鐵調(diào)素在膿毒癥相關(guān)性貧血中的研究進(jìn)展

李福興，謝可心，張玉琳，趙衛(wèi)東

大理大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，云南大理 671000

膿毒癥是由感染引起的全身炎癥反應(yīng)綜合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，病死率高[1-2]。膿毒癥患者常常合并貧血，國(guó)外調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，入住ICU的膿毒癥患者中，早期即有超過(guò)50%合并各種原因所致的貧血，入住超過(guò)3 d后幾乎均有貧血表現(xiàn)；國(guó)內(nèi)研究顯示，入住ICU超過(guò)1周的患者貧血發(fā)生率高達(dá)74.8%，膿毒癥患者合并貧血后，貧血程度會(huì)隨著住院時(shí)間的延長(zhǎng)而加重，且膿毒癥相關(guān)性貧血的發(fā)病機(jī)制相對(duì)復(fù)雜，使得治療更為棘手，病死率更高[3-6]。目前已有研究發(fā)現(xiàn)，入住ICU的貧血患者通常合并鐵代謝紊亂及鐵調(diào)素(hepcidin)調(diào)控失調(diào)[7]。為此，本文將對(duì)鐵代謝與鐵調(diào)素調(diào)控在膿毒癥中的作用機(jī)制及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為臨床治療膿毒癥相關(guān)性貧血提供新思路和策略。

1 機(jī)體正常鐵代謝與鐵調(diào)素調(diào)控

1.1 正常鐵代謝 鐵被人體吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存、利用、釋放、排泄等過(guò)程統(tǒng)稱為鐵代謝。食物中的Fe3+進(jìn)入機(jī)體后被十二指腸色素細(xì)胞還原為Fe2+，在二價(jià)鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1(DMT1)的協(xié)助下，運(yùn)輸至小腸上皮細(xì)胞，最終在十二指腸和空腸上段被吸收[8]。被吸收的Fe2+一部分形成了鐵蛋白，儲(chǔ)存于肝臟或巨噬細(xì)胞中，另一部分經(jīng)膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(FPN)釋放入血液[9]。釋放入血的鐵離子在轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(TfR1)和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體2(TfR2)的協(xié)助下，通過(guò)胞吞作用被細(xì)胞吸收，最終在內(nèi)涵體中釋放[10]。因此，即使在缺鐵狀態(tài)下，機(jī)體也不會(huì)無(wú)節(jié)制地吸收鐵。生理狀態(tài)下，鐵代謝始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 正常鐵調(diào)素調(diào)控 肝細(xì)胞不僅是鐵的儲(chǔ)存細(xì)胞，還可產(chǎn)生鐵調(diào)素。鐵調(diào)素是由25個(gè)氨基酸組成的多肽，于2000年首次被發(fā)現(xiàn)并提純[11-13]。鐵調(diào)素一方面可直接結(jié)合轉(zhuǎn)鐵蛋白，引起其構(gòu)象變化以抑制鐵外流；另一方面可結(jié)合膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(FP1)，降低血清鐵含量[14-16]。生理狀態(tài)下，一旦機(jī)體出現(xiàn)鐵過(guò)載，肝臟中鐵調(diào)素的合成和分泌增加，進(jìn)而限制腸道鐵的吸收及肝臟中鐵的釋放，防止機(jī)體因鐵過(guò)載而產(chǎn)生過(guò)多活性氧引起細(xì)胞損傷或死亡[17-18]。當(dāng)機(jī)體感知到鐵缺乏時(shí)，則會(huì)通過(guò)基因調(diào)控使肝臟鐵調(diào)素的表達(dá)下調(diào)，增加腸黏膜鐵的吸收及肝臟和巨噬細(xì)胞中鐵的釋放[19]。因此，生理情況下，鐵調(diào)素是通過(guò)負(fù)性調(diào)控作用來(lái)維持機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)的[20]。

