Hepcidin的研究進(jìn)展

王亮，邵宗鴻

（1.天津醫(yī)科大學(xué)第四中心臨床學(xué)院，天津 300140；2.天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院，天津 300052）

Hepcidin是近些年發(fā)現(xiàn)的，并已從血漿和尿液中成功分離獲得的一種抗菌肽，其屬于抗菌肽中防衛(wèi)素蛋白家族成員，主要在肝細(xì)胞中合成，在肝細(xì)胞的表達(dá)水平較高。除肝細(xì)胞外，Hepcidin在腎臟、心臟、脂肪組織、脊髓及其他組織細(xì)胞中也可以合成，但表達(dá)水平極低[1]。在人類及許多動(dòng)物的肝臟中均檢測(cè)到Hepcidin的同源基因，并且發(fā)現(xiàn)其基因結(jié)構(gòu)和序列在不同物種間高度保守。人類Hepcidin基因?yàn)閱慰截惢?，其基因定位?9號(hào)染色體（19q13）的長(zhǎng)臂上，基因編碼包含3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，人的3種成熟Hepcidin分子的編碼序列均位于3號(hào)外顯子上。最初研究發(fā)現(xiàn)，Hepcidin與鐵代謝密切相關(guān)，隨著進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)Hepcidin不僅在鐵代謝方面有重要作用，而且與炎癥及腫瘤密切相關(guān)。在此將關(guān)于Hepcidin的研究結(jié)果做一綜述。

1 Hepcidin與鐵代謝及慢性病貧血

鐵作為金屬元素，是生物體必需的營(yíng)養(yǎng)素，是構(gòu)成血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素酶等的重要成分，在氧的攜帶、細(xì)胞內(nèi)呼吸及其他許多生物代謝途徑中發(fā)揮重要的作用。生理情況下人體每天僅需攝取大約1～2 mg鐵，與日常因腸黏膜細(xì)胞和表皮細(xì)胞脫落基礎(chǔ)丟鐵相平衡。但當(dāng)存在大便失血、育齡婦女月經(jīng)失血等丟鐵時(shí)，就需要通過(guò)代償機(jī)制使鐵吸收增多及利用儲(chǔ)備鐵保持鐵平衡。人體內(nèi)小腸是吸收鐵的唯一部位，十二指腸隱窩細(xì)胞可以敏銳地感知機(jī)體鐵變化。肝臟和網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)是儲(chǔ)存鐵的主要部位。雖然鐵是人體必需的元素，但鐵過(guò)量時(shí)對(duì)細(xì)胞毒性也很大，因此生理狀態(tài)下人體對(duì)鐵有著嚴(yán)格調(diào)控機(jī)制[2]。長(zhǎng)久以來(lái)人們一直推測(cè)機(jī)體血漿內(nèi)存在著一種調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)的可溶性的類似激素樣物質(zhì)，其通過(guò)感知機(jī)體的鐵狀況，從而可在鐵的吸收、利用、儲(chǔ)存等不同鐵池間進(jìn)行信號(hào)傳遞。隨著2000年從人的血漿和尿液中分離獲得Hepcidin，從此Hepcidin開(kāi)始引起重視。通過(guò)對(duì)鐵超負(fù)荷小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)飲食鐵含量升高或者肝臟鐵增加可導(dǎo)致其肝臟中Hepcidin水平接近10倍的提高，并與鐵累積劑量呈正相關(guān)，從而第一次闡明機(jī)體鐵代謝與Hepcidin間存在著密切聯(lián)系[3]。研究證明Hepcidin持續(xù)高水平表達(dá)可導(dǎo)致嚴(yán)重的鐵代謝異常，而對(duì)敲除Hepcidin基因的小鼠即使給予炎癥等物質(zhì)刺激，也未見(jiàn)血清鐵降低。而通過(guò)阻斷Hepcidin作用可以加速膳食中鐵的攝取，使得循環(huán)鐵和肝臟鐵沉積增加[4]。

