鐵過(guò)載在急性髓系白血病中的研究進(jìn)展

夏曉菲，趙艷紅

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院血液內(nèi)科，哈爾濱 150001)

鐵是許多蛋白質(zhì)和酶的重要組成部分，參與了眾多人體必需的生物學(xué)功能，但人體只會(huì)因黏膜和皮膚細(xì)胞脫落或出血而失去少量的鐵[1-3]。人體內(nèi)鐵代謝的調(diào)控主要是通過(guò)調(diào)節(jié)鐵調(diào)素的水平，各種生理或病理機(jī)制導(dǎo)致人體內(nèi)鐵攝入過(guò)多而排除不足就會(huì)導(dǎo)致鐵過(guò)載的發(fā)生。既往研究表明，在骨髓增生異常綜合征和再生障礙性貧血等血液系統(tǒng)疾病中，鐵過(guò)載是常見(jiàn)的、獨(dú)立的不良預(yù)后因素[4-5]。對(duì)于急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)鐵過(guò)載的研究較少，但AML患者同樣存在鐵過(guò)載，其發(fā)生機(jī)制主要涉及紅細(xì)胞的過(guò)量輸注、骨髓無(wú)效造血以及鐵吸收水平的增加。血清鐵蛋白因價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、具有無(wú)創(chuàng)性等優(yōu)勢(shì)目前已廣泛用于體內(nèi)鐵過(guò)載程度的評(píng)估。在接受造血干細(xì)胞移植的AML患者和未予治療的初發(fā)AML患者中，血清鐵蛋白升高均是其獨(dú)立的不良預(yù)后因素之一，與患者的總生存率、無(wú)進(jìn)展生存率以及復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等顯著相關(guān)[6-7]。明確鐵過(guò)載的發(fā)生及損傷機(jī)制，以及鐵過(guò)載對(duì)AML患者不良預(yù)后的意義可能對(duì)AML未來(lái)的治療方向以及患者的預(yù)后判斷有一定的指導(dǎo)作用?，F(xiàn)就鐵過(guò)載在AML中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 鐵代謝的調(diào)節(jié)方式

鐵是許多蛋白質(zhì)和酶的重要組成部分，參與氧的運(yùn)輸和儲(chǔ)存(血紅蛋白、肌紅蛋白)、電子轉(zhuǎn)移和藥物代謝(細(xì)胞色素C)以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(一氧化氮合酶)等[1-2]。人體內(nèi)絕大多數(shù)鐵分布于紅細(xì)胞的血紅蛋白中，并且用于氧的運(yùn)輸。巨噬細(xì)胞(<600 mg)和肌肉肌紅蛋白(約300 mg)中也存在一定量的鐵，而過(guò)剩的鐵(約1 g)存儲(chǔ)于肝臟中[8-9]。人體會(huì)因黏膜和皮膚細(xì)胞脫落或出血而失去鐵，但沒(méi)有任何調(diào)節(jié)鐵排泄的機(jī)制，只能通過(guò)嚴(yán)格控制十二指腸中膳食鐵的吸收來(lái)維持體內(nèi)鐵的平衡[3]。鐵調(diào)素是一種肝臟衍生的肽激素，是人體內(nèi)調(diào)節(jié)鐵代謝最重要的激素。鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的二價(jià)鐵離子從細(xì)胞內(nèi)進(jìn)入循環(huán)血對(duì)系統(tǒng)性鐵穩(wěn)態(tài)的維持至關(guān)重要，而這一過(guò)程受鐵調(diào)素的負(fù)向調(diào)控；鐵調(diào)素通過(guò)與鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合并促進(jìn)其磷酸化、內(nèi)化及溶酶體降解，從而減少小腸細(xì)胞對(duì)鐵的吸收和巨噬細(xì)胞對(duì)鐵的釋放[10-11]。在鐵攝入增加和炎癥條件下鐵調(diào)素水平升高，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中膳食鐵吸收和鐵潴留減少；而在鐵缺乏、缺氧和急性失血時(shí)鐵調(diào)素水平降低，導(dǎo)致小腸對(duì)鐵的吸收增加以及巨噬細(xì)胞中鐵的釋放增加[3]。

