武汉云克隆科技股份有限公司

亚铁离子（Fe²⁺）对所有真核细胞都至关重要，参与各种氧化还原酶反应，包括DNA和蛋白质的去甲基化，但Fe²⁺在性别决定过程中的影响尚未可知。2025年5月，Nature杂志上发表了一篇题为“Maternal iron deficiency causes male-tofemale sex reversal in mouse embryos”的文章，在这项研究中，研究者发现母体缺铁（无论是药物诱导还是膳食导致）会损害小鼠胚胎性腺体细胞中铁依赖的组蛋白去甲基化酶（KDM3A）的活性，抑制组蛋白H3K9me2去甲基化作用和Y染色体性别决定基因（Sry）表达，最终引发部分雄性（XY）胚胎向雌性的性别逆转。

研究者从性腺和中肾中分离出NR5A1⁺性腺体细胞以及NR5A1⁻中肾细胞和生殖细胞。mRNA结果表明，NR5A1⁺表达Sry基因，而NR5A1⁻不表达，Kdm3a在NR5A1⁺中的表达量高于NR5A1⁻细胞。铁摄入基因Tfrc和Scara5，以及铁生成基因Slc11a2、Steap3、Ncoa4和Hmox1在NR5A1⁺细胞中的表达量高于NR5A1⁻细胞。这说明Fe²⁺在负责性腺性别决定细胞的细胞质和细胞核中积累。研究者通过免疫荧光检测发现性腺中铁摄入蛋白以及铁生成蛋白的信号强度，均强于其他组织，肝脏除外。免疫印迹结果显示铁摄入和铁生成蛋白在NR5A1⁺细胞、胎盘和肝脏中大量表达。荧光探针FeRhoNox-1显示在性腺中检测到高水平的Fe²⁺荧光。这些结果表明存在一种基因和蛋白质表达模式，其特别有利于Fe²⁺在负责性别决定的性腺细胞中积累。（见图1）

为了构建缺乏铁代谢基因的模型小鼠，研究者在小鼠性别发育决定前阶段选择性破坏性腺体细胞中Tfrc（编码转铁蛋白受体1（TFR1））。在E10.8时期，对照组中Fe²⁺含量维持在高水平，但在Tfrc^1l/2l条件性敲除（Tfrc^1l/2l-cKO）性腺中显著降低，这表明TFR1的缺失会在性别决定前抑制Fe²⁺的生成。在 E11.5（性别决定阶段）时，相对于对照组，Tfrc^1l/2l-cKO NR5A1⁺细胞中的总铁水平降至50%，H3K9me2水平升高2倍，免疫荧光显示Tfrc^1l/2l-cKO性腺中SRY表达量约为对照组的50%，ChIP-qPCR检测在Tfrc^1l/2l-cKO NR5A1⁺细胞中，Sry启动子上的H3K9me2水平几乎是对照NR5A1⁺细胞的2倍，这表明Sry基因座的H3K9去甲基化过程失败。在青春期或成年阶段检查了Tfrc^1l/2l-cKO小鼠的内外生殖器。39 只小鼠中6 只出现了雄性到雌性的性别逆转，具有两个卵巢，1 只小鼠部分雌性化，有一个卵巢和一个睾丸。Tfrc^1l/2l-cKO小鼠的性别逆转表型与Kdm3a缺陷小鼠相似。这些结果表明，胚胎性腺体细胞中铁平衡是雄性性别正常发育所必需的，并暗示TFR1介导的铁摄入途径参与了KDM3A介导的Sry表观遗传调控。（见图2）

在体外，研究者在分化前期向培养基中添加铁特异性螯合剂去铁胺（DFO）。通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测量铁含量，结果显示DFO处理的NR5A1⁺细胞中铁水平降低至40%，说明DFO处理可显著降低细胞铁水平。通过统计FOXL2⁺（卵巢标志物）和SOX9⁺（睾丸发育的关键调控因子）细胞数量评估体外性腺性别分化。发现在对照XY性腺中，FOXL2⁺细胞的比例为0%，DFO处理的XY性腺中FOXL2⁺细胞比例达到了近90%。当在DFO处理的同时添加足够的Fe²⁺，XY性腺性别分化完全恢复，这表明DFO处理导致的性别逆转是由于铁缺乏所致。研究者通过实验评估了DFO处理对体外培养性腺中组蛋白修饰的影响，结果表明铁缺乏诱导的Sry抑制是由于Sry基因座缺乏H3K9去甲基化所致，抑制其酶活性可能会累加导致DFO处理引起的H3K9me2水平升高。（见图3）

研究人员在胚胎性别决定前后通过药物诱导母体缺铁：在E6.5到E10.5期，给孕鼠投喂铁螯合剂地拉罗司（DFX），然后检查胚胎的性别发育情况。DFX处理的母鼠所生育的72只XY小鼠中，4只具有两个卵巢，1只具有一个卵巢和一个睾丸，这表明在性别决定期前后母体急性缺铁会导致部分后代发生雄性向雌性的性别逆转。DFX处理的母鼠胚胎XY性腺中SRY表达显著降低，降至对照XY性腺的近60%，同时包含FOXL2⁺细胞和SOX9⁺细胞，其中FOXL2⁺细胞比例达约20%。通过强制表达Hsp-Sry转基因来恢复SRY功能后，DFX处理母鼠所怀胚胎的XY性腺中FOXL2⁺细胞比例显著降低，几乎接近XY对照性腺的水平。这表明 DFX处理母鼠所怀胚胎的XY性腺出现卵睾体表型，其原因是Sry表达水平下降。（见图4）

接着进一步评估母体饮食中铁摄入减少是否会影响发育中胚胎的性别发育，给雌性小鼠食用缺铁饮食（IDD）六周（包括怀孕前四周）。E11.5时，观察到贫血症状，IDD性腺中铁水平约为对照饮食（CD）性腺的 60%。IDD母鼠所生下的野生型XY子代（n=58）发育正常。给携带Kdm3a基因突变杂合子（Kdm3a^Δ/+）的胚胎母鼠进行缺铁饮食。IDD母鼠所产的43只XY型Kdm3a^Δ/+ 子代中，有2只出现了雄性向雌性的性别逆转；CD母鼠所产的子代正常。这些数据表明，母体饮食缺铁可作为诱导特定遗传背景下哺乳动物胎儿发生雄性向雌性性别逆转的因素。综上，在性别决定过程中，发育中的性腺会同时激活铁摄入和铁生成通路，从而促进KDM3A介导的Sry基因座H3K9去甲基化。由于Sry的表观遗传调控高度依赖细胞内Fe²⁺水平，母体铁缺乏会导致部分发育中胚胎发生雄性向雌性的性别逆转。（见图5）

总的来说，这些发现说明细胞内铁水平是发育中性腺H3K9去甲基化的关键限速因子，母体铁缺乏可通过表观遗传机制导致胎儿性别发育异常。首次确立了铁在哺乳动物性别决定中的作用，强调了维持孕期体内充足铁水平对确保胚胎性别正常分化至关重要。

云克隆开发了上述研究中涉及的相关指标的蛋白、抗体、ELISA试剂盒等产品以助力相关研究，部分指标节选如下，供参考。