Hepcidin在慢性病貧血中的研究進(jìn)展

曾 婷(綜述)，宋超英(審校)

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院崇明分院血液內(nèi)科，上海 202150)

慢性病貧血(anemia of chronic disease，ACD)發(fā)病率很高，僅次于缺鐵性貧血，ACD多見(jiàn)于慢性疾病患者中，如風(fēng)濕性疾病、腫瘤、慢性感染以及其他慢性病患者等。ACD的貧血特征是小細(xì)胞低色素，與缺鐵性貧血不同，鐵代謝特點(diǎn)為血清鐵下降，總鐵結(jié)合率下降，血清鐵蛋白水平正?；蛏?，單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)鐵水平升高，血清轉(zhuǎn)鐵蛋白受體水平不升高。ACD發(fā)病機(jī)制目前還未完全闡明，一般認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制主要是體內(nèi)鐵代謝異常、骨髓對(duì)貧血的代償不足、紅細(xì)胞壽命縮短[1]。鐵代謝異常在ACD發(fā)病中發(fā)生的作用受到廣泛重視，貧血病曾被稱為“鐵粒幼細(xì)胞貧血伴網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)含鐵血黃素沉著癥”，隨著研究的不斷深入，改稱為“慢性病貧血”。近年來(lái)，鐵轉(zhuǎn)運(yùn)和鐵調(diào)素(hepcidin)在ACD鐵代謝異常的發(fā)病機(jī)制中越來(lái)越受到重視。

1 Hepcidin的結(jié)構(gòu)功能和調(diào)控

Hepcidin是一種抗微生物蛋白物質(zhì)，人體中的hepcidin大部分來(lái)自于肝臟系統(tǒng)，在血液循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)揮作用，最后隨尿液排出人體。Hepcidin最初于2000年由Krause等[2]從血漿的超濾液內(nèi)分離獲得，被命名為L(zhǎng)EAP-1。2001年，Park等[3]在研究人體各種體液的抗微生物特性時(shí)，hepcidin從人尿液中被分離出來(lái)，根據(jù)其合成部位在肝臟(Hep-)及其在體外的抗微生物(-cidin)特性而命名為hepcidin。Hepcidin基因在肝細(xì)胞高表達(dá)，在其他組織低表達(dá)或無(wú)表達(dá)[2]。

人類hepcidin基因定位于第19號(hào)染色體。Hepcidin前體蛋白是由84個(gè)氨基酸殘基、已知的成熟的hepcidin蛋白形式：由20個(gè)氨基酸殘基組成；由25個(gè)氨基酸殘基組成，這兩種是hepcidin蛋白的主要形式，這可能是前肽轉(zhuǎn)化酶在剪切前體蛋白時(shí)，剪切的N端位置不同造成的，還有一種是由22個(gè)氨基酸殘基組成，成熟hepcidin蛋白含有8個(gè)高度保守的半胱氨酸殘基間通過(guò)4個(gè)分子內(nèi)二硫鍵連接，使分子呈發(fā)夾結(jié)構(gòu)，這可能與其抗微生物活性有關(guān)[4]。

Hepcidin是食物鐵自腸道吸收和鐵從巨噬細(xì)胞釋放主要調(diào)節(jié)因子。Hepcidin的表達(dá)受機(jī)體鐵狀況、各種致炎因子、細(xì)菌、內(nèi)毒素脂多糖和細(xì)胞因子等各種因素調(diào)節(jié)[5]。血清鐵濃度對(duì)hepcidin有負(fù)反饋?zhàn)饔?，?dāng)循環(huán)鐵增加時(shí)，肝細(xì)胞會(huì)增加合成和分泌鐵調(diào)素進(jìn)入血液，血清鐵減少。相反，當(dāng)循環(huán)鐵減少則抑制鐵調(diào)素的分泌[6]。各種致炎因子作用于巨噬細(xì)胞可上調(diào)白細(xì)胞介素6的表達(dá)，肝臟細(xì)胞膜表面的白細(xì)胞介素6受體結(jié)合白細(xì)胞介素6，然后與糖蛋白130異二聚體結(jié)合從而致使其同源二聚體化的作用產(chǎn)生，最后再引導(dǎo)糖蛋白130被JAK激酶磷酸化，磷酸化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3二聚體可進(jìn)入細(xì)胞核，與hepcidin基因上游順式作用元件結(jié)合后誘導(dǎo)hepcidin表達(dá)[7]。其他許多炎性因子如白細(xì)胞介素1均可不同程度上調(diào)hepcidin水平，但其作用機(jī)制尚未完全明確[8]。Nemeth等[9]在肝細(xì)胞體外培養(yǎng)液中加入內(nèi)毒素脂多糖，發(fā)現(xiàn)hepcidin mRNA表達(dá)水平升高2～3倍，外周血單核巨噬細(xì)胞體外培養(yǎng)液中加入內(nèi)毒素脂多糖，培養(yǎng)上清液卻可使肝細(xì)胞hepcidin mRNA表達(dá)水平升高25倍，提示內(nèi)毒素脂多糖刺激單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子可上調(diào)hepcidin表達(dá)水平。