2 AML中鐵過(guò)載的發(fā)生機(jī)制

2.1紅細(xì)胞輸注 在AML中，治療疾病本身和化療后骨髓抑制可導(dǎo)致貧血的發(fā)生，因此定期的紅細(xì)胞輸注對(duì)于AML患者是重要的支持治療。輸血性鐵過(guò)載是AML患者常見(jiàn)的并發(fā)癥。1 mL紅細(xì)胞懸液中含有1.16 mg的鐵，因此1單位紅細(xì)胞中含有200～250 mg鐵，相當(dāng)于6個(gè)月吸收鐵的總量[12]。身體排出過(guò)量鐵的機(jī)制有限，最初這種過(guò)量的鐵儲(chǔ)存在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中，但隨著血漿轉(zhuǎn)鐵蛋白的飽和度接近100%，過(guò)量的鐵沉積在實(shí)質(zhì)細(xì)胞中，因此大多數(shù)人在輸注10～20單位的紅細(xì)胞后會(huì)導(dǎo)致鐵調(diào)素對(duì)鐵的調(diào)節(jié)能力相對(duì)不足，造成鐵過(guò)載的發(fā)生[12-13]。

2.2無(wú)效造血及鐵吸收水平增加 無(wú)效造血指骨髓內(nèi)紅系增殖分化異常，導(dǎo)致紅細(xì)胞在成熟和進(jìn)入外周循環(huán)血之前已被破壞。在AML患者的骨髓中，白血病細(xì)胞通過(guò)對(duì)骨髓脂肪細(xì)胞的抑制，導(dǎo)致造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞在骨髓中所占的比例失衡，從而導(dǎo)致骨髓紅系增殖分化異常，引起無(wú)效造血[14]。無(wú)效造血可導(dǎo)致貧血，刺激腎臟產(chǎn)生更多的促紅細(xì)胞生成素促進(jìn)紅系造血，從而代償貧血狀態(tài)，但促紅細(xì)胞生成素的增加能夠限制紅細(xì)胞的分化，加劇無(wú)效造血[15]。無(wú)效造血導(dǎo)致的貧血又可引起骨髓造血增生活躍，使鐵調(diào)素水平降低，增加了小腸上皮細(xì)胞對(duì)鐵的吸收以及巨噬細(xì)胞內(nèi)鐵的釋放，進(jìn)而導(dǎo)致鐵過(guò)載[14,16]。而過(guò)量的鐵又可抑制骨髓中的紅細(xì)胞成熟、誘導(dǎo)未成熟的紅細(xì)胞凋亡[17]，加劇了無(wú)效造血。鐵過(guò)載與無(wú)效造血之間形成了惡性循環(huán)，對(duì)造血系統(tǒng)造成了嚴(yán)重?fù)p傷。