2 膿毒癥患者的鐵代謝紊亂與鐵調(diào)素調(diào)控

2.1 鐵代謝紊亂 膿毒癥患者常合并貧血，而膿毒癥相關(guān)性貧血的病因和發(fā)病機(jī)制往往比較復(fù)雜。目前已證實(shí)鐵代謝紊亂可引起膿毒癥患者的炎癥性貧血，一項(xiàng)納入61 852例患者的前瞻性研究表明，機(jī)體嚴(yán)重缺鐵會(huì)增加未來(lái)血流感染的風(fēng)險(xiǎn)[21]。在膿毒癥患者發(fā)病早期，血清鐵、轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度、紅細(xì)胞生成素(EPO)等指標(biāo)水平降低，總鐵結(jié)合力(TIBC)、鐵調(diào)素等指標(biāo)水平升高，從而造成機(jī)體鐵缺乏，最終導(dǎo)致貧血[7]。同時(shí)，鐵調(diào)素的表達(dá)增加與膿毒癥患者的貧血程度呈正相關(guān)，有助于判斷膿毒癥患者的預(yù)后[22]。

2.2 細(xì)菌感染與鐵代謝 鐵不僅是機(jī)體正常代謝的原料，細(xì)菌的生長(zhǎng)同樣離不開(kāi)鐵，低鐵環(huán)境是機(jī)體限制細(xì)菌生長(zhǎng)、減少感染機(jī)會(huì)所做出的防御性反應(yīng)。新生兒出生時(shí)鐵調(diào)素呈較高水平，可為機(jī)體創(chuàng)造低鐵環(huán)境，以限制細(xì)菌的生長(zhǎng)與繁殖[23]。鐵在機(jī)體內(nèi)是介導(dǎo)氧氣依賴性脯氨酰胺和低氧誘導(dǎo)因子1α (HIF-1α)的天冬酰胺羥化酶必需的輔助因子，在低氧誘導(dǎo)因子-脯氨酰羥化酶通路中發(fā)揮重要作用[24]。 因此鐵缺乏時(shí)，巨噬細(xì)胞處在缺氧環(huán)境下，可以穩(wěn)定HIF-1α并促進(jìn)白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)及其他細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和合成，在一定程度上限制了細(xì)菌對(duì)鐵的利用，抑制了其增殖，同時(shí)可減輕機(jī)體因鐵過(guò)載而通過(guò)芬頓(Fenton)反應(yīng)釋放過(guò)多活性氧造成的細(xì)胞損傷或死亡[14]。

在ICU膿毒癥患者中，肺炎克雷伯菌是最常見(jiàn)的病原菌之一。有研究表明，鐵缺乏可刺激肺炎克雷伯菌分泌一種名為鐵載體的低分子物質(zhì)，后者與鐵離子具有較高的親和力，主要通過(guò)鰲和轉(zhuǎn)鐵蛋白、其他含鐵蛋白或者機(jī)體血紅蛋白中的鐵離子與機(jī)體競(jìng)爭(zhēng)鐵，進(jìn)而引起鐵缺乏，最終導(dǎo)致機(jī)體貧血[25]。 經(jīng)非腸道途徑補(bǔ)充鐵后，機(jī)體對(duì)感染的敏感性會(huì)顯著升高[26]。此外，鐵調(diào)素對(duì)大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和曲霉菌等均有廣譜殺菌作用[27]。細(xì)菌感染時(shí)，肝細(xì)胞中IL-6/SATA3通路被激活，從而調(diào)節(jié)鐵調(diào)素的轉(zhuǎn)錄[28]。此外，內(nèi)毒素可刺激骨髓細(xì)胞，激活TLR4信號(hào)通路，導(dǎo)致鐵調(diào)素表達(dá)上調(diào)，進(jìn)一步激活機(jī)體的炎癥反應(yīng)[29]。然而，巨噬細(xì)胞一旦出現(xiàn)鐵過(guò)載，其吞噬并殺死致病菌的能力會(huì)顯著下降[30]。因此，機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)對(duì)于機(jī)體抵御炎癥反應(yīng)和維持自身正常免疫防護(hù)功能至關(guān)重要。