2 Hepcidin與鐵代謝

血清鐵的主要來(lái)源是腸道鐵吸收和巨噬細(xì)胞鐵釋放。腸道吸收鐵、單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)鐵的釋放以及母嬰鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)均受到hepcidin的抑制作用，因此hepcidin在鐵代謝過(guò)程中是一種起著負(fù)相作用的重要分子，在維持機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)和發(fā)病機(jī)制方面發(fā)揮著關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用[10]。Hepcidin抑制腸道鐵吸收及抑制單核巨噬細(xì)胞鐵釋放作用與膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有關(guān)。膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是hepcidin的靶分子，為一種鐵輸出蛋白，是一種五跨膜蛋白，N端在細(xì)胞質(zhì)側(cè)，C端在胞外，存在于小腸細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肝細(xì)胞及胎盤細(xì)胞表面[11]。膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與hepcidin發(fā)生結(jié)合，形成復(fù)合物，使膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸化后被細(xì)胞吞噬，然后膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生泛素化，最后相應(yīng)的泛素介導(dǎo)蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)將膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白降解，導(dǎo)致細(xì)胞鐵輸出減少[12]。一方面，腸黏膜細(xì)胞將腸腔中的鐵吸收之后并把它積累在細(xì)胞內(nèi)部而不進(jìn)入血液，最后隨著黏膜脫落的發(fā)生而排除體外；另一方面，巨噬細(xì)胞中鐵的釋放入血受到抑制，積聚在細(xì)胞內(nèi)，以上兩者的雙重作用最終引起明顯的低鐵血癥，相反，血漿hepcidin水平下降則可出現(xiàn)高鐵血癥[12-14]。

3 Hepcidin與ACD

ACD發(fā)病機(jī)制目前還未完全闡明，一般認(rèn)為主要由體內(nèi)鐵代謝異常、骨髓對(duì)貧血的代償不足、紅細(xì)胞壽命縮短造成[1]。前期ACD大多表現(xiàn)出正細(xì)胞正色素性狀貧血，但是在后期20%～50%轉(zhuǎn)化成小細(xì)胞低色素性貧血。紅系造血所需要的鐵主要來(lái)源于衰老的紅細(xì)胞被巨噬細(xì)胞吞噬后釋放出來(lái)的鐵。ACD患者體內(nèi)鐵在單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)過(guò)度滯留，機(jī)體出現(xiàn)骨髓對(duì)貧血代償不足，ACD時(shí)單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)鐵水平正常甚至增高，提示單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)鐵釋放障礙是ACD發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[15]。Nicolas等[16]發(fā)現(xiàn),使用松節(jié)油和脂多糖注射小鼠模擬炎性反應(yīng)可造成hepcidin的表達(dá)顯著增加，并出現(xiàn)貧血癥狀，然而對(duì)hepcidin缺陷小鼠注射這些炎癥誘導(dǎo)物則沒(méi)有致貧血效應(yīng)。Nemeth等[17]發(fā)現(xiàn)炎癥性貧血(慢性感染或嚴(yán)重炎性反應(yīng))患者尿hepcidin水平較正常對(duì)照增加100倍。Weinstein等[18]通過(guò)臨床觀察發(fā)現(xiàn)，成人糖原累積病Ia患者常發(fā)展為肝臟腺瘤和ACD，肝臟腺瘤越大ACD程度也越大，但經(jīng)手術(shù)治療腺瘤后，ACD癥狀在未經(jīng)貧血的相應(yīng)治療情況下卻自行消失，通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該病患者肝臟腺瘤組織hepcidin的表達(dá)水平是鄰近正常肝細(xì)胞的10～30倍，hepcidin主要表達(dá)于肝臟腺瘤組織，而鄰近正常肝臟細(xì)胞表達(dá)水平極低，肝腺瘤不適當(dāng)?shù)馗叻置趆epcidin導(dǎo)致血漿低鐵血癥。以上研究都說(shuō)明hepcidin在炎癥引起的貧血中起了重要的作用。

