血清鐵蛋白及其與肝臟疾病的關(guān)系研究進展

沙治林，宋少華，丁國善

海軍軍醫(yī)大學附屬長征醫(yī)院器官移植科，上海 200003

作為重要的微量元素之一，鐵參與了人體內(nèi)多種重要的生理過程。血清鐵蛋白(serum ferritin，SF)是鐵的主要貯存蛋白，調(diào)節(jié)鐵的儲存和代謝[1]。鐵蛋白最早于1937年由法國科學家Laufberger發(fā)現(xiàn)并從馬的脾臟中分離出來[2]。SF的精確測量依賴于鐵蛋白和抗鐵蛋白抗體的純化，以及高敏感度免疫檢測技術(shù)的研發(fā)。1972年，Addison等建立了血清鐵蛋白的免疫放射分析法，成功地從人血清中檢測出鐵蛋白。盡管鐵蛋白檢測已在臨床應用較長時間，但其部分生物學特性如組織來源、分泌途徑、受體相互作用以及細胞效應等仍存在爭議[2]。本文綜述鐵在體內(nèi)代謝的過程，鐵蛋白的結(jié)構(gòu)及病理生理功能，以及SF與肝臟疾病關(guān)系的研究進展。

1 血清鐵蛋白

1.1鐵的體內(nèi)代謝 鐵元素以二價鐵的形式吸收入血后被氧化成三價鐵，經(jīng)轉(zhuǎn)鐵蛋白轉(zhuǎn)運到組織或細胞內(nèi)，而后在線粒體中合成血紅素，血紅素與珠蛋白結(jié)合形成血紅蛋白。未結(jié)合的鐵與蛋白質(zhì)結(jié)合形成鐵蛋白及含鐵血黃素，貯存于肝、脾、骨髓等器官的單核巨噬細胞系統(tǒng)中[3-4]。

1.2鐵蛋白的結(jié)構(gòu) 鐵蛋白由蛋白質(zhì)外殼和鐵核心組成，其中蛋白質(zhì)外殼是由L和H兩種亞單位構(gòu)成的24亞基蛋白，鐵核心含4500個鐵原子，是體內(nèi)儲存鐵的形式之一。L、H型亞基分別由人體肝臟、心臟分離而出，其中L型比重較低。鐵蛋白的L型與H型亞基比例取決于不同的組織類型和發(fā)育階段[5]。由于大量分離、純化SF較難，研究者常使用外源性組織鐵蛋白研究其對細胞的作用，以模擬體內(nèi)細胞分泌鐵蛋白的旁分泌作用，取得了一定的研究成果，包括鐵蛋白受體的識別、鐵蛋白的增殖和信號反應等[2,6]。

1.3鐵蛋白的病理生理功能

1.3.1鐵蛋白作為信號分子的作用 細胞外鐵蛋白可作為肝星狀細胞的促炎信號分子。外源性給予鐵蛋白處理細胞，可激活磷脂酰肌醇-3羥激酶(phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K)磷酸化，以及活化蛋白激酶Cζ(protein kinase Cζ，PKCζ)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，從而導致核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)激活，進而增強白細胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)、誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等促炎介質(zhì)的表達[7]。

1.3.2鐵蛋白在炎癥中的作用 普遍認為SF是體內(nèi)多種炎癥的急性期反應物與標志物，可在多種炎癥狀態(tài)下非特異性升高，包括慢性腎臟病、類風濕性關(guān)節(jié)炎、其他自身免疫性疾病，以及急性感染和惡性腫瘤等[8-9]。

1.3.3細胞外鐵蛋白作為鐵轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的作用 研究表明，細胞外鐵蛋白可作為向細胞內(nèi)輸送鐵的載體。轉(zhuǎn)鐵蛋白最多可攜帶2個鐵原子，而單個鐵蛋白分子可螯合多達4500個鐵原子，是潛在的非常有效的鐵轉(zhuǎn)運系統(tǒng)[2]。既往研究發(fā)現(xiàn)鐵蛋白可與多種不同細胞進行飽和結(jié)合，且識別了鐵蛋白在人類淋巴細胞表面飽和結(jié)合的位點，并證實該結(jié)合為H鐵蛋白而非L鐵蛋白的特異性結(jié)合[2]。