對(duì)遺傳性血色素沉著癥（hereditary he mochromatosis,HH）的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有這些患者Hepcidin水平降低，研究表明在HH發(fā)病過(guò)程中，在轉(zhuǎn)鐵蛋白受體2和鐵調(diào)素調(diào)節(jié)蛋白參與下，通過(guò)對(duì)Hepcidin表達(dá)的抑制等機(jī)制，導(dǎo)致組織鐵過(guò)載，支持Hepcidin在鐵調(diào)控中的重要作用[5-6]。幼年血色素沉著癥患者，因?yàn)镠epcidin基因突變，導(dǎo)致鐵過(guò)載而過(guò)早地發(fā)展至HH[7]，表明Hepcidin缺乏在發(fā)展至HH過(guò)程中起關(guān)鍵作用。在發(fā)現(xiàn)Hepcidin缺乏與幼年血色素沉著癥有關(guān)聯(lián)后不久，又發(fā)現(xiàn)Hepcidin調(diào)節(jié)鐵代謝與骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）的參與密切相關(guān)[8]。

Hepcidin是小分子肽激素，主要與十二指腸上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表面的膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（Ferroponin 1,FP1）結(jié)合，通過(guò)誘導(dǎo)FP1內(nèi)吞并降解，使得十二指腸黏膜鐵吸收減少，并抑制巨噬細(xì)胞鐵釋放使鐵貯存于網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中，造成循環(huán)鐵減少，最終降低血清鐵含量，導(dǎo)致低鐵血癥。因此Hepcidin在腸道鐵吸收、單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)鐵釋放和抑制母嬰鐵轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[9]。生理情況下，當(dāng)機(jī)體鐵貯量增多時(shí)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)化通路使肝細(xì)胞上調(diào)Hepcidin mRNA的表達(dá)，增加Hepcidin的合成，進(jìn)而降低腸道鐵吸收和阻止鐵從組織中輸出到血液中，以保護(hù)機(jī)體對(duì)抗體內(nèi)鐵的過(guò)量積累和過(guò)量分布循環(huán)。反之當(dāng)機(jī)體鐵貯量減少時(shí)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)化通路使肝細(xì)胞下調(diào)Hepcidin mRNA的表達(dá)減少Hepcidin合成，促進(jìn)腸黏膜吸收更多的鐵、單核-巨噬細(xì)胞內(nèi)鐵釋放促進(jìn)鐵的利用。因此Hepcidin作為一種重要的負(fù)性鐵調(diào)節(jié)激素，在維持機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在慢性感染、非感染性炎癥、缺氧、腫瘤等病理情況下，Hepcidin的合成增多，通過(guò)抑制腸道鐵吸收和單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)鐵釋放，使機(jī)體鐵代謝失衡造成低鐵血癥，進(jìn)而因鐵失利用可致慢性病貧血（anemia of chronic disease,ACD）[10]。因此，Hepcidin 是一種調(diào)節(jié)機(jī)體鐵代謝穩(wěn)態(tài)效應(yīng)物，是鐵代謝的中心環(huán)節(jié)，故也稱其為鐵調(diào)素，是研究ACD發(fā)病機(jī)制里程碑性發(fā)現(xiàn)。與缺鐵性貧血（iron deficiency anemia,IDA）體內(nèi)貯存鐵絕對(duì)缺乏不同，ACD是鐵的釋放和利用障礙，與ACD患者Hepcidin水平常升高不同，IDA患者Hepcidin水平通常降低，因而Hepcidin也被作為區(qū)別ACD與IDA的重要因子[11]。實(shí)驗(yàn)證明應(yīng)用Hepcidin會(huì)導(dǎo)致許多病理疾病，尤其是慢性病貧血與慢性腎臟疾病相關(guān)的貧血[12]。