ACD患者肝臟hepcidin mRNA表達(dá)受到細(xì)菌內(nèi)毒素、細(xì)胞因子、低鐵血癥以及各種炎性因子的影響，從而使得hepcidin的分泌量增加，hepcidin通過(guò)抑制腸道鐵吸收及抑制單核巨噬細(xì)胞鐵釋放，導(dǎo)致ACD患者出現(xiàn)血清鐵降低、轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度降低和正細(xì)胞正色素性貧血，隨著病程的延長(zhǎng)，體內(nèi)鐵不斷耗竭產(chǎn)生嚴(yán)重缺鐵癥狀，并最終發(fā)展為典型的ACD[19]。Dallalio等[20]研究發(fā)現(xiàn)，hepcidin在體外可以抑制紅系集落形成。在促紅細(xì)胞生成素<0.5 U/mL時(shí)，hepcidin會(huì)抑制體外紅系集落的形成，但是當(dāng)促紅細(xì)胞生成素>1.0 U/mL時(shí)，hepcidin不會(huì)抑制紅系的形成。這說(shuō)明hepcidin不僅可以通過(guò)影響鐵代謝，而且可以通過(guò)影響紅系祖細(xì)胞的增殖和生存在ACD的發(fā)病中起重要作用[21]。

4 小 結(jié)

在ACD患者發(fā)病機(jī)制中，hepcidin扮演著一個(gè)異常重要的角色，各種促炎性細(xì)胞因子通過(guò)影響hepcidin表達(dá)水平從而影響靶器官鐵轉(zhuǎn)運(yùn)分子的表達(dá)，最終影響腸道鐵吸收和巨噬細(xì)胞鐵釋放，致使儲(chǔ)存鐵不斷耗竭，最終出現(xiàn)小細(xì)胞低色素性貧血。通過(guò)檢測(cè)體內(nèi)Hepcidin水平不僅可以用來(lái)鑒別ACD和其他類型貧血，而且其水平的高低對(duì)判斷患者的病情，指導(dǎo)患者的治療有重要意義。隨著研究的不斷深入，hepcidin將會(huì)成為治療ACD的一種重要的靶分子，也為防治ACD提供了新的方法和思路。

[1] Cullis JO.Diagnosis and management of anaemia of chronic disease:current status[J].Br J Haematol,2011,154(3):289-300.

[2] Krause A,Neitz S,M?gert HJ,etal.LEAP-1,a novel highly disulfide-bonded human peptide,exhibits antimicrobial activity[J].FEBS Lett,2000,480(2/3):147-150.

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

[4] Shike H,Lauth X,Westerman ME,etal.Bass hepcidin is a novel antimicrobial peptide induced by bacterial challenge[J].Eur J Biochem,2002,269(8):2232-2237.

[5] Ganz T,Nemeth E.Hepcidin and iron homeostasis[J].Biochim Biophys Acta,2012,1823(9):1434-1443.

[6] 郭翔廷,魏榮.Hepcidin與慢性病貧血[J].醫(yī)學(xué)綜述,2010,16(1):45-47.

[7] Bode JG,Albrecht U,H?ussinger D,etal.Hepatic acute phase proteins--regulation by IL-6-and IL-1-type cytokines involving STAT3 and its crosstalk with NF-κB-dependent signaling[J].Eur J Cell Biol,2012,91(6/7):496-505.

[8] de Souza VN,Malaspina TS,Campanelli AP,etal.Increased hepcidin expression in multibacillary leprosy[J].Mem Inst Oswaldo Cruz,2012,107 Suppl 1:183-189.

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

[10] Vermeulen E,Vermeersch P.Hepcidin as a biomarker for the diagnosis of iron metabolism disorders:A review[J].Acta Clin Belg,2012,67(3):190-197.

[11] De Domenico I,Ward DM,Musci G,etal.Evidence for the multimeric structure of ferroportin[J].Blood,2007,109(5):2205-2209.

[12] Sun CC,Vaja V,Babitt JL,etal.Targeting the hepcidin-ferroportin axis to develop new treatment strategies for anemia of chronic disease and anemia of inflammation[J].Am J Hematol,2012,87(4):392-400.

[13] Nemeth E,Tuttle MS,Powelson J,etal.Hepcidin regulates cellular iron efflux by binding to ferroportin and inducing it ifltemalizationl[J].Science,2004,306(5704):2090-2093.

[14] Ward DM,Kaplan J.Ferroportin-mediated iron transport:expression and regulation[J].Biochim Biophys Acta,2012,1823(9):1426-1433.

[15] Guidi GC,Lechi Santonastaso C.Advancements in anemias related to chronic conditions[J].Clin Chem Lab Med,2010,48(9):1217-1226.

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

[17] Singh B,Arora S,Agrawal P,etal.Hepcidin:A novel peptide hormone regulating iron metabolism[J].Clin Chim Acta,2011,412(11/12):823-830.

[18] Weinstein DA,Roy CN,Fleming MD,etal.Inappropriate expression of hepcidin is associated with iron refractory anemia:Implications for the anemia of chronic disease[J].Blood,2002,100(10):3776-3781.

[19] Means RT Jr.Hepcidin and iron regulation in health and disease[J].Am J Med Sci,2013,345(1):57-60.

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

[21] 李強(qiáng).慢性病貧血的診斷及治療[J].實(shí)用兒科臨床雜志,2007,22(15):1121-1123.