1.3.4鐵蛋白與腫瘤的關(guān)系 多種惡性腫瘤患者均存在SF升高[10]。某些情況下，循環(huán)系統(tǒng)中鐵蛋白水平增高與鐵蛋白構(gòu)成向富含H鐵蛋白的形態(tài)轉(zhuǎn)變相關(guān)。鐵蛋白和含鐵血黃素釋放的三價鐵被還原為二價鐵，后者在超氧化物和過氧化氫的存在下催化羥自由基形成。羥自由基是一種強氧化劑，可引起脂質(zhì)過氧化、基因突變、DNA雙鏈斷裂、原癌基因激活以及抑癌基因抑制[11]。鐵過載可改變T淋巴細胞亞群的分布，抑制T輔助細胞的功能及巨噬細胞和單核細胞的腫瘤殺傷作用，增加抑制性T細胞的數(shù)量和活性，進而損傷免疫系統(tǒng)對腫瘤細胞的監(jiān)視和殺傷作用[12]。

2 鐵蛋白與肝臟疾病的關(guān)系

2.1與病毒性肝炎的關(guān)系 肝臟能夠合成鐵代謝中的關(guān)鍵蛋白——鐵調(diào)素。鐵調(diào)素與細胞結(jié)合后，會通過內(nèi)吞作用及配體-受體復合物的蛋白水解作用觸發(fā)轉(zhuǎn)鐵蛋白降解，從而減少鐵流入血漿并導致飲食中鐵的吸收受阻[13]。肝臟發(fā)生病毒性肝炎等炎癥時，此過程因肝細胞合成鐵調(diào)素減少而受阻，導致鐵超負荷，從而引起肝臟中鐵沉積和SF水平升 高[14-15]。沉積于肝臟的鐵通過對肝細胞的氧化應激進一步損傷肝臟。

據(jù)統(tǒng)計，慢性乙型肝炎病毒(H B V)感染影響全球約2 億人，并可能導致包括慢性乙型肝炎(CHB)、肝硬化和肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)在內(nèi)的慢性肝病。盡管有疫苗和抗病毒藥物，每年仍有880 000例患者死于HBV相關(guān)肝病[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，與非HBV感染者相比，HBV感染患者血液中可檢測到較高水平的SF和較低水平的血清鐵調(diào)素，其機制可能是由于HBV復制，被破壞的肝細胞釋放鐵蛋白增多，從而加重了肝細胞鐵沉積[17]。

全球有超過1億7千萬人感染丙型肝炎病毒(HCV)，占全球人口的2.8%～3.0%，對全球健康構(gòu)成了沉重的負擔[18]。在慢性HCV感染中，鐵吸收增加，導致肝臟鐵過載而損害肝細胞，釋放出鐵蛋白并最終導致肝纖維化[19]。中國臺灣一項連續(xù)納入738例慢性丙型肝炎患者的研究發(fā)現(xiàn)，40.8%的患者SF水平升高，高SF水平與慢性丙型肝炎患者肝細胞脂肪變性和纖維化密切相關(guān)，SF水平升高是慢性肝病嚴重程度的早期標志[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，SF水平與肝炎相關(guān)肝硬化患者的預后密切相關(guān)，與SF水平較低的患者相比，SF水平升高的肝硬化患者病死率更高[20]。肝炎相關(guān)肝硬化患者的SF水平與肝臟疾病的嚴重程度相關(guān)，且與早期病死率相關(guān)[21]。

2.2與酒精性肝病的關(guān)系 酒精能夠增加人體內(nèi)鐵的吸收，吸收的鐵到達肝臟后發(fā)揮促氧化作用，刺激肝膠原和鐵蛋白合成以及肝星狀細胞活化，從而促進肝纖維化和炎癥的發(fā)生，這種致病機制在理論上支持鐵蛋白作為酒精性肝病過渡到肝硬化的標志，也支持鐵蛋白作為一種反映不良預后的因 素[22]。酒精和鐵對肝細胞的持續(xù)性損傷加劇了酒精性肝病患者的肝損傷程度[23]。有研究發(fā)現(xiàn)，在鐵蛋白升高的酒精性肝病人群中，患者的SF在戒酒期間迅速降低，于戒酒后1～6周達到正常水平，此外，在肝功能和肝纖維化嚴重程度相近的條件下，未戒酒的酒精性肝病患者鐵超負荷顯著高于戒酒患者[24]。

