鐵調節蛋白與白細胞介素6在鐵代謝中的研究進展

張亞平，李 姣(綜述)，史 敏*(審校)

(1.河北醫科大學第二醫院輸血科，河北 石家莊 050000；2.河北醫科大學第二醫院檢驗科，河北 石家莊 050000)

鐵是機體必需的微量元素，主要儲存在肝臟、脾臟及骨髓，參與機體的生物代謝、肌紅蛋白合成、血紅蛋白合成，還參與細胞的呼吸、各種酶的合成以及生物氧化過程中的電子轉運等，對于細胞保持穩定性有重要作用。機體鐵代謝的異常可引發多種疾病，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，若鐵負荷過重可能會引起肝臟疾病、心臟疾病、糖尿病等疾病。近些年研究發現存在一種調節鐵代謝的蛋白，即鐵調素，又稱鐵調節蛋白(hepatic bactericidal protein，hepcidin)。Hepcidin是由肝臟合成的具有豐富二硫鍵的多肽，主要作用是調節哺乳動物全身鐵代謝。Hepcidin在肝臟中高表達，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的誘導依賴白細胞介素6(interleukin-6，IL-6)，在各種炎癥和感染中IL-6對hepcidin調節起到關鍵的作用[2]。

1 鐵代謝

人體造血每天需要鐵超過20 mg，大多來自巨噬細胞從衰老紅細胞中吞噬回收的鐵，少部分來源于膳食中的鐵(僅占1～2 mg)。紅細胞的生成過程中需要轉鐵蛋白(transferrin，TRf)結合鐵，鐵缺乏會導致貧血。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]，進行鐵的攝取、轉運和跨膜入血液循環三個過程，非血紅素鐵中的高價鐵(Fe3+)由小腸細胞的細胞色素b還原成低價鐵(Fe2+)，而后Fe2+在二價金屬離子轉運蛋白1(divalent metal transporter 1，DMT1)的介導作用下進入到小腸上皮細胞[4]。血紅素鐵在血紅素轉運體的介導下以金屬卟啉的形式完整地進入腸黏膜上皮細胞，在血色素氧化酶的作用下胞漿中卟啉環打開并釋放Fe2+，被膜鐵轉運輔助蛋白則氧化為Fe3+，之后在膜鐵轉運蛋白1(ferroportin1，FPN1)的介導下進入血液循環，到達各個組織與TRf結合，當遇到具有轉鐵蛋白受體(transferrin receptor，TfR)的巨噬細胞和肝細胞時，則會被吸收并貯存起來[5-6]。當機體需要造血時，肝細胞釋放鐵通過血液循環進入骨髓參與造血，而巨噬細胞則會吞噬衰老的紅細胞回收鐵。

鐵代謝中沒有可以調節的排泄途徑，主要通過腸細胞脫落排出體外，按成人計算男性每天排出約1 mg，女性每天排出約2 mg。近幾年的研究表明，hepcidin是體內鐵儲存和穩態的主要生理調節，其調節鐵代謝的功能越來越引起關注[7]。

2 Hepcidin

Hepcidin游離在血漿中，經過腎臟過濾排入尿液，具有抵抗細菌和真菌的生物特性[8]。人體的hepcidin基因位于第19號染色體，小鼠的hepcidin基因位于第7號染色體，2者都含有3個外顯子和2個內含子，均由第3個外顯子編碼氨基酸序列。不同生物物種間hepcidin的蛋白結構是高度保守的，都含有豐富的賴氨酸、精氨酸等氨基酸殘基，可調節hepcidin調節鐵的組織分布、吸收、積累、血漿中的含量、以及紅細胞生成的需求和炎癥反應[9]。

觀察hepcidin基因敲除后鐵蓄積小鼠骨代謝試驗證實此基因敲除后hepcidin表達受到抑制，血清鐵水平升高導致鐵蓄積[10]。另有研究證實hepcidin基因條件性過表達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重，hepcidin基因消除明顯改善貧血狀態[12]。Ribeiro等[13]研究表明通過抑制hepcidin的合成，有利于鐵的吸收和紅細胞的生成。Honda等[14]證實血液透析患者激素Erythroferrone(ERFE)與鐵蛋白和hepcidin水平均呈負相關，與TfR呈正相關，紅細胞生成刺激劑可增加ERFE并抑制hepcidin。

