鐵調(diào)節(jié)蛋白與白細(xì)胞介素6在鐵代謝中的研究進(jìn)展

張亞平，李 姣(綜述)，史 敏*(審校)

(1.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院輸血科，河北 石家莊 050000；2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院檢驗(yàn)科，河北 石家莊 050000)

鐵是機(jī)體必需的微量元素，主要儲(chǔ)存在肝臟、脾臟及骨髓，參與機(jī)體的生物代謝、肌紅蛋白合成、血紅蛋白合成，還參與細(xì)胞的呼吸、各種酶的合成以及生物氧化過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)運(yùn)等，對(duì)于細(xì)胞保持穩(wěn)定性有重要作用。機(jī)體鐵代謝的異常可引發(fā)多種疾病，如因鐵缺乏引起的免疫力下降、缺鐵性貧血、生育障礙等癥狀，若鐵負(fù)荷過(guò)重可能會(huì)引起肝臟疾病、心臟疾病、糖尿病等疾病。近些年研究發(fā)現(xiàn)存在一種調(diào)節(jié)鐵代謝的蛋白，即鐵調(diào)素，又稱鐵調(diào)節(jié)蛋白(hepatic bactericidal protein，hepcidin)。Hepcidin是由肝臟合成的具有豐富二硫鍵的多肽，主要作用是調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物全身鐵代謝。Hepcidin在肝臟中高表達(dá)，這可能是許多貧血包括炎癥和慢性病貧血的根本原因[1]，而hepcidin的誘導(dǎo)依賴白細(xì)胞介素6(interleukin-6，IL-6)，在各種炎癥和感染中IL-6對(duì)hepcidin調(diào)節(jié)起到關(guān)鍵的作用[2]。

1 鐵代謝

人體造血每天需要鐵超過(guò)20 mg，大多來(lái)自巨噬細(xì)胞從衰老紅細(xì)胞中吞噬回收的鐵，少部分來(lái)源于膳食中的鐵(僅占1～2 mg)。紅細(xì)胞的生成過(guò)程中需要轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin，TRf)結(jié)合鐵，鐵缺乏會(huì)導(dǎo)致貧血。小腸作為鐵吸收的唯一部位，主要由十二指腸和空腸上段吸收鐵[3]，進(jìn)行鐵的攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)和跨膜入血液循環(huán)三個(gè)過(guò)程，非血紅素鐵中的高價(jià)鐵(Fe3+)由小腸細(xì)胞的細(xì)胞色素b還原成低價(jià)鐵(Fe2+)，而后Fe2+在二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(divalent metal transporter 1，DMT1)的介導(dǎo)作用下進(jìn)入到小腸上皮細(xì)胞[4]。血紅素鐵在血紅素轉(zhuǎn)運(yùn)體的介導(dǎo)下以金屬卟啉的形式完整地進(jìn)入腸黏膜上皮細(xì)胞，在血色素氧化酶的作用下胞漿中卟啉環(huán)打開并釋放Fe2+，被膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)輔助蛋白則氧化為Fe3+，之后在膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(ferroportin1，F(xiàn)PN1)的介導(dǎo)下進(jìn)入血液循環(huán)，到達(dá)各個(gè)組織與TRf結(jié)合，當(dāng)遇到具有轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(transferrin receptor，TfR)的巨噬細(xì)胞和肝細(xì)胞時(shí)，則會(huì)被吸收并貯存起來(lái)[5-6]。當(dāng)機(jī)體需要造血時(shí)，肝細(xì)胞釋放鐵通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入骨髓參與造血，而巨噬細(xì)胞則會(huì)吞噬衰老的紅細(xì)胞回收鐵。

鐵代謝中沒(méi)有可以調(diào)節(jié)的排泄途徑，主要通過(guò)腸細(xì)胞脫落排出體外，按成人計(jì)算男性每天排出約1 mg，女性每天排出約2 mg。近幾年的研究表明，hepcidin是體內(nèi)鐵儲(chǔ)存和穩(wěn)態(tài)的主要生理調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)鐵代謝的功能越來(lái)越引起關(guān)注[7]。

2 Hepcidin

Hepcidin游離在血漿中，經(jīng)過(guò)腎臟過(guò)濾排入尿液，具有抵抗細(xì)菌和真菌的生物特性[8]。人體的hepcidin基因位于第19號(hào)染色體，小鼠的hepcidin基因位于第7號(hào)染色體，2者都含有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，均由第3個(gè)外顯子編碼氨基酸序列。不同生物物種間hepcidin的蛋白結(jié)構(gòu)是高度保守的，都含有豐富的賴氨酸、精氨酸等氨基酸殘基，可調(diào)節(jié)hepcidin調(diào)節(jié)鐵的組織分布、吸收、積累、血漿中的含量、以及紅細(xì)胞生成的需求和炎癥反應(yīng)[9]。

