一、背景介绍

转铁蛋白又名运铁蛋白（Transferrin，TRF、Tf），负责运载由消化管吸收的铁和由红细胞降解释放的铁。以三价铁复合物（Tf-Fe3+）的形式进入骨髓中，供成熟红细胞的生成。转铁蛋白主要存在于血浆中，血浆中的转铁蛋白供应机体绝大部分组织的铁，而在其不能到达的部位，由这些组织自己合成的转铁蛋白在局部产生转铁作用。人转铁蛋白（Human Transferrin）主要在肝脏合成，在脑脊液、淋巴液、乳汁等体液中也有分布。

二、分子特征

是由位于同源N-端和C-端的两个叶片（Lobe）组成的一种单链糖蛋白。人转铁蛋白共含678个氨基酸残基，等电点为5.9、分子量为76kD。每分子的转铁蛋白能携带2个三价铁离子(Fe3+)。转铁蛋白与Fe3+的相互作用取决于pH，pH为7.4时，转铁蛋白与Fe3+高效结合，在酸性pH下两者分离。

三、结构

双叶片结构：转铁蛋白最显著的特征是其两个同源的结构叶片——N端叶片和C端叶片，这两个叶片由一个短肽链连接。

铁结合位点：每个叶片含有一个高亲和力的铁离子结合位点，因此每分子转铁蛋白最多可携带两个Fe³⁺。这种结合具有高度pH依赖性：在生理pH（约7.4）下高效结合铁离子；在酸性pH（如细胞内吞后的内体中，约5.6）下则迅速释放铁离子。铁的结合还需要碳酸氢根离子（HCO₃⁻）的协同参与，它在结合位点中充当“锁住”铁离子的配体。

图1.转铁蛋白的结果图^[1]

四、存在形态

根据铁饱和度，转铁蛋白存在三种形态：

脱铁转铁蛋白（Apo-transferrin）：未结合铁离子。

单铁转铁蛋白（Monoferric transferrin）：结合一个铁离子（可在N端或C端）。

饱和铁转铁蛋白（Holo-transferrin）：结合两个铁离子。此形态的蛋白呈粉红色至红褐色，这也是其纯度评估的一个直观指标。

表1.饱和铁转铁蛋白和脱铁转铁蛋白的区别

五、转铁蛋白的作用机制

转铁蛋白的核心作用是通过“铁结合-受体介导内吞-铁释放”的闭环，实现铁离子的精准转运与供给，具体机制分为4个步骤：

1.铁结合：Holo-Tf在生理条件下（pH 7.4），其N端和C端结构域分别结合1个Fe³⁺，形成稳定的铁-转铁蛋白复合物；Apo-Tf则可结合环境中的游离Fe³⁺，转化为Holo-Tf后发挥供铁作用。

2.受体结合：铁-转铁蛋白复合物与细胞表面的转铁蛋白受体1（TfR1，CD71）高亲和力结合，TfR1在肿瘤细胞、快速增殖细胞（如干细胞、免疫细胞）表面高表达，这也是靶向递送的核心基础。

3.内吞与铁释放：结合复合物后，细胞通过受体介导的内吞作用，将复合物摄入细胞内形成内体；内体酸化（pH降至5.5左右）后，转铁蛋白的铁结合结构域构象改变，Fe³⁺从复合物中释放，被细胞内的铁蛋白（Ferritin）储存或直接用于细胞代谢（如血红蛋白合成、DNA复制）。

4.循环复用：释放铁后的转铁蛋白（Apo-Tf）仍与TfR1结合，随内体与细胞膜融合后被重新释放到细胞外，再次结合Fe³⁺，进入下一轮铁转运循环，实现高效复用。

图2: 转铁蛋白循环机理图

六、转铁蛋白的来源

七、重组人转铁蛋白的应用

1. 无血清/低血清细胞培养

在无血清体系中，rhTF主要通过以下机制发挥作用：

提供必需铁源：通过与细胞表面的转铁蛋白受体结合，将铁离子高效、安全地转运至细胞内，满足细胞增殖和代谢对铁的需求，尤其是杂交瘤细胞、贴壁细胞和悬浮细胞系。

胞外抗氧化保护：作为重要的胞外抗氧化剂，螯合游离铁离子，避免其催化产生有害的活性氧（ROS），保护细胞免受氧化应激损伤。

促进细胞生长：除了提供铁，研究证实rhTF本身对哺乳动物细胞的生长和生产效率具有直接的促进作用，功能类似于生长因子

铁是细胞增殖、代谢的必需元素，血清中虽含有转铁蛋白，但成分复杂、批间差异大，且存在外源污染风险，因此重组人转铁蛋白成为无血清培养基的核心添加物，适配多种细胞类型：