2.3 鐵調(diào)素調(diào)控 鐵調(diào)素在判斷膿毒癥合并炎癥性貧血患者的嚴(yán)重程度時(shí)具有高度特異性，一方面可提示炎癥性貧血患者的預(yù)后，另一方面能調(diào)節(jié)機(jī)體鐵代謝。Jiang等[7]分析198例膿毒癥患者的臨床資料及實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，鐵調(diào)素與入住ICU的膿毒癥合并炎癥性貧血患者的28 d病死率顯著相關(guān)，同時(shí)與EPO、IL-6等傳統(tǒng)炎癥性貧血指標(biāo)相比，鐵調(diào)素具有更高的預(yù)測(cè)價(jià)值及特異性。沈侃等[31]研究77例膿毒癥患者發(fā)現(xiàn)，鐵調(diào)素與膿毒癥患者危重程度及近期臨床預(yù)后密切相關(guān)，是膿毒癥患者死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。也有研究發(fā)現(xiàn)，血清鐵調(diào)素是診斷膿毒癥的有益指標(biāo)，可反映其嚴(yán)重程度[32]。此外，國(guó)外的一項(xiàng)研究將89例小兒膿毒癥患者分為膿毒癥組、膿毒癥性休克組，同時(shí)納入入住ICU的非膿毒癥患兒組及健康對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)在區(qū)分四組患者時(shí)，鐵調(diào)素較白細(xì)胞、C反應(yīng)蛋白等指標(biāo)更為可靠[33]。

膿毒癥中鐵調(diào)素調(diào)控的分子機(jī)制尚未明確。有研究表明，機(jī)體一旦發(fā)生感染，GP130/STAT3信號(hào)通路可被IL-6等細(xì)胞因子激活，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增加肝細(xì)胞中鐵調(diào)素的表達(dá)，進(jìn)而降低血清鐵的水平[34]。此外，血清IL-6的水平與膿毒癥患者的診斷及嚴(yán)重程度評(píng)估密切相關(guān)[35]。IL-1、TNF-α等炎性介質(zhì)發(fā)揮作用，需先激活I(lǐng)L-6，再作用于GP130/STAT3信號(hào)通路[28,36]。除此之外，在HJV-BMP/SMAD通路中發(fā)揮主要作用的是鐵調(diào)素調(diào)節(jié)蛋白(HJV)，后者是骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的協(xié)同受體，其中BMP6是鐵的特異性配體，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)BMP6的表達(dá)水平與鐵負(fù)荷呈正相關(guān)，表明BMP6水平可以反映肝細(xì)胞內(nèi)鐵的水平，還有研究發(fā)現(xiàn)BMP2、4、5、7、9在體外可以誘導(dǎo)鐵調(diào)素的表達(dá)[37-38]。 HJV先與Ⅰ型BMP受體結(jié)合，促進(jìn)BMP的表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)SMAD1/5/8的磷酸化，磷酸化的SMAD與SMAD4形成的復(fù)合體可移動(dòng)到細(xì)胞核，最終促進(jìn)鐵調(diào)素的表達(dá)[39]。在小鼠膿毒癥模型中，當(dāng)小鼠鐵調(diào)素過(guò)表達(dá)時(shí)，往往伴隨鐵代謝紊亂，小鼠出生時(shí)即有嚴(yán)重的貧血表現(xiàn)[40]。由此可見(jiàn)，通過(guò)低鐵環(huán)境來(lái)抑制微生物是機(jī)體在感染時(shí)所做出的防御性反應(yīng)[26]。