2.3與非酒精性脂肪性肝病的關(guān)系 除酒精性肝病外，非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)、Wilson病及遺傳性血色素沉積癥等其他疾病也可導致肝臟脂肪變性和鐵超負荷。中國一項研究分析了2029名有/無NAFLD的成人，對血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和SF的水平進行l(wèi)ogistic回歸分析，以評估SF與NAFLD和ALT升高的相關(guān)性，結(jié)果表明，在正常體重的中國成人中，SF與NAFLD發(fā)病風險和ALT升高呈正相關(guān)[25]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，4%～65%的NAFLD患者合并高鐵蛋白血癥，肝鐵含量增加可達11%～52%，表明鐵超載與氧化應激、晚期纖維化和存活率降低相關(guān)[26]。體內(nèi)過量的鐵可能參與胰島素抵抗，其機制包括降低碳水化合物的燃燒能力和改變脂肪組織的功能，從而加重NAFLD[2]。

2.4與肝纖維化的關(guān)系 肝纖維化是一種對持續(xù)性肝臟損傷產(chǎn)生過度活躍的修復反應所致的細胞外基質(zhì)過多沉積的病理狀態(tài)，是慢性肝病向肝硬化的進展過程。在一些未經(jīng)治療的慢性肝病如血色素沉積癥、病毒性肝炎、酒精性肝病及NAFLD中經(jīng)常可觀察到肝纖維化[27]。鐵水平升高是上述促纖維化疾病的共同特征，因此，鐵超負荷可能是此類疾病進展的危險因素[28]。過量的鐵會導致產(chǎn)生大量的氧自由基，引起嚴重的細胞和組織損傷，還可在細胞中誘導促纖維化信號，加速肝纖維化進程[29]。肝硬化是臨床常見的慢性進行性肝病，病理特征為廣泛的肝細胞壞死、殘存肝細胞結(jié)節(jié)狀再生以及纖維間隔形成導致假小葉形成，最終肝臟變硬形成肝硬 化[30]。CTP(Child-Turcotte-Pugh)評分已用于預測肝硬化患者的嚴重程度及預后。有研究發(fā)現(xiàn)，高SF水平可能與肝硬化預后不良相關(guān)[13]。肝硬化患者的SF水平與CTP評分存在明顯正相關(guān)關(guān)系，高鐵蛋白血癥患者CTP評分更高。鐵過載可通過誘導促炎性細胞因子的分泌而加重肝細胞炎癥和凋亡，進而加重肝臟損害，SF作為胞質(zhì)蛋白從壞死的肝細胞中漏出進入血管系統(tǒng)，引起高鐵蛋白血癥，因此，SF水平升高與肝硬化的程度及預后相關(guān)[31]。

2.5與HCC的關(guān)系 HCC通?；诼愿尾《l(fā)生，是全球與癌癥相關(guān)死亡的重要原因[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，肝癌患者的SF水平高于健康受試者或其他肝病患者[33]，腫瘤引起的SF水平升高可歸因于兩個方面：一方面，腫瘤相關(guān)巨噬細胞可導致SF的合成增加；另一方面，部分腫瘤組織可直接分泌SF[34]。SF檢測可用于早期肝癌的診斷，鐵水平升高使患者更容易發(fā)生感染，并可誘發(fā)氧化應激，改變免疫系統(tǒng)，以及促進腫瘤細胞的生長。在肝癌預測方面，存在肝臟鐵過載的患者，慢性肝病進展更重、HCC發(fā)病風險更高。有前瞻性隊列研究發(fā)現(xiàn)，男性和女性患者中均存在SF水平與肝癌風險之間的關(guān)聯(lián)，在甲胎蛋白值低的患者中尤為明顯。甲胎蛋白是診斷肝癌公認的腫瘤標志物，但其對肝癌的預測準確率并不高，有研究發(fā)現(xiàn)，將SF納入甲胎蛋白預測模型后，預測肝癌的準確率顯著增高[33]。術(shù)前SF是接受根治性肝切除術(shù)的肝癌患者術(shù)后生存率的重要獨立預測因素，SF預測肝癌術(shù)后生存率的最佳臨界值為267 ng/ml，術(shù)前SF水平升高提示患者的預后較 差[34]。韓國的一項研究發(fā)現(xiàn)，晚期肝癌患者的SF水平增高與不良生存結(jié)局明顯相關(guān)，在接受相同治療的情況下，SF較高的患者中位生存期較短，表明SF在預測晚期肝癌患者的生存預后中具有重要作 用[35]。因此，可通過SF識別可能預后不良的患者，以便在術(shù)前進行相應的個體化治療。SF是一種臨床上可通過非侵襲性手段獲取的生物標志物，因而也適用于隨訪過程中的實時檢測和重復監(jiān)測[36]。

