Hepcidin與慢性腎臟病研究進(jìn)展

嚴(yán)震文(綜述)，葉志斌(審校)

(復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院腎內(nèi)科，上海200040)

慢性腎衰竭患者普遍存在腎性貧血，主要與促紅細(xì)胞生成素(erythropietin，EPO)生成不足有關(guān)。目前EPO已成為慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)患者整體治療的重要組成部分，然而部分患者存在EPO低反應(yīng)現(xiàn)象。以往認(rèn)為鐵缺乏和慢性炎癥是導(dǎo)致外源性EPO反應(yīng)減弱的兩個(gè)常見原因，但常規(guī)補(bǔ)鐵的效果和傳統(tǒng)反應(yīng)鐵缺乏的標(biāo)志物并不能完全解釋這種現(xiàn)象。近年來，國(guó)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)幾種新的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)和鐵調(diào)節(jié)蛋白，尤其是hepcidin，極大地豐富了人們對(duì)機(jī)體鐵代謝分子調(diào)控的認(rèn)識(shí)。hepcidin在CKD特定人群中的研究近年來已有報(bào)道。hepcidin可能成為評(píng)價(jià)CKD患者鐵狀態(tài)的重要生物標(biāo)志物［1］。

1 hepcidin的一般結(jié)構(gòu)

hepcidin是一種主要由肝細(xì)胞產(chǎn)生和分泌的小分子肽，富含半胱氨酸。2000年，Krause等［2］首先從人血液中分離純化了這種抗菌多肽，2001年P(guān)ark等［3］從人尿液中也分離出這一多肽，并將其命名為hepcidin。在肝臟中合成的早期多肽由84個(gè)氨基酸殘基組成，多肽N端含有一段信號(hào)肽，酶切去除其24個(gè)氨基酸殘基的信號(hào)肽后，形成含有60個(gè)氨基酸殘基組成的前體肽而轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液中，再通過前肽轉(zhuǎn)化酶酶切形成具有生物活性的小分子多肽hepcidin。成熟的hepcidin分子有3種，分別為25個(gè)氨基酸(Hepc 25)、22個(gè)氨基酸(Hepc 22)和20個(gè)氨基酸小肽(Hepc 20)，其中 Hepc 25是主要存在形式。目前發(fā)現(xiàn)，hepcidin的表達(dá)除了主要在肝臟外，腎臟、心臟、骨骼和腦也有極少表達(dá)。Kulaksiz等［4］發(fā)現(xiàn)人類腎小管和集合管上皮細(xì)胞能分泌這種固有多肽，腎臟參與hepcidin的濾過排泄。

2 hepcidin與鐵代謝

一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體研究已揭示，hepcidin在調(diào)節(jié)機(jī)體鐵代謝平衡中起關(guān)鍵性的作用。Pigeon等［5］首先發(fā)現(xiàn)hepcidin與鐵代謝之間的聯(lián)系，采用高鐵飲食喂養(yǎng)或胃腸外途徑給鐵，造成小鼠鐵負(fù)荷增多，小鼠肝細(xì)胞hepcidin mRNA表達(dá)水平顯著上調(diào)近10倍，并與鐵劑累積劑量呈正相關(guān)。研究結(jié)果提示，飲食中的鐵和機(jī)體鐵負(fù)荷增多可誘導(dǎo)hepcidin mRNA表達(dá)。隨后，Nicolas等［6］發(fā)現(xiàn)肝臟缺乏 hepcidin mRNA表達(dá)的鼠形成了嚴(yán)重的組織鐵超負(fù)荷?；谶@兩個(gè)研究，Nicolas等提出的hepcidin是鐵轉(zhuǎn)運(yùn)中表明鐵狀態(tài)的一個(gè)信號(hào)分子。