3 鐵過(guò)載在AML患者中的組織損傷作用

3.1骨髓

3.1.1鐵過(guò)載導(dǎo)致骨髓造血干細(xì)胞凋亡及細(xì)胞周期停滯 盡管紅細(xì)胞進(jìn)行血紅蛋白的合成時(shí)需要適量的鐵，但過(guò)量的鐵會(huì)導(dǎo)致骨髓造血干細(xì)胞成熟障礙、細(xì)胞老化及細(xì)胞凋亡，并使造血干細(xì)胞停滯在DNA合成前期。過(guò)量的鐵造成的細(xì)胞凋亡可能與細(xì)胞譜系有關(guān)。在骨髓中，鐵過(guò)載所導(dǎo)致的活性氧類(reactive oxygen species，ROS)增加和p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)過(guò)度活化，對(duì)造血功能的抑制起重要作用。ROS增加可導(dǎo)致DNA損傷和老化機(jī)制異常激活，從而直接導(dǎo)致造血干細(xì)胞老化和凋亡[18]。增加的ROS不僅可以直接損傷造血干細(xì)胞，還可以進(jìn)一步激活p38 MAPK，間接損傷造血功能，p38 MAPK的激活可進(jìn)一步促進(jìn)造血干細(xì)胞的凋亡并導(dǎo)致造血干細(xì)胞自我更新能力降低[19]；同時(shí)，p38 MAPK通過(guò)正反饋?zhàn)饔么龠M(jìn)ROS對(duì)造血干細(xì)胞的直接損傷[20]。此外，p38 MAPK還可通過(guò)激活p53，誘導(dǎo)各種促凋亡蛋白的表達(dá)，促進(jìn)造血干細(xì)胞凋亡，而p53的活化又可以導(dǎo)致造血干細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯在DNA合成前期[19]；對(duì)于紅細(xì)胞系統(tǒng)，過(guò)量的鐵導(dǎo)致了紅細(xì)胞的成熟障礙，誘導(dǎo)了未成熟紅細(xì)胞的凋亡，而且與單核/巨噬細(xì)胞系統(tǒng)及B淋巴細(xì)胞系統(tǒng)相比，紅細(xì)胞系統(tǒng)對(duì)于鐵過(guò)載具有更高的敏感性[17]。

3.1.2鐵過(guò)載抑制骨髓基質(zhì)細(xì)胞的功能 過(guò)量的鐵可通過(guò)抑制骨髓基質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化能力，并改變黏附分子及細(xì)胞因子的表達(dá)，進(jìn)而影響骨髓的造血功能。在鐵過(guò)載誘導(dǎo)的小鼠損傷模型中，過(guò)量的鐵抑制了骨髓微環(huán)境中的骨髓基質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化能力，并且在鐵過(guò)量的條件下，磷脂酰肌醇-3-激酶水平升高及叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3信使RNA水平表達(dá)降低導(dǎo)致了ROS產(chǎn)生增加，進(jìn)而導(dǎo)致骨髓基質(zhì)細(xì)胞不能支持骨髓造血干細(xì)胞的集落形成，表明鐵過(guò)載通過(guò)降低骨髓基質(zhì)細(xì)胞的造血支持功能，影響骨髓造血功能[21]。骨髓基質(zhì)細(xì)胞作為骨髓微環(huán)境的重要組成部分，通過(guò)分泌細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子、調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞生態(tài)位等影響骨髓造血功能，在造血過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用[19]。在用過(guò)量鐵處理后的骨髓中，發(fā)現(xiàn)了數(shù)種黏附分子的表達(dá)發(fā)生了顯著改變(如上皮鈣黏素、血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣黏素和血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子-1水平上調(diào)；細(xì)胞間黏附分子-1和E-選擇素水平下調(diào))，且細(xì)胞因子水平也發(fā)生了顯著改變(重組牛胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白2和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1等分泌減少；γ干擾素和腫瘤壞死因子-α等分泌增加)[17]。其中，重組牛胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白2和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1可刺激造血干細(xì)胞的存活、增殖和循環(huán)[22]，而γ干擾素和腫瘤壞死因子-α可直接抑制造血干細(xì)胞的功能[23-24]。由此可見(jiàn)，鐵過(guò)載可以通過(guò)改變黏附分子及細(xì)胞因子的表達(dá)影響造血干細(xì)胞的更新與分化，從而間接影響骨髓的造血功能。

3.2肝臟 肝臟在全身鐵代謝中起主要作用，是鐵的主要儲(chǔ)存部位，并將鐵釋放回循環(huán)中[25]。但過(guò)量的鐵可促進(jìn)肝細(xì)胞的衰老和凋亡，并導(dǎo)致肝纖維化。鐵過(guò)載通過(guò)提高ROS、超氧陰離子以及過(guò)氧化氫的激活產(chǎn)生自由基，使脂質(zhì)過(guò)氧化和肝星狀細(xì)胞活化，進(jìn)一步導(dǎo)致肝纖維化[26]。過(guò)量的鐵還可使ROS水平增加，從而導(dǎo)致DNA和蛋白質(zhì)的破壞以及線粒體功能障礙，導(dǎo)致肝細(xì)胞衰老，而增加的ROS又可通過(guò)激活MAPK信號(hào)通路促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡[27]。