膿毒癥所致貧血患者還伴隨EPO的減少，EPO受體在IL-1等炎性因子的刺激下表達(dá)下調(diào)，從而使得EPO生成減少。在膿毒癥性休克患者中紅細(xì)胞的生成受EPO的嚴(yán)格調(diào)控，EPO可以誘導(dǎo)紅細(xì)胞分泌某種糖蛋白激素，并抑制鐵調(diào)素的表達(dá)，從而促進(jìn)機(jī)體應(yīng)激狀態(tài)時(shí)的鐵傳遞過(guò)程[41]。鐵調(diào)素分子較小(分子量為2.7 kD)，容易通過(guò)腎小球?yàn)V過(guò)膜，然后在近端小管被吸收和降解，最終只有少量濾過(guò)的鐵調(diào)素進(jìn)入尿液，而ICU患者往往合并慢性腎病，腎臟無(wú)法完全清除鐵調(diào)素，導(dǎo)致其在血漿中大量蓄積，限制了EPO的生成，因此膿毒癥患者出現(xiàn)貧血時(shí)EPO升高并不明顯。EPO生成減少不僅抑制了紅系祖細(xì)胞的增殖和分化，并且誘導(dǎo)了紅細(xì)胞的凋亡[42]。

此外，脂多糖(LPS)也可引起膿毒癥患者貧血，并對(duì)鐵調(diào)素有一定的調(diào)控作用[6]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在LPS誘導(dǎo)的急性炎癥反應(yīng)中同樣有鐵調(diào)素的參與，其可顯著降低內(nèi)毒素性膿毒癥小鼠的病死率；LPS可使十二指腸上皮細(xì)胞及巨噬細(xì)胞膜表面FP1的表達(dá)減少，進(jìn)而抑制十二指腸和空腸上段對(duì)鐵的吸收及肝臟和巨噬細(xì)胞中儲(chǔ)存鐵的釋放[43]。 后續(xù)機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，LPS可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞中TLR4和NF-κB通路激活，鐵調(diào)素表達(dá)增加，且機(jī)體對(duì)鐵調(diào)素的調(diào)節(jié)依賴LPS[44]。此外還發(fā)現(xiàn)，LPS可通過(guò)BMP/SMAD信號(hào)通路誘導(dǎo)鐵調(diào)素的產(chǎn)生[45]， 通過(guò)激活TLR4通路直接誘導(dǎo)肝細(xì)胞中鐵調(diào)素的mRNA表達(dá)和分泌[46]。部分藥物如阿司匹林被證實(shí)可通過(guò)抑制LPS介導(dǎo)的IL6/JAK2/STAT3以及P65(NF-κB)通路下調(diào)鐵調(diào)素的表達(dá)[47]。總之，LPS可通過(guò)不同途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵調(diào)素的調(diào)控。