成年人每天大約需要20 mg的鐵元素，體內(nèi)大部分鐵來自單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞對(duì)衰老紅細(xì)胞的重新利用，只有1～2 mg是十二指腸上皮細(xì)胞從食物中吸收的鐵。在人體，小腸是吸收鐵的唯一部位，肝臟和單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)是鐵貯存的主要部位，骨髓則是利用鐵的主要部位。hepcidin作為一種激素樣的多肽物質(zhì)，通過與鐵輸出載體，即膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相互作用而在鐵的吸收、利用和貯存等不同鐵池間進(jìn)行信號(hào)傳遞［7］。Fleming等［8］發(fā)現(xiàn)hepcidin 表達(dá)增加可出現(xiàn)循環(huán)鐵降低，腸道鐵吸收減少，單核吞噬細(xì)胞單核巨噬細(xì)胞內(nèi)鐵增加，推測(cè)hepcidin直接抑制貯存鐵從單核吞噬細(xì)胞單核巨噬細(xì)胞的釋放，而低水平的hepcidin加快鐵從單核巨噬細(xì)胞的釋放。hepcidin持續(xù)高水平最終將導(dǎo)致紅細(xì)胞生成可獲取鐵量的減少，引起貧血。反之，hepcidin表達(dá)減少會(huì)導(dǎo)致十二指腸鐵吸收失調(diào)節(jié)和鐵超負(fù)荷，表明肝細(xì)胞hepcidin與腸道鐵轉(zhuǎn)運(yùn)分子表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。hepcidin作為一種鐵調(diào)節(jié)激素，其表達(dá)除了受飲食鐵水平、機(jī)體鐵狀況影響外，炎癥、慢性感染、缺氧以及骨髓對(duì)紅細(xì)胞生成信號(hào)的反應(yīng)也影響hepcidin的調(diào)節(jié)與表達(dá)［9］。

3 hepcidin在CKD患者中的表達(dá)

hepcidin在CKD患者中的表達(dá)水平研究得益于血液檢測(cè)方法的進(jìn)步。測(cè)定有活性的hepcidin 25需要克服技術(shù)上的困難，比如相對(duì)分子質(zhì)量小，抗原獲得有限，因此近些年才有報(bào)道應(yīng)用質(zhì)譜分析測(cè)定hepcidin 25。最初量化具有生物活性的hepcidin水平采取的是非CKD患者的尿液。雖然這些來自尿液的研究數(shù)據(jù)能反映hepcidin作為鐵調(diào)節(jié)多肽的水平，而且血液和尿液中的含量密切相關(guān)，但是尿液hepcidin含量與腎小球?yàn)V過率和小管重吸收有關(guān)，并在腎組織中已檢測(cè)到hepcidin mRNA，表明腎臟參與了hepcidin代謝［10］。隨著CKD患者腎小球?yàn)V過率的下降，殘余腎功能的喪失，尤其是許多無尿的CKD患者，尿液測(cè)定有一定限制，因此文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于CKD研究很多是通過測(cè)定血液中hepcidin前體肽(prohepcidin)完成的。Taes等［11］2004年報(bào)道 CKD患者中hepcidin前體肽升高，與腎小球?yàn)V過率呈負(fù)相關(guān);CKD和非CKD患者中前體肽與鐵、炎癥參數(shù)無相關(guān)性。這種結(jié)果可能的解釋是前體肽只是無生物活性的代謝中間物，而且現(xiàn)在看來，前體肽水平并非完全映照有活性的hepcidin水平。hepcidin在CKD患者中的生物學(xué)作用不能完全通過測(cè)定前體肽來解釋，故仍值得探索。Tomosugi等［12］應(yīng)用蛋白芯片體系技術(shù)半定量血清hepcidin 25，觀察到血液透析患者與正常人比較，其含量增加2～3倍，hepcidin 25的水平和血清鐵、炎癥標(biāo)志物白細(xì)胞介素6(interleukin-6，IL-6)相關(guān)。與正常鐵蛋白的患者比較，高鐵蛋白組hepcidin 25水平增高，提示慢性腎功能不全時(shí)，hepcidin會(huì)積聚，含量甚至超過β2微球蛋白20～30倍。Ashby等［13］應(yīng)用放射免疫法測(cè)定成人CKD 2～4期和血液透析患者血清hepcidin濃度，發(fā)現(xiàn)CKD各組含量增加，血透組水平顯著升高。因此，腎小球?yàn)V過率對(duì)體內(nèi)hepcidin含量產(chǎn)生一定影響，也可能是hepcidin清除減少的理論依據(jù)。殘余腎功能和不同透析方式對(duì)hepcidin清除究竟有多大影響，尚待進(jìn)一步研究，但保護(hù)透析患者的殘腎功能顯然有助于控制過高的血清hepcidin水平。

