低酸素状態に曝露したDcytbノックアウトマウスでは、十二指腸還元酵素活性と脾臓鉄貯蔵量が低下し、赤血球造血が異常になる

Duodenal reductase activity and spleen iron stores are reduced and erythropoiesis is abnormal in Dcytb knockout mice exposed to hypoxic conditions.

• Jeehyea Choi
• Patarabutr Masaratana
• Gladys O Latunde-Dada
• Matthew Arno
• Robert J Simpson
• Andrew T McKie

抄録

十二指腸チトクロムb（Dcytb、Cybrd1）は、十二指腸に局在する鉄還元酵素であり、鉄の吸収が増加している状況下で高発現する。鉄代謝における Dcytb の十二指腸第二鉄還元酵素活性への寄与を調べるために、我々はまず、十二指腸第二鉄還元酵素を誘導することが知られている3つの条件下（食事性鉄欠乏、低酸素、妊娠）で、野生型マウス（WT）と Dcytb ノックアウトマウス（Dcytb(-/-)）を用いて十二指腸第二鉄還元酵素活性を測定した。Dcytb(-/-)マウスとWTマウスを無作為に対照群（鉄欠乏実験、48mg/kg食餌鉄、低酸素実験、常圧、妊娠実験、非妊娠動物）または処置群（鉄欠乏実験、2-3mg/kg食餌鉄、低酸素実験、53.3kPaの圧力、妊娠実験、妊娠d20）に割り付け、十二指腸レダクターゼ活性を測定した。これらの条件のいずれにおいても、Dcytb(-/-)マウスでは第二鉄還元酵素活性の誘導は認められず、十二指腸には他の誘導性の第二鉄還元酵素が存在しないことが示唆された。赤血球造血需要が増加した条件下でDcytbが鉄吸収に必要かどうかを調べるために、低酸素下に曝露したWTマウスとDcytb(-/-)マウスの組織非ヘム鉄濃度と血液学的指標を測定した。低酸素下に曝露したDcytb(-/-)マウスでは、WTマウスと比較して、鉄吸収、ヘモグロビン、肝臓のノンヘム鉄の総量に重大な変化は認められなかった。しかし、脾臓非ヘム鉄はWTマウスと比較して有意に少なかった（6.7±1.0 vs. 12.7±0.9 nmol-mg組織（-1）; P < 0.01, n = 7-8）。また、低酸素WTマウスと比較して、低酸素Dcytb(-/-)マウスでは、網状球ヘモグロビン化の障害が認められ、網状球平均コルプス状ヘモグロビンが低い(276±1 vs. 283)ことが明らかになった。283 ± 2 g-L(-1); P < 0.05、n = 7-8）であった。このことから、DCYTBは腸内で鉄を調節する主要な十二指腸第二鉄還元酵素であり、Dcytbは最適な鉄代謝に必要であると結論づけた。

Duodenal cytochrome b (Dcytb, Cybrd1) is a ferric reductase localized in the duodenum that is highly upregulated in circumstances of increased iron absorption. To address the contribution of Dcytb to total duodenal ferric reductase activity as well as its wider role in iron metabolism, we first measured duodenal ferric reductase activity in wild-type (WT) and Dcytb knockout (Dcytb(-/-)) mice under 3 conditions known to induce gut ferric reductase: dietary iron deficiency, hypoxia, and pregnancy. Dcytb(-/-) and WT mice were randomly assigned to control (iron deficiency experiment, 48 mg/kg dietary iron; hypoxia experiment, normal atmospheric pressure; pregnancy experiment, nonpregnant animals) or treatment (iron deficiency experiment, 2-3 mg/kg dietary iron; hypoxia experiment, 53.3 kPa pressure; pregnancy experiment, d 20 of pregnancy) groups and duodenal reductase activity measured. We found no induction of ferric reductase activity in Dcytb(-/-) mice under any of these conditions, indicating there are no other inducible ferric reductases present in the duodenum. To test whether Dcytb was required for iron absorption in conditions with increased erythropoietic demand, we also measured tissue nonheme iron levels and hematological indices in WT and Dcytb(-/-) mice exposed to hypoxia. There was no evidence of gross alterations in iron absorption, hemoglobin, or total liver nonheme iron in Dcytb(-/-) mice exposed to hypoxia compared with WT mice. However, spleen nonheme iron was significantly less (6.7 ± 1.0 vs. 12.7 ± 0.9 nmol · mg tissue(-1); P < 0.01, n = 7-8) in hypoxic Dcytb(-/-) compared with hypoxic WT mice and there was evidence of impaired reticulocyte hemoglobinization with a lower reticulocyte mean corpuscular hemoglobin (276 ± 1 vs. 283 ± 2 g · L(-1); P < 0.05, n = 7-8) in normoxic Dcytb(-/-) compared with normoxic WT mice. We therefore conclude that DCYTB is the primary iron-regulated duodenal ferric reductase in the gut and that Dcytb is necessary for optimal iron metabolism.