觀察hepcidin基因敲除后鐵蓄積小鼠骨代謝試驗(yàn)證實(shí)此基因敲除后hepcidin表達(dá)受到抑制，血清鐵水平升高導(dǎo)致鐵蓄積[10]。另有研究證實(shí)hepcidin基因條件性過(guò)表達(dá)后小鼠血清鐵蛋白降低[11]。

慢性腎臟疾病患者血hepcidin處于較高的水平，研究表明相同的慢性腎病小鼠與hepcidin基因敲除的慢性腎病小鼠相比貧血更加嚴(yán)重，hepcidin基因消除明顯改善貧血狀態(tài)[12]。Ribeiro等[13]研究表明通過(guò)抑制hepcidin的合成，有利于鐵的吸收和紅細(xì)胞的生成。Honda等[14]證實(shí)血液透析患者激素Erythroferrone(ERFE)與鐵蛋白和hepcidin水平均呈負(fù)相關(guān)，與TfR呈正相關(guān)，紅細(xì)胞生成刺激劑可增加ERFE并抑制hepcidin。

Hepcidin的主要作用是誘導(dǎo)細(xì)胞膜上FPN1的表達(dá)與調(diào)控，通過(guò)降低FPN1的表達(dá)并促進(jìn)其內(nèi)化和分解，抑制鐵向細(xì)胞外的釋放。Hepcidin還可調(diào)節(jié)膳食中由十二指腸吸收的鐵和衰老紅細(xì)胞由巨噬細(xì)胞吸收的鐵，從而減少細(xì)胞表面的鐵由細(xì)胞內(nèi)釋放到細(xì)胞外。Hepcidin抑制腸道鐵吸收的途徑主要是通過(guò)抑制DMT1的轉(zhuǎn)錄，對(duì)巨噬細(xì)胞通過(guò)結(jié)合TRf及TRf復(fù)合物達(dá)到內(nèi)化、降解、抑制鐵的釋放。

Hepcidin在各種感染中可被誘導(dǎo)，Chen等[15]利用小鼠模型和離體的人類肝細(xì)胞模型分析hepcidin在病原體及其相關(guān)分子導(dǎo)致感染或炎癥時(shí)的變化研究表明，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)增加了hepcidin mRNA的表達(dá)，炎癥或感染的情況下hepcidin的表達(dá)增加，鐵吸收和釋放均減少，血清鐵濃度下降，導(dǎo)致慢性貧血或炎癥性貧血。

炎癥過(guò)程中，肝臟BMP-SMAD通路也需要JAK2/STAT3信號(hào)通路的配合以實(shí)現(xiàn)hepcidin的完全激活，可通過(guò)藥物控制BMP-SMAD通路增加或抑制hepcidin的表達(dá)，進(jìn)而改善機(jī)體鐵超載或鐵缺乏狀況[16]。

3 Hepcidin與IL-6

研究表明機(jī)體內(nèi)肝臟hepcidin的表達(dá)有2條調(diào)節(jié)途徑：骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)途徑[17]和JAK2/STAT3途徑。在肝細(xì)胞膜上IL-6與IL-6受體結(jié)合后形成受體配體復(fù)合物，此復(fù)合物進(jìn)一步激活JAK2/STAT3途徑，增加hepcidin的基因表達(dá)。其余炎癥因子如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1等被認(rèn)為是通過(guò)先升高IL-6，后再作用于JAK2/STAT3，從而增加hepcidin表達(dá)[18-19]。

炎癥、感染和惡性腫瘤等發(fā)生時(shí)，機(jī)體內(nèi)的血清鐵顯著減少，hepcidin表達(dá)增加。細(xì)菌和病毒等引起的炎癥可被宿主的識(shí)別受體識(shí)別，如Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs) 。Abreu等[20]研究表明TLR2、TLR6、TLR1/2激活后作用于巨噬細(xì)胞抑制鐵蛋白轉(zhuǎn)錄，降低血清鐵，TLR4和TLR7/8通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯誘導(dǎo)hepcidin增加而限制巨噬細(xì)胞內(nèi)的血清鐵水平，但并不改變鐵蛋白的表達(dá)；TLR3、TLR5、TLR9既不能誘導(dǎo)hepcidin增加，也不能降低人巨噬細(xì)胞中的鐵蛋白表達(dá)。

感染過(guò)程中hepcidin表達(dá)主要依賴IL-6，Jiang等[21]研究，觀察感染敗血癥患者在ICU住院期間28 d的存活情況，結(jié)果顯示與對(duì)照組相比敗血癥患者在1，3和7 d血紅蛋白、血清鐵和TRf顯著減少，血漿hepcidin、IL-6、鐵蛋白顯著增加，血紅蛋白與血漿hepcidin、IL-6均呈負(fù)相關(guān)，血漿IL-6與hepcidin呈正相關(guān)，表明敗血癥患者IL-6的增加可誘導(dǎo)hepcidin的水平增加，hepcidin有較高的特異性，是控制炎癥相關(guān)性貧血的重要因子。炎癥與鐵代謝的相互作用可能干擾其他相關(guān)炎癥因子，使敗血癥患者的鐵代謝復(fù)雜化[22]。