4 hepcidin與CKD相關(guān)研究

許多實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究已證實(shí)hepcidin在鐵代謝中的作用。缺鐵飲食、貧血狀態(tài)、低氧促使肝細(xì)胞合成hepcidin減少;而急慢性炎癥促使hepcidin合成增加，即基因編碼的hepcidin受炎癥調(diào)節(jié)［14］。CKD患者即使沒有明確的感染，仍普遍存在慢性炎癥狀態(tài)，這可能與導(dǎo)致CKD的基礎(chǔ)病因、感染發(fā)生率增加、廣泛存在的動(dòng)脈粥樣硬化以及前炎性因子增多等有關(guān)。由于腎臟清除率的下降會(huì)直接或間接涉及炎癥，因此，隨著腎功能的惡化，可能加劇機(jī)體的炎性反應(yīng)，與腎臟清除率呈負(fù)相關(guān)的炎性因子C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)、IL-6水平升高，故大部分CKD患者CRP升高。一般認(rèn)為透析過程無論是血液透析還是腹膜透析均使患者暴露于炎癥的機(jī)會(huì)增多，特別血液透析患者透析液中含微量?jī)?nèi)毒素，透析膜生物相容性差，交叉感染等刺激促進(jìn)炎性反應(yīng)。多年前研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)中的單核細(xì)胞和透析膜接觸后，會(huì)產(chǎn)生前炎性細(xì)胞因子，包括IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子α和單核細(xì)胞趨化因子。這些細(xì)胞因子的水平和EPO劑量呈線性正相關(guān)，以后又發(fā)現(xiàn)IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子α與hepcidin上調(diào)有聯(lián)系。肝臟hepcidin基因表達(dá)受到兩種途徑調(diào)控［15］，一是，依賴內(nèi)鐵的含量及肝細(xì)胞表面通過骨形態(tài)基因蛋白受體復(fù)合物接受的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)復(fù)合物也包括hepcidin調(diào)節(jié)蛋白等蛋白質(zhì)，如果這種蛋白質(zhì)發(fā)生突變，在人類就會(huì)導(dǎo)致鐵過載綜合征。二是，與IL-6介導(dǎo)的炎癥信號(hào)通路有關(guān)。Theurl等［16］發(fā)現(xiàn)小鼠和人單核細(xì)胞能產(chǎn)生hepcidin，而IL-6和脂多糖能上調(diào)單核細(xì)胞中hepcidin水平，也可以通過自分泌方式下調(diào)膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)，從而抑制鐵從貯存細(xì)胞中釋放，此進(jìn)一步闡明了炎癥與hepcidin的關(guān)聯(lián)性，炎癥促進(jìn)hepcidin表達(dá)，也不難理解CKD患者h(yuǎn)epcidin mRNA表達(dá)上調(diào)。Malyszko等［17］證實(shí)CKD中炎癥促進(jìn)hepcidin表達(dá)。

腎性貧血應(yīng)用EPO治療時(shí)，應(yīng)包括鐵狀態(tài)的評(píng)估，以及是否需要持續(xù)補(bǔ)鐵。特別是血液透析患者常處在慢性炎癥狀態(tài)，正常鐵代謝受到干擾，易出現(xiàn)低鐵血癥。與慢性炎癥性貧血相似，其實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)是低血清鐵、低轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度以及正常或升高的鐵蛋白，即貯存鐵可能是適當(dāng)?shù)?，但可利用鐵不足，這是傳統(tǒng)功能性鐵缺乏的含義。然而應(yīng)注意的是，大部分的鐵代謝生物標(biāo)志物，如鐵蛋白受到急性相反應(yīng)影響，鐵蛋白增加有兩部分組成:其一是反應(yīng)貯存鐵增加，其二是一般炎癥過程的應(yīng)答。因此，功能性缺鐵的判定在CKD這個(gè)特殊人群中受到爭(zhēng)議。常碰到這樣的情況:CKD伴有腎性貧血患者，轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度＜20%，同時(shí)鐵蛋白＞500 μg/L，是否需要繼續(xù)補(bǔ)鐵?補(bǔ)鐵可能是有益的，但如果主要是炎癥造成的單核吞噬細(xì)胞對(duì)鐵釋放抑制，形成功能性缺鐵，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)持續(xù)補(bǔ)鐵無疑會(huì)造成鐵超負(fù)荷。DRIVE研究［18］正是一項(xiàng)在鐵蛋白 ＞500 μg/L，轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度＜20%的血透患者中進(jìn)行的觀察，隨機(jī)分組給予靜脈補(bǔ)鐵和非補(bǔ)鐵治療，結(jié)果接受鐵治療的大部分患者EPO需要量下降25%，但隨訪分析顯示，TSAT和鐵蛋白兩項(xiàng)指標(biāo)均不能預(yù)測(cè)腸道外補(bǔ)鐵有效，換言之，鐵蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度在評(píng)價(jià)補(bǔ)鐵是否達(dá)標(biāo)方面，存在局限性。隨著對(duì)CKD患者中鐵代謝異常分子水平的研究，發(fā)現(xiàn) hepcidin，尤其是 hepcidin 25氨基酸介導(dǎo)了鐵代謝異常。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示［19］，炎癥誘導(dǎo)肝臟hepcidin表達(dá)異常發(fā)生在血清轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度下降之前，而且hepcidin無論在血清還是在尿液中，與慢性炎性貧血患者的鐵蛋白有一定相關(guān)性［20］。在大部分的CKD研究中，hepcidin和鐵蛋白有相關(guān)性。故有人提出［1，9］hepcidin可以作為 CKD鐵狀態(tài)的重要生物標(biāo)志物。比如，hepcidin可以幫助區(qū)別單純性鐵缺乏還是伴有單核吞噬細(xì)胞組織鐵潴留，前者h(yuǎn)epcidin下降，而后者升高。此外，由于高鐵時(shí)hepcidin水平升高，如監(jiān)測(cè)到這種情況，可以推測(cè)有足夠的貯存鐵，警惕過度補(bǔ)鐵的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，通過hepcidin的測(cè)定是否能真正指導(dǎo)補(bǔ)鐵還需要更深入地研究。