2.6與肝移植的關(guān)系 肝移植常作為不可逆肝損傷的最終治療選擇，目前主要通過終末期肝病模型評分(model for end-stage liver disease，MELD)評估需求，預測不同肝臟疾病的3個月病死率，以及決定肝臟供體分配的優(yōu)先級。MELD包括國際標準化比值(international normalized ratio，INR)、血清肌酐和血清膽紅素等指標，高MELD評分提示病死率和并發(fā)癥發(fā)生率更高，即更換器官的需求更加迫切。為更好地改善MELD評分分配的準確性，研究者開始關(guān)注SF與肝移植術(shù)后存活率的關(guān)系[37]。一項使用365 μg/L作為臨界值將328例肝移植患者分為低SF組與高SF組的研究發(fā)現(xiàn)，高SF組患者的3年、5年生存率降低，總生存期顯著縮短，提示肝移植術(shù)前SF水平升高預示肝移植術(shù)后病死率增高，SF可作為肝移植術(shù)后生存的獨立預測因素[38]。

肝移植術(shù)中缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IRI)可影響術(shù)后多種器官的功能，因此，準確判定IRI的嚴重程度對預測術(shù)后其他器官的損傷程度十分必要。研究發(fā)現(xiàn)，供體高SF水平與受體IRI風險呈正相關(guān)，且SF的檢測具有微創(chuàng)、簡便和經(jīng)濟的優(yōu)勢，有利于評估IRI的嚴重程度[39]。此外，有研究表明，術(shù)中SF的峰值與術(shù)中急性肺損傷、術(shù)后早期感染以及ICU停留時間存在正相關(guān)關(guān)系[40]。

3 總結(jié)與展望

雖然現(xiàn)有研究越來越多地關(guān)注鐵蛋白變化與肝臟疾病的關(guān)系，但到目前為止，各研究中使用的鐵蛋白過高/過低閾值不盡相同，阻礙了對不同研究結(jié)果的一致性分析。未來研究應針對不同基礎(chǔ)疾病人群進行分層分析，進一步明確鐵蛋白變化與肝臟疾病的關(guān)系，且亟需研究和制定鐵蛋白參數(shù)的統(tǒng)一標準，以更好地闡明鐵蛋白變化所反映的機體內(nèi)鐵狀態(tài)。鐵穩(wěn)態(tài)對維持人體的正常功能至關(guān)重要。肝臟通過產(chǎn)生鐵調(diào)素在鐵水平的調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用，慢性肝病患者常因產(chǎn)生的鐵調(diào)素較少而導致鐵超負荷。根據(jù)與轉(zhuǎn)鐵蛋白相互作用的鐵調(diào)素結(jié)構(gòu)域設計合成的迷你鐵調(diào)素不僅可發(fā)揮降解轉(zhuǎn)鐵蛋白、減少鐵流入血漿、阻止鐵吸收的作用，還可避免天然鐵調(diào)素價格昂貴、吸收率低、半衰期短等問題。未來研究可側(cè)重于迷你鐵調(diào)素的臨床研究及操縱各種代謝途徑來增加鐵調(diào)素的內(nèi)源性生成。