử mRNA mã hóa ferritin:
- Khi nồng độ sắt nội bào thấp, các protein IRP gắn chặt vào cấu trúc IRE trên mRNA, ngăn cản tiểu phần ribosome 43S tiếp cận và ức chế dịch mã tổng hợp ferritin, giúp giải phóng lượng sắt cần thiết cho tế bào sử dụng.
- Khi nồng độ sắt nội bào dồi dào, sắt liên kết với IRP làm bất hoạt hoặc phân hủy protein này, giải phóng mRNA để dịch mã ồ ạt ferritin, giúp bắt giữ sắt tự do và ngăn ngừa stress oxy hóa do phản ứng Fenton sinh ra gốc tự do hydroxyl ().
Ý nghĩa lâm sàng của xét nghiệm ferritin huyết thanh
Mặc dù ferritin chủ yếu là protein nội bào, một lượng nhỏ ferritin được bài tiết vào tuần hoàn máu (ferritin huyết thanh). Nồng độ ferritin huyết thanh tương quan tỷ lệ thuận trực tiếp với tổng lượng sắt dự trữ trong hệ lưới nội mô của cơ thể (1 ng/mL ferritin huyết thanh tương đương khoảng 8 đến 10 mg sắt dự trữ):
- Ferritin huyết thanh giảm (< 15–30 ng/mL): Là tiêu chuẩn vàng đặc hiệu nhất để chẩn đoán thiếu máu thiếu sắt trong giai đoạn sớm trước khi có biến đổi hình thái hồng cầu.
- Ferritin huyết thanh tăng (> 300–400 ng/mL ở nam hoặc > 150–200 ng/mL ở nữ): Gặp trong hội chứng quá tải sắt (bệnh nhiễm sắc tố sắt di truyền Hemochromatosis, truyền máu nhiều lần), tổn thương tế bào gan nặng hoặc các bệnh lý viêm hệ thống mạn tính.
- Chất chỉ điểm phản ứng viêm cấp (Acute phase reactant): Nồng độ ferritin huyết thanh tăng vọt trong các hội chứng bão cytokine, hội chứng kích hoạt đại thực bào (MAS) và nhiễm trùng huyết nặng.