3 膿毒癥患者的鐵代謝與鐵調(diào)素調(diào)控紊亂的治療

3.1 EPO 目前應(yīng)用EPO糾正膿毒癥相關(guān)性貧血尚未達(dá)成共識(shí)，臨床上多采用輸血糾正貧血，往往帶來(lái)一系列并發(fā)癥，但目前研究已經(jīng)表明膿毒癥相關(guān)性貧血患者的EPO會(huì)減少，因此理論上EPO可以糾正其貧血[48]。補(bǔ)充外源性EPO后，ICU膿毒癥患者的血紅蛋白、網(wǎng)織紅細(xì)胞計(jì)數(shù)及血細(xì)胞比容等指標(biāo)均稍微增高，不僅可糾正貧血，還可減少輸血次數(shù)。此外，有研究表明，EPO本身可減輕炎癥反應(yīng)，其升高血清鐵水平主要是通過(guò)JAK2/SATA3和HJV-BMP/SAMD通路來(lái)抑制鐵調(diào)素的生成，進(jìn)而糾正鐵代謝紊亂[49]。然而，EPO本身并不能降低膿毒癥患者的病死率，無(wú)法改善其預(yù)后，同時(shí)還會(huì)增加血栓形成、心肌梗死等的風(fēng)險(xiǎn)，一旦過(guò)度表達(dá)還會(huì)導(dǎo)致葉酸缺乏[50]。國(guó)外一項(xiàng)對(duì)42例膿毒癥患者的研究發(fā)現(xiàn)，危重型膿毒癥患者的炎性細(xì)胞因子水平持續(xù)升高主要與血清鐵缺乏所導(dǎo)致的貧血有關(guān)，與EPO水平并無(wú)明顯相關(guān)性[51]。因此，EPO治療膿毒癥相關(guān)性貧血仍需更多的臨床研究進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 補(bǔ)充鐵劑 鐵是造血原料，血清鐵可以通過(guò)口服或靜脈輸注鐵劑來(lái)補(bǔ)充，但尚無(wú)研究證實(shí)補(bǔ)充鐵劑是否會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度、血紅蛋白、輸血次數(shù)等造成影響。補(bǔ)鐵過(guò)多會(huì)引起鐵過(guò)載。有研究發(fā)現(xiàn)，鐵調(diào)素及FPN在鐵過(guò)載小鼠模型中表達(dá)水平明顯升高，可能影響骨髓紅系造血功能，導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡[52]。選擇靜脈補(bǔ)充鐵劑時(shí)，具有毒性的游離鐵進(jìn)入機(jī)體可能會(huì)導(dǎo)致鐵中毒，甚至危及生命[53]。此外，鐵可催化羥自由基生成，通過(guò)芬頓反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)多活性氧來(lái)加重機(jī)體的氧化應(yīng)激，而缺鐵是機(jī)體對(duì)病原體感染做出的一種防御反應(yīng)，補(bǔ)鐵會(huì)使機(jī)體的防御能力降低，故補(bǔ)充鐵劑治療膿毒癥患者的炎癥性貧血仍存在爭(zhēng)議[54]。

3.3 鐵調(diào)素抗體及拮抗劑 鐵穩(wěn)態(tài)離不開(kāi)鐵調(diào)素的調(diào)節(jié)，在膿毒癥相關(guān)性貧血患者中，改變鐵調(diào)素的表達(dá)水平可作為治療的新靶點(diǎn)[55]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，鐵調(diào)素抗體可以下調(diào)肝臟中鐵調(diào)素的表達(dá)進(jìn)而增加血漿中的鐵含量、血紅蛋白含量及平均紅細(xì)胞體積，而鐵調(diào)素拮抗劑可維持鐵代謝平衡并抑制炎癥反應(yīng)[56]，但是具體療效及安全性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.4 其他治療 IL-6/SATA3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可以調(diào)控鐵調(diào)素的轉(zhuǎn)錄，使用IL-6受體拮抗劑可以抑制該信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，下調(diào)鐵調(diào)素的表達(dá)，以達(dá)到糾正貧血的目的[36]。目前研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵調(diào)素在血漿中過(guò)多積累時(shí)，采用血液透析可以將其有效清除，臨床上可通過(guò)透析來(lái)提高鐵的利用率[57]。夏艷梅等[58]研究發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥患者的治療中，應(yīng)用透析能夠提高治療效果，減輕炎癥反應(yīng)，且有助于改善患者的預(yù)后。

綜上所述，膿毒癥相關(guān)性貧血患者的血清鐵、轉(zhuǎn)鐵蛋白飽和度以及EPO等指標(biāo)水平降低，同時(shí)總鐵結(jié)合力、鐵調(diào)素、IL-1、IL-6等的生成增加，其中鐵調(diào)素對(duì)判斷膿毒癥合并炎癥性貧血患者的預(yù)后具有較高的特異性。此外，膿毒癥相關(guān)性貧血的病因和發(fā)病機(jī)制比較復(fù)雜，鐵代謝相關(guān)蛋白能否作為膿毒癥治療的新靶點(diǎn)仍須進(jìn)一步深入研究進(jìn)行評(píng)估。