Hepcidin是ACD發(fā)病機(jī)制中最為重要的下游效應(yīng)分子之一，還存在著一些調(diào)節(jié)Hepcidin表達(dá)的上游始動(dòng)因子，如IL-6已證實(shí)是調(diào)控Hepcidin的重要因子。IL-6調(diào)控Hepcidin表達(dá)的分子機(jī)制是通過(guò)IL-6/Janus激酶2（JAK2）-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)化激活因子3（STAT3）通路進(jìn)行。與IL-6受體結(jié)合的配體激活JAK2，而JAK2又活化磷酸化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)化激活因子STAT3。磷酸化STAT3向細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)并與Hepcidin近端啟動(dòng)子中的STAT3結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，上調(diào)Hepcidin表達(dá)[13]，這一信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)化活化機(jī)制為抑制IL-6-STAT3通路阻斷Hepcidin的產(chǎn)生提供理論依據(jù)。

給實(shí)驗(yàn)小鼠靜脈注射紅細(xì)胞生成素（Erythropoietin,EPO）發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞Hepcidin表達(dá)水平在EPO治療后明顯受到抑制，說(shuō)明EP0是影響Hepcidin基因表達(dá)的一個(gè)重要激素[14]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，EPO治療后可以使鐵的吸收增強(qiáng)，HH對(duì)鐵攝取調(diào)控直接影響紅系細(xì)胞[15]。

Erythroferrone（ERFE）是新近發(fā)現(xiàn)的，在EPO作用下由紅細(xì)胞分泌的一種強(qiáng)有力的Hepcidin抑制劑，可以抑制肝臟中的Hepcidin轉(zhuǎn)錄[16]。不同于IL-6通過(guò)STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)Hepcidin，ERFE對(duì)Hepcidin的調(diào)控是通過(guò)一種未知的信號(hào)通路。在失血或溶血后，ERFE通過(guò)下調(diào)Hepcidin可為紅細(xì)胞生成提供更多的鐵；而在無(wú)效紅細(xì)胞生成時(shí)，如β-地中海貧血，ERFE則會(huì)導(dǎo)致鐵過(guò)載[16]，在小鼠β-地中海貧血模型中發(fā)現(xiàn)ERFE介導(dǎo)Hepcidin的抑制作用，并參與鐵過(guò)載的形成[17]，這是重型地中海貧血患者死亡的主要原因。而在ERFE缺乏的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，即使在上述貧血情況下，因ERFE缺乏喪失對(duì)Hepcidin的抑制作用，并不增加鐵吸收與利用，反而可因血清Hepcidin的增加使鐵失利用，延緩貧血的恢復(fù)[18]。關(guān)于ERFE研究可能預(yù)示將來(lái)對(duì)這些貧血患者治療方法的革新，如通過(guò)調(diào)節(jié)鐵的吸收、儲(chǔ)存和動(dòng)員紊亂環(huán)節(jié)來(lái)治療鐵調(diào)節(jié)異常性疾病。

TANNO等[19]的研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)分化因子15（growth differentiation factor15,GDF15）水平升高可以抑制肝細(xì)胞Hepcidin的分泌，使腸道鐵吸收增多，而加重鐵過(guò)載。在組織缺鐵、組織缺氧程度明顯嚴(yán)重時(shí)，該因素協(xié)助生理性調(diào)節(jié)機(jī)制共同作用可抑制Hepcidin的生成，在GDF15過(guò)表達(dá)時(shí)，抑制Hepcidin生成的作用尤其明顯，進(jìn)一步證明這種抑制作用受GDF15影響，也證明GDF15在鐵代謝中起重要作用。不過(guò)也有不同的結(jié)論，認(rèn)為在骨髓增生異常綜合征患者中，GDF15表達(dá)水平與Hepcidin無(wú)相關(guān)性[20]。因此GDF15對(duì)Hepcidin的影響仍需進(jìn)一步研究明確。