Li等[23]研究表明，檸檬酸鐵銨通過(guò)IL-6/STAT3途徑誘導(dǎo)hepcidin的表達(dá)。IL-6調(diào)節(jié)hepcicin表達(dá)主要在肝臟中進(jìn)行，通過(guò)STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與受體細(xì)胞相互作用。

4 Hepcidin與鐵代謝

鐵對(duì)于大多數(shù)微生物及其宿主來(lái)說(shuō)均是必須的微量元素，機(jī)體感染期間抵御病原體的多種作用機(jī)制也需要鐵的參與[24]。炎癥發(fā)生時(shí)IL-6和其他炎性因子誘導(dǎo)hepcidin增多[25]，進(jìn)而導(dǎo)致腸細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血漿中鐵的含量迅速下降；另一方面，病原體從多種途徑獲取吸收鐵，使TfR的作用機(jī)制受到限制[26]。大腸桿菌是敗血癥患者的血液中分離出來(lái)的最常見(jiàn)的病原體，Stefanova等[27]研究表明遺傳性和醫(yī)源性鐵超載均會(huì)提高小鼠因感染大腸桿菌敗血癥的死亡率，表明hepcidin缺乏和相關(guān)性鐵超載促進(jìn)了機(jī)體組織的細(xì)菌感染和傳播。

Hepcidin是一種對(duì)抗病原體感染的免疫反應(yīng)的重要組成部分，通過(guò)2種重要途徑發(fā)揮作用：一是通過(guò)控制機(jī)體鐵含量預(yù)防局部感染引起的一系列炎癥反應(yīng)，同時(shí)因感染導(dǎo)致hepcidin的含量增加數(shù)倍；二是血漿中鐵消耗被hepcidin抑制。Stefanova等[27]利用鐵的消耗實(shí)驗(yàn)證明hepcidin的殺菌作用是通過(guò)限制鐵的消耗而不是直接作用于病原菌，在感染和驗(yàn)證期間，血漿中hepcidin濃度顯著增加，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞和腸細(xì)胞中鐵濃度下降。

5 Hepcidin與貧血

慢性病貧血是臨床常見(jiàn)的貧血類型，是由許多慢性疾病如感染(艾滋病、肺結(jié)核、腸炎、敗血癥等)、風(fēng)濕性疾病、多發(fā)性骨髓瘤、腫瘤等引起的一種繼發(fā)性貧血，目前發(fā)病機(jī)制尚不清楚。慢性病貧血典型臨床特征為正細(xì)胞正色素性貧血、血清鐵降低、鐵蛋白正?；蛟龈撸W(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞系統(tǒng)鐵滯留及機(jī)體對(duì)促紅細(xì)胞生成素反應(yīng)遲鈍是導(dǎo)致貧血的主要因素。Hepcidin可能與慢性病貧血鐵代謝異常有關(guān)，慢性病炎癥發(fā)生后，hepcidin表達(dá)增加，IL-6水平明顯增加，當(dāng)特異性阻斷IL-6后炎癥對(duì)鐵調(diào)素的誘導(dǎo)效應(yīng)消失，意味著IL-6參與了炎癥對(duì)鐵調(diào)素的上調(diào)作用。研究顯示慢性病貧血患者h(yuǎn)epcidin顯著升高，其水平與IL-6的水平具有正相關(guān)性。JAK2/STAT3信號(hào)通路可介導(dǎo)IL-6對(duì)hepcidin的調(diào)節(jié)，但此過(guò)程亦受BMP/SMAD信號(hào)通路影響，表明各個(gè)信號(hào)通路都是相關(guān)的，在JAK2/STAT3途徑中，hepcidin信號(hào)分子的作用機(jī)制需要進(jìn)一步深入研究。研究表明缺鐵性貧血患者血清中hepcidin的含量顯著降低，而慢性病貧血患者顯著升高，證實(shí)hepcidin與鐵的代謝直接相關(guān)，不同貧血類型血清中hepcidin水平表達(dá)不同[28-29]。

目前治療貧血主要是應(yīng)用鐵劑或者激素，手段單一且盲目性大，效果也不佳,靜脈補(bǔ)鐵效果較好但應(yīng)用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)，如鐵超載、缺氧等[30]。檢測(cè)血清中hepcidin水平有利于輔助鑒別貧血類型，了解患者病情，指導(dǎo)患者用藥。Hepcidin會(huì)成為治療貧血的重要因子，為異常鐵代謝治療提供新的思路和方法，提高貧血患者的生活質(zhì)量。