hepcidin和EPO之間相互作用是怎樣的，目前還不是很清楚，Nicolas等［21］給 C57BL/6小鼠注射EPO 3 d，用RNA印跡法(Northern blot)分析顯示，注射最后一次EPO 24 h后肝臟hepcidin mRNA轉(zhuǎn)錄完全消失。同樣，Pinto等［22］報(bào)道，離體小鼠肝細(xì)胞和人HepG2肝癌細(xì)胞株中，EPO介導(dǎo)的肝臟hepcidin基因表達(dá)是通過 EPO受體和轉(zhuǎn)錄因子 C/EBPα(emopamil binding protein gene)介導(dǎo)的。故有人提出EPO一方面可以作為紅細(xì)胞生成的刺激因子，另一方面是hepcidin的抑制性因子，推測(cè)EPO可能下調(diào)hepcidin表達(dá)。Ashby等［13］觀察了7例初始接受rhEPO治療者，發(fā)現(xiàn)經(jīng)EPO治療后，hepcidin水平下降。但Kato等［23］對(duì)24例血透患者進(jìn)行分組測(cè)定hepcidin水平，rhEPO反應(yīng)組和低反應(yīng)組(rhEPO＞9000 U/周)比較，兩組間 hepcidin水平無差異。Dallalio等［24］在體外試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在限定 EPO濃度下，hepcidin通過作用于紅系集落形成單位直接抑制紅細(xì)胞生長(zhǎng)。因此，hepcidin水平能否預(yù)測(cè)EPO治療反應(yīng)，二者間如何相互影響，目前尚有分歧觀點(diǎn)，有待深層次的研究。

綜上所述，hepcidin是體內(nèi)一種重要的鐵調(diào)激素，CKD患者特殊的病理生理狀態(tài)導(dǎo)致體內(nèi)hepcidin水平的改變，繼而引起鐵狀態(tài)變化。探索hepcidin調(diào)控和作用的分子機(jī)制，對(duì)于CKD乃至各種鐵代謝疾病的診治都有著潛在的價(jià)值。有作者預(yù)言［25］，hepcidin單克隆抗體可能作為CKD的一項(xiàng)治療措施，通過降低hepcidin水平或拮抗其功能，起到增加腸道鐵吸收、促進(jìn)單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)鐵釋放，避免鐵在該系統(tǒng)過度沉積損害單核巨噬細(xì)胞功能的作用，從而逆轉(zhuǎn)炎癥對(duì)紅細(xì)胞生成產(chǎn)生的負(fù)面影響，特別是那些EPO低反應(yīng)者，hepcidin抗體作為輔助治療可能會(huì)扭轉(zhuǎn)這種現(xiàn)象，這將成為一項(xiàng)值得探索的研究。

［1］Zaritsky J，Young B，Wang HJ，et al.Hepcidin-a potential novel biomarker for the iron status in chronic kidney disease［J］.Clin J Am Soc Nephrol，2009，4(6):1051-1056.

［2］Krause A，Neits S，Magert HJ，et al.LEAP-1，a novel highly disulfide bonded human peptide，exhibits antimicrobial activity［J］.FEBS Lett，2000，480(2):147-150.

［3］Park CH，Valore EV，Waring AJ，et al.Hepcidin，a urinary antimicrobial peptide synthesized in the liver［J］.J Biol Chem，2001，276(11):7806-7810.

