亞鐵離子（Fe2?）對(duì)所有真核細(xì)胞都至關(guān)重要，參與各種氧化還原酶反應(yīng)，包括DNA和蛋白質(zhì)的去甲基化，但Fe2?在性別決定過(guò)程中的影響尚未可知。2025年5月，Nature雜志上發(fā)表了一篇題為“Maternal iron deficiency causes male-tofemale sex reversal in mouse embryos”的文章，在這項(xiàng)研究中，研究者發(fā)現(xiàn)母體缺鐵（無(wú)論是藥物誘導(dǎo)還是膳食導(dǎo)致）會(huì)損害小鼠胚胎性腺體細(xì)胞中鐵依賴的組蛋白去甲基化酶（KDM3A）的活性，抑制組蛋白H3K9me2去甲基化作用和Y染色體性別決定基因（Sry）表達(dá)，最終引發(fā)部分雄性（XY）胚胎向雌性的性別逆轉(zhuǎn)。

研究者從性腺和中腎中分離出NR5A1⁺性腺體細(xì)胞以及NR5A1^?中腎細(xì)胞和生殖細(xì)胞。mRNA結(jié)果表明，NR5A1⁺表達(dá)Sry基因，而NR5A1^?不表達(dá)，Kdm3a在NR5A1⁺中的表達(dá)量高于NR5A1^?細(xì)胞。鐵攝入基因Tfrc和Scara5，以及鐵生成基因Slc11a2、Steap3、Ncoa4和Hmox1在NR5A1⁺細(xì)胞中的表達(dá)量高于NR5A1^?細(xì)胞。這說(shuō)明Fe2?在負(fù)責(zé)性腺性別決定細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中積累。研究者通過(guò)免疫熒光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)性腺中鐵攝入蛋白以及鐵生成蛋白的信號(hào)強(qiáng)度，均強(qiáng)于其他組織，肝臟除外。免疫印跡結(jié)果顯示鐵攝入和鐵生成蛋白在NR5A1⁺細(xì)胞、胎盤和肝臟中大量表達(dá)。熒光探針FeRhoNox-1顯示在性腺中檢測(cè)到高水平的Fe2?熒光。這些結(jié)果表明存在一種基因和蛋白質(zhì)表達(dá)模式，其特別有利于Fe2?在負(fù)責(zé)性別決定的性腺細(xì)胞中積累。（見圖1）

為了構(gòu)建缺乏鐵代謝基因的模型小鼠，研究者在小鼠性別發(fā)育決定前階段選擇性破壞性腺體細(xì)胞中Tfrc（編碼轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（TFR1））。在E10.8時(shí)期，對(duì)照組中Fe2?含量維持在高水平，但在Tfrc^1l/2l條件性敲除（Tfrc^1l/2l-cKO）性腺中顯著降低，這表明TFR1的缺失會(huì)在性別決定前抑制Fe2?的生成。在 E11.5（性別決定階段）時(shí)，相對(duì)于對(duì)照組，Tfrc^1l/2l-cKO NR5A1⁺細(xì)胞中的總鐵水平降至50%，H3K9me2水平升高2倍，免疫熒光顯示Tfrc^1l/2l-cKO性腺中SRY表達(dá)量約為對(duì)照組的50%，ChIP-qPCR檢測(cè)在Tfrc^1l/2l-cKO NR5A1⁺細(xì)胞中，Sry啟動(dòng)子上的H3K9me2水平幾乎是對(duì)照NR5A1⁺細(xì)胞的2倍，這表明Sry基因座的H3K9去甲基化過(guò)程失敗。在青春期或成年階段檢查了Tfrc^1l/2l-cKO小鼠的內(nèi)外生殖器。39 只小鼠中6 只出現(xiàn)了雄性到雌性的性別逆轉(zhuǎn)，具有兩個(gè)卵巢，1 只小鼠部分雌性化，有一個(gè)卵巢和一個(gè)睪丸。Tfrc^1l/2l-cKO小鼠的性別逆轉(zhuǎn)表型與Kdm3a缺陷小鼠相似。這些結(jié)果表明，胚胎性腺體細(xì)胞中鐵平衡是雄性性別正常發(fā)育所必需的，并暗示TFR1介導(dǎo)的鐵攝入途徑參與了KDM3A介導(dǎo)的Sry表觀遺傳調(diào)控。（見圖2）

