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O ferro é fundamental para vários processos metabólicos, incluindo crescimento e desenvolvimento, produção de energia e transporte de oxigênio1. A manutenção da homeostase do ferro é um processo dinâmico e coordenado. O ferro é absorvido dos alimentos no duodeno e transportado ao redor do corpo na circulação ligada à transferrina da proteína de transporte de ferro (Tf). É utilizado por todas as células para processos enzimáticos, incorporado à hemoglobina em eritrócitos nascentes e reciclado de eritrócitos envelhecidos por macrófagos. O ferro é armazenado no fígado quando em excesso e perdido do corpo através de hemorragia ou descamação celular. A quantidade de ferro em circulação é o resultado do equilíbrio entre o consumo e o fornecimento de ferro, sendo este último rigidamente regulado pelo hormônio hepcidina (HAMP), regulador central da homeostase do ferro1. A hepcidina funciona para limitar a biodisponibilidade de ferro no sangue, ocluindo ou induzindo ubiquitinação e degradando a ferroportina exportadora de ferro (FPN)2. A redução da NPF funcional leva à diminuição da absorção dietética de ferro, sequestro de ferro no fígado e diminuição da reciclagem de ferro dos macrófagos1.
A hepcidina é regulada pelo estado de ferro, inflamação, impulso eritropoiético e gravidez (revisada em 3). Dado que a homeostase do ferro é altamente dinâmica, é importante entender e medir o pool total de ferro e a distribuição e rotatividade de ferro. Estudos em animais tradicionalmente se baseavam em isótopos de ferro radioativos, uma abordagem altamente sensível, mas onerosa, para medir a dinâmica do ferro. Entretanto, em estudos mais recentes, incluindo o estudo aquiapresentado4, isótopos de ferro estáveis não radioativos (58Fe) são utilizados para medir o transporte de ferro durante a gestação 5,6,7,8,9. Isótopos estáveis são ferramentas valiosas para estudar o metabolismo de nutrientes (revisado em 10). O uso de isótopos estáveis de ferro em estudos em humanos demonstrou que i) a absorção de ferro aumenta no final da gestação5,6, ii) a transferência de ferro dietético para o feto é dependente do status de ferro materno7, iii) o ferro heme ingerido maternalmente é mais prontamente incorporado pelo feto do que o ferro não-heme 8, e iv) a transferência de ferro para o feto está negativamente correlacionada com os níveis maternos de hepcidina 8, 9. Esses experimentos mediram isótopos de ferro em soros ou sua incorporação em hemácias; no entanto, a medida do ferro incorporado isoladamente nas hemácias pode subestimar a verdadeira absorção de ferro9. No presente estudo, tanto o ferro heme quanto o ferro não heme são medidos nos tecidos.
Durante a gravidez, o ferro é necessário para suportar a expansão do volume de glóbulos vermelhos maternos e para a transferência através da placenta para apoiar o crescimento e desenvolvimento do feto11. A dotação fetal de ferro é totalmente dependente do transporte de ferro através da placenta. Durante a gravidez humana 12 e roedor 4,13, os níveis de hepcidina diminuem drasticamente, aumentando a disponibilidade de ferro plasmático para transferência para o feto.
Os fundamentos do transporte placentário de ferro foram inicialmente caracterizados nas décadas de 1950-70 usando traçadores radioativos (59Fe e 55Fe). Esses estudos determinaram que o transporte de ferro através da placenta é unidirecional 14,15 e que a transferrina diférrica é uma importante fonte de ferro para a placenta e o feto 16,17. A compreensão atual do transporte placentário de ferro é mais completa, embora alguns dos principais transportadores de ferro e mecanismos regulatórios permaneçam desconhecidos. Os modelos de camundongos têm sido essenciais para a compreensão da regulação e do transporte de ferro18 porque os principais transportadores e mecanismos são notavelmente semelhantes. Tanto a placenta humana quanto a de camundongo são hemocoriais, ou seja, o sangue materno está em contato direto com o córion fetal19. No entanto, existem algumas diferenças estruturais notáveis.
O sincitiotrofoblasto é a camada celular placentária que separa a circulação materna e fetal e transporta ativamente ferro e outros nutrientes20. Em humanos, o sincitiotrofoblasto é uma única camada de células fundidas. Em contraste, a placenta do rato consiste em duas camadas21 do sinciciotrofoblasto, Syn-I e Syn-II. No entanto, as junções gap na interface do Syn-I e do Syn-II permitem a difusão de nutrientes entre as camadas22,23. Assim, essas camadas funcionam como uma única camada sincicial semelhante ao sinciciotrofoblasto humano. Semelhanças e diferenças adicionais entre placentas humanas e de camundongos são revisadas por Rossant e Cross21. O transporte placentário de ferro é desencadeado pela ligação do ferro-Tf do sangue materno ao receptor de transferrina (TfR1) localizado no lado apical do sincitiotrofoblasto24. Essa interação induz a internalização ferro-Tf/TfR1 via endocitose mediada por clatrina25. O ferro é então liberado da Tf no endossomo ácido26, reduzido a ferro ferroso por uma ferrirredutase indeterminada e exportado do endossomo para o citoplasma por um transportador ainda a ser determinado. Como o ferro é acompanhado dentro do sincitiotrofoblasto também continua a ser descrito. O ferro é eventualmente transportado para o lado fetal pelo exportador de ferro, FPN, localizado na superfície basal ou voltada para o fecho do sincitiotrofoblasto (revisado em27).
Para compreender como a regulação fisiológica e patológica da TfR1, FPN e hepcidina afeta o transporte placentário de ferro, isótopos estáveis de ferro foram utilizados para quantificar o transporte de ferro da circulação materna para a placenta e embrião in vivo4. Este trabalho apresenta os métodos de preparação e administração de transferrina isotópica de ferro em ratas prenhes, processamento de tecidos para ICP-MS e cálculo das concentrações de ferro em tecidos. O uso de isótopos estáveis de ferro in vivo pode ser adaptado para investigar a regulação e distribuição de ferro em diferentes modelos animais para investigar a regulação fisiológica e patológica do ferro.