工程细胞：CHO、HEK293细胞（重组蛋白、抗体生产的核心细胞），添加Holo-Tf可提升细胞密度、活率及重组蛋白产量，减少血清依赖带来的杂蛋白污染。

干细胞：胚胎干细胞（ESC）、诱导多能干细胞（iPSC）、间充质干细胞（MSC），Holo-Tf可维持干细胞干性，抑制自发分化，提升克隆形成率；Apo-Tf可调控铁稳态，避免氧化应激损伤干细胞。

免疫细胞：CAR-T细胞、NK细胞、T细胞，添加Holo-Tf可支持免疫细胞体外扩增，提升细胞活性和增殖效率，适配细胞治疗研发。

原代细胞：肝细胞、肾小管上皮细胞、支气管上皮细胞等，Holo-Tf可促进原代细胞存活、扩增，维持细胞固有表型，减少原代细胞培养过程中的凋亡。

2. 基础研究

1) 铁代谢研究：用于TfR1介导的内吞、铁转运、铁稳态调控机制研究，可搭配Apo-Tf、铁蛋白等试剂，构建铁代谢异常模型。

2) 氧化应激研究：Apo-Tf可清除游离铁，用于探究游离铁介导的ROS生成、细胞损伤机制，适配肿瘤、神经退行性疾病等相关研究。

3) 受体介导转染：利用TfR1高表达特性，将重组人转铁蛋白与DNA、siRNA、药物等结合，构建靶向递送载体，实现细胞特异性转染或药物递送。

4) 类器官培养：在肝类器官、肾类器官、肿瘤类器官培养中，添加Holo-Tf可支持类器官成熟，维持类器官的功能完整性，提升类器官培养成功率。

3. 生物制药与工业生产

在重组蛋白、单克隆抗体、病毒载体（如腺病毒、慢病毒）、疫苗等生物制药领域，重组人转铁蛋白是GMP级无血清培养基的关键添加物，核心作用是为工程细胞（CHO、HEK293等）提供稳定、安全的铁源，保障工业化大规模培养的稳定性和产品质量：

单克隆抗体生产：CHO细胞大规模培养中，添加GMP级Holo-Tf可提升细胞密度和抗体产量，减少批间差异，同时避免血源污染，符合生物制药的GMP规范。

病毒载体生产：用于慢病毒、腺病毒等载体的包装细胞培养，支持包装细胞增殖，提升病毒滴度，适配基因治疗载体的工业化生产。

疫苗研发：在病毒疫苗（如流感疫苗、HPV疫苗）的细胞基质培养中，添加重组人转铁蛋白可支持疫苗病毒扩增，提升疫苗产量和纯度。

八、重组转铁蛋白的产品特点

安全性好：产品通过多层质检检测，避免了病原体的污染；

毒性小：细胞毒性非常低，对后续实验没有影响；

性能稳定：每批次均从同一细胞株中表达，性能差别小，蛋白纯度高

操作简单： 只需将产品加入培基中即可；

应用性广：可适用于不同类型细胞的培养。

九、FAQ

Q1：无血清培养基中应该添加提取的转铁蛋白，还是重组的转铁蛋白？

答：提取的转铁蛋白具有安全性差和批间差大等缺陷，尤其是将提取的转铁蛋白添加于用于细胞培养的无血清培养基中时，可能会将人或动物的病原体（如疯牛病病毒，克雅氏病毒和其它未知病原体）带入细胞中，污染细胞。重组的转铁蛋白完全避免了病原体污染的可能性，因此无血清培养基中更应该添加重组的转铁蛋白。

Q2：培养基中应该添加铁饱和(Holo)转铁蛋白，还是脱铁(Apo)转铁蛋白?

答：当培养基中不含铁或铁含量较低时，选择添加铁饱和(Holo)的转铁蛋白；当培养基中富含铁时，选择脱铁转铁蛋白。

Q3：铁饱和(Holo)的转铁蛋白和脱铁(Apo)的转铁蛋白，哪个效果好?

答：无法从理论上推断出两者的效果好坏，需要通过实验检测。

Q4：转铁蛋白在无血清培养基中的浓度是多少?

答：转铁蛋白的浓度和细胞类型有关，具体的浓度与细胞状态、细胞浓度、实验目的有关。一般原代细胞：5-100mg/L；中国仓鼠卵巢细胞：10-50mg/L；杂交瘤和Vero细胞：5-20mg/L

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相关文献

[1].André M.N. Silva , Tânia Moniz, Baltazar de Castro,et. al. Human transferrin: An inorganic biochemistry perspective.Coordination Chemistry Reviews，Volume 449, 15 December 2021, 214186.