在體外，研究者在分化前期向培養(yǎng)基中添加鐵特異性螯合劑去鐵胺（DFO）。通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測(cè)量鐵含量，結(jié)果顯示DFO處理的NR5A1⁺細(xì)胞中鐵水平降低至40%，說(shuō)明DFO處理可顯著降低細(xì)胞鐵水平。通過(guò)統(tǒng)計(jì)FOXL2⁺（卵巢標(biāo)志物）和SOX9⁺（睪丸發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子）細(xì)胞數(shù)量評(píng)估體外性腺性別分化。發(fā)現(xiàn)在對(duì)照XY性腺中，FOXL2?細(xì)胞的比例為0%，DFO處理的XY性腺中FOXL2?細(xì)胞比例達(dá)到了近90%。當(dāng)在DFO處理的同時(shí)添加足夠的Fe2?，XY性腺性別分化完全恢復(fù)，這表明DFO處理導(dǎo)致的性別逆轉(zhuǎn)是由于鐵缺乏所致。研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估了DFO處理對(duì)體外培養(yǎng)性腺中組蛋白修飾的影響，結(jié)果表明鐵缺乏誘導(dǎo)的Sry抑制是由于Sry基因座缺乏H3K9去甲基化所致，抑制其酶活性可能會(huì)累加導(dǎo)致DFO處理引起的H3K9me2水平升高。（見圖3）

研究人員在胚胎性別決定前后通過(guò)藥物誘導(dǎo)母體缺鐵：在E6.5到E10.5期，給孕鼠投喂鐵螯合劑地拉羅司（DFX），然后檢查胚胎的性別發(fā)育情況。DFX處理的母鼠所生育的72只XY小鼠中，4只具有兩個(gè)卵巢，1只具有一個(gè)卵巢和一個(gè)睪丸，這表明在性別決定期前后母體急性缺鐵會(huì)導(dǎo)致部分后代發(fā)生雄性向雌性的性別逆轉(zhuǎn)。DFX處理的母鼠胚胎XY性腺中SRY表達(dá)顯著降低，降至對(duì)照XY性腺的近60%，同時(shí)包含FOXL2?細(xì)胞和SOX9?細(xì)胞，其中FOXL2?細(xì)胞比例達(dá)約20%。通過(guò)強(qiáng)制表達(dá)Hsp-Sry轉(zhuǎn)基因來(lái)恢復(fù)SRY功能后，DFX處理母鼠所懷胚胎的XY性腺中FOXL2?細(xì)胞比例顯著降低，幾乎接近XY對(duì)照性腺的水平。這表明 DFX處理母鼠所懷胚胎的XY性腺出現(xiàn)卵睪體表型，其原因是Sry表達(dá)水平下降。（見圖4）

接著進(jìn)一步評(píng)估母體飲食中鐵攝入減少是否會(huì)影響發(fā)育中胚胎的性別發(fā)育，給雌性小鼠食用缺鐵飲食（IDD）六周（包括懷孕前四周）。E11.5時(shí)，觀察到貧血癥狀，IDD性腺中鐵水平約為對(duì)照飲食（CD）性腺的 60%。IDD母鼠所生下的野生型XY子代（n=58）發(fā)育正常。給攜帶Kdm3a基因突變雜合子（Kdm3a^Δ/+）的胚胎母鼠進(jìn)行缺鐵飲食。IDD母鼠所產(chǎn)的43只XY型Kdm3a^Δ/+ 子代中，有2只出現(xiàn)了雄性向雌性的性別逆轉(zhuǎn)；CD母鼠所產(chǎn)的子代正常。這些數(shù)據(jù)表明，母體飲食缺鐵可作為誘導(dǎo)特定遺傳背景下哺乳動(dòng)物胎兒發(fā)生雄性向雌性性別逆轉(zhuǎn)的因素。綜上，在性別決定過(guò)程中，發(fā)育中的性腺會(huì)同時(shí)激活鐵攝入和鐵生成通路，從而促進(jìn)KDM3A介導(dǎo)的Sry基因座H3K9去甲基化。由于Sry的表觀遺傳調(diào)控高度依賴細(xì)胞內(nèi)Fe2?水平，母體鐵缺乏會(huì)導(dǎo)致部分發(fā)育中胚胎發(fā)生雄性向雌性的性別逆轉(zhuǎn)。（見圖5）

總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)鐵水平是發(fā)育中性腺H3K9去甲基化的關(guān)鍵限速因子，母體鐵缺乏可通過(guò)表觀遺傳機(jī)制導(dǎo)致胎兒性別發(fā)育異常。首次確立了鐵在哺乳動(dòng)物性別決定中的作用，強(qiáng)調(diào)了維持孕期體內(nèi)充足鐵水平對(duì)確保胚胎性別正常分化至關(guān)重要。

云克隆開發(fā)了上述研究中涉及的相關(guān)指標(biāo)的蛋白、抗體、ELISA試劑盒等產(chǎn)品以助力相關(guān)研究，部分指標(biāo)節(jié)選如下，供參考。