3.3心臟 鐵過(guò)載可導(dǎo)致心力衰竭、心律失常及動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。隨著鐵超負(fù)荷的增加，心臟中的胞內(nèi)溶解緩沖機(jī)制失效，心肌細(xì)胞中游離鐵水平升高，導(dǎo)致細(xì)胞膜、離子通道和核酸氧化損傷，引發(fā)心肌功能障礙和心律失常[28]。過(guò)量的鐵沉積在動(dòng)脈介質(zhì)層中，這與斑塊形成、血管氧化應(yīng)激和功能障礙相關(guān)。鐵過(guò)載通過(guò)觸發(fā)脂質(zhì)譜改變、血管通透性改變、持續(xù)的內(nèi)皮激活、促動(dòng)脈粥樣硬化的炎癥介質(zhì)升高以及一氧化氮的可用性降低等，加劇了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與進(jìn)展；同時(shí)，鐵過(guò)載通過(guò)介導(dǎo)血管細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生、血管細(xì)胞的凋亡和單核細(xì)胞的募集，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的成熟[29]。

4 鐵過(guò)載對(duì)AML患者預(yù)后的意義

AML本身可以導(dǎo)致鐵過(guò)載[30]，而且因病情需要所導(dǎo)致的大量紅細(xì)胞的輸注亦可致鐵過(guò)載。血清鐵蛋白可以有效反映體內(nèi)鐵的含量，且血清鐵蛋白價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、具有無(wú)創(chuàng)性等優(yōu)勢(shì)，故廣泛用于體內(nèi)鐵過(guò)載的評(píng)估。過(guò)去的研究表明，AML患者生存期的長(zhǎng)短主要取決于年齡、發(fā)病時(shí)的白細(xì)胞計(jì)數(shù)、細(xì)胞遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等預(yù)后變量[31]。無(wú)論對(duì)于未予治療的初發(fā)AML患者還是擬行造血干細(xì)胞移植術(shù)AML患者，血清鐵蛋白均存在升高，并且是AML患者生存期的獨(dú)立預(yù)后影響因素。

4.1未予治療的初發(fā)AML患者 在未予治療的初發(fā)AML患者中，血清鐵蛋白升高組總生存期和無(wú)病生存期較短，緩解率較低，血清鐵蛋白升高通過(guò)增加復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)以及對(duì)化療的耐藥性導(dǎo)致患者預(yù)后不良[6,32-34]。但不同文獻(xiàn)報(bào)道的血清鐵蛋白的截點(diǎn)存在爭(zhēng)議，并且在不同的細(xì)胞遺傳學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的初發(fā)AML患者中血清鐵蛋白對(duì)于預(yù)后的意義亦不盡相同。Lebon等[32]首次報(bào)道，在中等細(xì)胞遺傳學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的初發(fā)AML患者中，高血清鐵蛋白水平是生存率的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。但Tachibana等[33]的研究顯示，在低危和中危細(xì)胞遺傳學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的AML患者中，高鐵蛋白組與低鐵蛋白組的總生存期和無(wú)病生存期比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(低危組：P=0.86，P=0.88；中危組：P=0.11，P=0.22)，而在高危細(xì)胞遺傳學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的AML患者中，高鐵蛋白組的總生存期和無(wú)病生存期顯著縮短。Ihlow等[34]為了排除亞臨床炎癥對(duì)血清鐵蛋白水平的影響，對(duì)C反應(yīng)蛋白進(jìn)行了校正，校正后發(fā)現(xiàn)血清鐵蛋白仍是總生存期及無(wú)病生存期的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子；在多變量模型中，高鐵蛋白組的死亡風(fēng)險(xiǎn)是低鐵蛋白組的2倍，并且兩組的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和非復(fù)發(fā)病死率比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.004 2,P=0.008)。Bertoli等[6]的研究亦證實(shí)了血清鐵蛋白水平是與初發(fā)AML患者所有關(guān)鍵終點(diǎn)相關(guān)的獨(dú)立預(yù)后因素，當(dāng)血清鐵蛋白高于正常上限7倍時(shí)，化療的完全反應(yīng)率降低且復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，表明初發(fā)AML患者的鐵過(guò)載有可能部分來(lái)自AML細(xì)胞，AML細(xì)胞鐵蛋白的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致骨髓的進(jìn)一步損傷以及阿糖胞苷耐藥。

