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亞鐵離子（Fe2?）對所有真核細胞都至關重要，參與各種氧化還原酶反應，包括DNA和蛋白質的去甲基化，但Fe2?在性別決定過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，在這項研究中，研究者發(fā)現(xiàn)母體缺鐵（無論是藥物誘導還是膳食導致）會損害小鼠胚胎性腺體細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，最終引發(fā)部分雄性（XY）胚胎向雌性的性別逆轉。

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

為了構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胞中Tfrc（編碼轉鐵蛋白受體1（TFR1））。在E10.8時期，對照組中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的缺失會在性別決定前抑制Fe2?的生成。在 E11.5（性別決定階段）時，相對于對照組，Tfrc^1l/2l-cKO NR5A1⁺細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表達量約為對照組的50%，ChIP-qPCR檢測在Tfrc^1l/2l-cKO NR5A1⁺細胞中，Sry啟動子上的H3K9me2水平幾乎是對照NR5A1⁺細胞的2倍，這表明Sry基因座的H3K9去甲基化過程失敗。在青春期或成年階段檢查了Tfrc^1l/2l-cKO小鼠的內外生殖器。39 只小鼠中6 只出現(xiàn)了雄性到雌性的性別逆轉，具有兩個卵巢，1 只小鼠部分雌性化，有一個卵巢和一個睪丸。Tfrc^1l/2l-cKO小鼠的性別逆轉表型與Kdm3a缺陷小鼠相似。這些結果表明，胚胎性腺體細胞中鐵平衡是雄性性別正常發(fā)育所必需的，并暗示TFR1介導的鐵攝入途徑參與了KDM3A介導的Sry表觀遺傳調控。（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）。通過電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）測量鐵含量，結果顯示DFO處理的NR5A1⁺細胞中鐵水平降低至40%，說明DFO處理可顯著降低細胞鐵水平。通過統(tǒng)計FOXL2⁺（卵巢標志物）和SOX9⁺（睪丸發(fā)育的關鍵調控因子）細胞數(shù)量評估體外性腺性別分化。發(fā)現(xiàn)在對照XY性腺中，FOXL2?細胞的比例為0%，DFO處理的XY性腺中FOXL2?細胞比例達到了近90%。當在DFO處理的同時添加足夠的Fe2?，XY性腺性別分化完全恢復，這表明DFO處理導致的性別逆轉是由于鐵缺乏所致。研究者通過實驗評估了DFO處理對體外培養(yǎng)性腺中組蛋白修飾的影響，結果表明鐵缺乏誘導的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累加導致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藥物誘導母體缺鐵：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只具有兩個卵巢，1只具有一個卵巢和一個睪丸，這表明在性別決定期前后母體急性缺鐵會導致部分后代發(fā)生雄性向雌性的性別逆轉。DFX處理的母鼠胚胎XY性腺中SRY表達顯著降低，降至對照XY性腺的近60%，同時包含FOXL2?細胞和SOX9?細胞，其中FOXL2?細胞比例達約20%。通過強制表達Hsp-Sry轉基因來恢復SRY功能后，DFX處理母鼠所懷胚胎的XY性腺中FOXL2?細胞比例顯著降低，幾乎接近XY對照性腺的水平。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表達水平下降。（見圖4）

接著進一步評估母體飲食中鐵攝入減少是否會影響發(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，觀察到貧血癥狀，IDD性腺中鐵水平約為對照飲食（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；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特定遺傳背景下哺乳動物胎兒發(fā)生雄性向雌性性別逆轉的因素。綜上，在性別決定過程中，發(fā)育中的性腺會同時激活鐵攝入和鐵生成通路，從而促進KDM3A介導的Sry基因座H3K9去甲基化。由于Sry的表觀遺傳調控高度依賴細胞內Fe2?水平，母體鐵缺乏會導致部分發(fā)育中胚胎發(fā)生雄性向雌性的性別逆轉。（見圖5）

總的來說，這些發(fā)現(xiàn)說明細胞內鐵水平是發(fā)育中性腺H3K9去甲基化的關鍵限速因子，母體鐵缺乏可通過表觀遺傳機制導致胎兒性別發(fā)育異常。首次確立了鐵在哺乳動物性別決定中的作用，強調了維持孕期體內充足鐵水平對確保胚胎性別正常分化至關重要。

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