［4］Kulaksiz H，Theilig F，Bachmann S，et al.The iron-regulatory peptide hormone hepcidin:expression and cellular localization in the mammalian kidney［J］.J Endocrinol，2005，184(2):361-370.

［5］Pigeon C，Ilyin G，Courselaud B，et al.A new mouse liver-specific gene，encoding a protein homologous to human antimicrobial peptide hepcidin，is overexpressed during iron overload［J］.J Biol Chem，2001，276(11):7811-7819.

［6］Nicolas G，Bennoun M，Devaux L，et al.Lack of hepcidin gene expression and severe tissue iron overload in upstream stimulatory factor 2 knockout mice［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2001，98(15):8780-8785.

［7］Mark R，Ann YK，David M，et al.Blood iron homeostasis:newly discovered protein and iron imbalance［J］.Transfus Med Rev，2009，23(2):103-123.

［8］Fleming RE，Sly WS.Hepcidin:a putative iron-regulatory hormone relevant to hereditary hemochromatosis and the anemia of chronic disease［J］.Proc Natl Aca Sci，2001，98(15):8160-8162.

［9］Young B，Zaritsky J.Hepcidin for clinician［J］.Clin J Am Soc Nephrol，2009，4(8):1384-1387.

［10］Kemna EH，Tjalsma H，Podust VN，et al.Mass spectrometry-based hepcidin measurements in serum and urine:analytical aspects and clinical implications［J］.Clin Chem，2007，53(4):620-628.

［11］Taes YE，Wuyts B，Boelaert JR，et al.Prohepcidin accumulates in renal insufficiency［J］.Clin Chem Lab Med，2004，42(4):387-389.

［12］Tomosugi N，Kawabata H，Wakatabe R，et al.Detection of serum hepcidin in renal failure and inflammation by using Proteinchip System［J］.Blood，2006，108(4):1381-1387.

［13］Ashby DR，Gale DP，Busbridge M，et al.Plasma hepcidin levels are elevated but responsive to erythropoietin therapy in renal disease［J］.Kidney Int，2009，75(9):976-981.

［14］Nicolas G，Chauvet C，Viatte L，et al.The gene encoding the iron regulatory peptide hepcidin is regulated by anemia，hypoxia，and inflammation［J］.J Clin Invest，2002，110(7):1037-1044.

［15］Babitt JL，Huang FW，Wrighting DM，et al.Bone morphogenetic protein signaling by hemojuvelin regulates hepcidin gene expression［J］.Nat Genet，2006，38(5):531-539.

［16］Theurl I，Theurl M，Seifert M，et al.Autocrine formation of hepcidin induces iron retention in human monocytes［J］.Blood，2008，111(4):2392-2399.

［17］Malyszko J，Hryszko T，Pawlak K.Is hepcidin a link between anemia，inflammation and liver function in hemodialyzed patient?［J］.Am J Nephrol，2005，25(6):586-590.

［18］Coyne DW，Kapoian T，Suki W，et al.Ferric gluconate is highly efficacious in anemic hemodialysis patient with high serum ferritin and low transferrin saturation:results of the dialysis patients'response to Ⅳ iron with elevated ferritin(DRIVE)study［J］.J Am Soc Nephrol，2007，18(3):975-984.

［19］Nemeth E，Valore EV，Territo M，et al.Hepcidin，a putative mediator of inflammation，is a type 2 acute-phase protein［J］.Blood，2003，101(7):2461-2463.

［20］Wrighting DM，AndrewsNC.Interleukin-6 induceshepcidin expression through STAT［J］.Blood，2006，108(9):3204-3209.

［21］Nicolas G，Viatte I，Bennoum M，et al.Hepcidin，a new iron regulatory peptide［J］.Blood Cell Mol Dis，2002，29(3):327-335.

［22］Pinto JP，Ribeiro S.Erythropoietin mediates hepcidin expression in hepatocytes through EPOR signaling and regulation of C/EBPα［J］.Blood，2008，111(12):5727-5733.

［23］Kato A，Tsuji T，Luo J，et al.Association of prohepcidin and hepcidin-25 with erythropoietin response and ferritin in hemodialysis patient［J］.Am J Nephrol，2008，28(1):115-121.

［24］Dallalio G，Law E，Means RT.Hepcidin inhibits in vitro erythoid colony formation at reduced erythropoietin concentrations［J］.Blood，2006，107(7):2702-2704.

［25］Malyszko J，Mysliwiec M.Hepcidin in anemia and inflammation in chronic kidney disease［J］.Kidney Blood Pressure Res，2007，30(1):15-30.