4.2擬行造血干細(xì)胞移植術(shù)的AML患者 擬行造血干細(xì)胞移植的AML患者，血清鐵蛋白亦是其獨(dú)立的不良預(yù)后因素，區(qū)分低鐵蛋白組及高鐵蛋白組的血清鐵蛋白截?cái)嘀低ǔ１欢x為1 000 μg/L。移植術(shù)前高鐵蛋白組AML患者的總生存率、無(wú)病生存率均顯著低于低鐵蛋白組患者，并且非復(fù)發(fā)病死率高于低鐵蛋白組；高鐵蛋白組患者的高血流感染率以及過(guò)量鐵導(dǎo)致的多臟器損傷，造成了擬行造血干細(xì)胞移植術(shù)的AML患者生存期的縮短以及生存率降低[7,35-37]。Tachibana等[35-36]研究證實(shí)，血清鐵蛋白>1 000 μg/L的血流感染發(fā)生率較高，并且首次將移植前血清鐵蛋白水平納入AML的預(yù)后評(píng)分系統(tǒng)。血清鐵蛋白水平與紅細(xì)胞輸注量顯著相關(guān)，在移植前血清鐵蛋白>1 000 μg/L的患者，移植后1年內(nèi)的血清鐵蛋白水平仍較高，并且無(wú)論是在移植前還是移植后，高血清鐵蛋白組患者生存率均較低，復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)均增加[7]。近期的研究結(jié)果亦證實(shí)，在行自體造血干細(xì)胞移植的AML患者中，血清鐵蛋白升高的患者復(fù)發(fā)率升高，生存率降低，自體干細(xì)胞移植動(dòng)員潛力降低，并且血清鐵蛋白與移植前誘導(dǎo)緩解時(shí)紅細(xì)胞輸注量顯著相關(guān)[37]。

5 小 結(jié)

人體內(nèi)鐵平衡主要通過(guò)調(diào)節(jié)鐵調(diào)素進(jìn)行調(diào)控。各種原因?qū)е氯梭w內(nèi)鐵平衡失調(diào)時(shí)即可出現(xiàn)鐵過(guò)載。鐵過(guò)載可造成AML患者多個(gè)重要臟器的損傷，增加血流感染的風(fēng)險(xiǎn)，造成患者化療耐藥，進(jìn)而導(dǎo)致患者不良預(yù)后。已有研究證實(shí)，對(duì)擬行造血干細(xì)胞移植術(shù)的AML患者進(jìn)行祛鐵治療，可改善鐵過(guò)載相關(guān)的不良預(yù)后[34]，并且鐵蛋白截?cái)嘀狄汛_定。然而，對(duì)于未予治療的初發(fā)AML患者，以何處為截點(diǎn)區(qū)分低鐵蛋白組與高鐵蛋白組，不同文獻(xiàn)報(bào)道不盡相同。因此，未來(lái)仍需大樣本、多中心的前瞻性研究以確定區(qū)分低鐵蛋白組與高鐵蛋白組的血清鐵蛋白截?cái)嘀狄约办铊F治療是否可改善血清鐵蛋白升高的AML患者的預(yù)后。