2 Hepcidin與腫瘤

Hepcidin主要在肝細(xì)胞合成，而在一些腫瘤細(xì)胞中合成量極其微小[21]。研究顯示鐵促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[22]，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中也起重要作用。而Hepcidin在惡性腫瘤患者中表達(dá)明顯上調(diào)，并且發(fā)現(xiàn)，合成Hepcidin的腫瘤可以自分泌方式降低膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，從而限制鐵排出腫瘤細(xì)胞，通過(guò)增加鐵在腫瘤細(xì)胞中含量來(lái)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[23]。鐵的獲取和滯留機(jī)制在癌細(xì)胞中得到增強(qiáng)[22]，調(diào)控鐵代謝的基因的表達(dá)可以預(yù)測(cè)癌癥患者的預(yù)后[24]，提示可以抑制Hepcidin使鐵排出腫瘤從而耗盡癌細(xì)胞內(nèi)的鐵來(lái)抑制腫瘤的生長(zhǎng)。因此，調(diào)節(jié)鐵的代謝可作為一種抗腫瘤策略[25-26]，且已有拮抗及抑制Hepcidin生成的相關(guān)藥物研究報(bào)道。體外實(shí)驗(yàn)顯示，經(jīng)抗體阻斷Hepcidin可降低前列腺癌及乳腺癌細(xì)胞的增殖[21，26]。通過(guò)減少Hepcidin的生成有助于延緩腫瘤的生長(zhǎng)速度，由此開(kāi)發(fā)抑制或拮抗Hepcidin的藥物有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

3 抑制Hepcidin生成研究

ACD是因鐵失利用發(fā)生的貧血，與Hepcidin表達(dá)升高明顯相關(guān)，貧血嚴(yán)重時(shí)顯著影響患者的生活質(zhì)量。重組人紅細(xì)胞生成素聯(lián)合靜脈鐵劑治療ACD雖然總體效果尚可，但仍有部分患者效果不佳，并且對(duì)一些合并ACD的惡性腫瘤患者，因腫瘤細(xì)胞（如乳腺癌、卵巢癌等）的細(xì)胞膜上存在EPO的受體，EPO治療還存在刺激腫瘤生長(zhǎng)的潛在危險(xiǎn)。而通過(guò)減少Hepcidin產(chǎn)生從而提高鐵的吸收，并動(dòng)員機(jī)體現(xiàn)有的鐵貯備，提高鐵的生物利用度，促進(jìn)紅細(xì)胞生成治療ACD，以及通過(guò)影響Hepcidin生成來(lái)降低鐵在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的濃度對(duì)抗腫瘤，并且無(wú)需擔(dān)心EPO治療相關(guān)不良事件。目前研究的藥物主要通過(guò)幾種不同的機(jī)制來(lái)抑制Hepcidin生成和發(fā)揮作用，如抗Hepcidin生成的單克隆抗體[26]，干擾Hepcidin與鐵蛋白間的相互作用的藥物，以及抑制這些促肝細(xì)胞Hepcidin轉(zhuǎn)錄及合成途徑的藥物等[27-28]。BMP是誘導(dǎo)Hepcidin轉(zhuǎn)錄的一種共受體，能與受體排斥導(dǎo)向分子RGM結(jié)合，激活下游信號(hào)并將信息傳遞到細(xì)胞核，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)Hepcidin mRNA轉(zhuǎn)錄及Hepcidin合成[29]?？寡乜贵w（H5F9-AM8）是臨床上為治療慢性貧血開(kāi)發(fā)的的人源化單克隆抗體，在組織培養(yǎng)中，H5F9-AM8降低BMP刺激HepG2細(xì)胞及其他癌細(xì)胞的Hepcidin合成。正如所期望高效的Hepcidin生成抑制劑的那樣，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明H5F9-AM8有效下調(diào)Hepcidin水平，同時(shí)升高血清鐵水平，說(shuō)明H5F9-AM8能明確抑制Hepcidin生成[3-4，29]。此外研究的藥物還有抑制IL-6介導(dǎo)的通過(guò)激活STAT3來(lái)增強(qiáng)Hepcidin mRNA轉(zhuǎn)錄的信號(hào)通路抑制劑，期望通過(guò)抑制Hepcidin轉(zhuǎn)錄，減少Hepcidin生成來(lái)治療貧血與腫瘤。相信今后會(huì)不斷有新的研究，并推動(dòng)臨床治療效果的提高。