Hepcidin的主要作用是誘導細胞膜上FPN1的表達與調控，通過降低FPN1的表達并促進其內化和分解，抑制鐵向細胞外的釋放。Hepcidin還可調節膳食中由十二指腸吸收的鐵和衰老紅細胞由巨噬細胞吸收的鐵，從而減少細胞表面的鐵由細胞內釋放到細胞外。Hepcidin抑制腸道鐵吸收的途徑主要是通過抑制DMT1的轉錄，對巨噬細胞通過結合TRf及TRf復合物達到內化、降解、抑制鐵的釋放。

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

炎癥過程中，肝臟BMP-SMAD通路也需要JAK2/STAT3信號通路的配合以實現hepcidin的完全激活，可通過藥物控制BMP-SMAD通路增加或抑制hepcidin的表達，進而改善機體鐵超載或鐵缺乏狀況[16]。

3 Hepcidin與IL-6

研究表明機體內肝臟hepcidin的表達有2條調節途徑：骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)途徑[17]和JAK2/STAT3途徑。在肝細胞膜上IL-6與IL-6受體結合后形成受體配體復合物，此復合物進一步激活JAK2/STAT3途徑，增加hepcidin的基因表達。其余炎癥因子如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1等被認為是通過先升高IL-6，后再作用于JAK2/STAT3，從而增加hepcidin表達[18-19]。

炎癥、感染和惡性腫瘤等發生時，機體內的血清鐵顯著減少，hepcidin表達增加。細菌和病毒等引起的炎癥可被宿主的識別受體識別，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胞抑制鐵蛋白轉錄，降低血清鐵，TLR4和TLR7/8通過轉錄和翻譯誘導hepcidin增加而限制巨噬細胞內的血清鐵水平，但并不改變鐵蛋白的表達；TLR3、TLR5、TLR9既不能誘導hepcidin增加，也不能降低人巨噬細胞中的鐵蛋白表達。

感染過程中hepcidin表達主要依賴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，結果顯示與對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均呈負相關，血漿IL-6與hepcidin呈正相關，表明敗血癥患者IL-6的增加可誘導hepcidin的水平增加，hepcidin有較高的特異性，是控制炎癥相關性貧血的重要因子。炎癥與鐵代謝的相互作用可能干擾其他相關炎癥因子，使敗血癥患者的鐵代謝復雜化[22]。

Li等[23]研究表明，檸檬酸鐵銨通過IL-6/STAT3途徑誘導hepcidin的表達。IL-6調節hepcicin表達主要在肝臟中進行，通過STAT3信號轉導通路與受體細胞相互作用。

4 Hepcidin與鐵代謝

鐵對于大多數微生物及其宿主來說均是必須的微量元素，機體感染期間抵御病原體的多種作用機制也需要鐵的參與[24]。炎癥發生時IL-6和其他炎性因子誘導hepcidin增多[25]，進而導致腸細胞、巨噬細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的作用機制受到限制[26]。大腸桿菌是敗血癥患者的血液中分離出來的最常見的病原體，Stefanova等[27]研究表明遺傳性和醫源性鐵超載均會提高小鼠因感染大腸桿菌敗血癥的死亡率，表明hepcidin缺乏和相關性鐵超載促進了機體組織的細菌感染和傳播。

Hepcidin是一種對抗病原體感染的免疫反應的重要組成部分，通過2種重要途徑發揮作用：一是通過控制機體鐵含量預防局部感染引起的一系列炎癥反應，同時因感染導致hepcidin的含量增加數倍；二是血漿中鐵消耗被hepcidin抑制。Stefanova等[27]利用鐵的消耗實驗證明hepcidin的殺菌作用是通過限制鐵的消耗而不是直接作用于病原菌，在感染和驗證期間，血漿中hepcidin濃度顯著增加，導致巨噬細胞和腸細胞中鐵濃度下降。

5 Hepcidin與貧血

慢性病貧血是臨床常見的貧血類型，是由許多慢性疾病如感染(艾滋病、肺結核、腸炎、敗血癥等)、風濕性疾病、多發性骨髓瘤、腫瘤等引起的一種繼發性貧血，目前發病機制尚不清楚。慢性病貧血典型臨床特征為正細胞正色素性貧血、血清鐵降低、鐵蛋白正常或增高，網狀內皮細胞系統鐵滯留及機體對促紅細胞生成素反應遲鈍是導致貧血的主要因素。Hepcidin可能與慢性病貧血鐵代謝異常有關，慢性病炎癥發生后，hepcidin表達增加，IL-6水平明顯增加，當特異性阻斷IL-6后炎癥對鐵調素的誘導效應消失，意味著IL-6參與了炎癥對鐵調素的上調作用。研究顯示慢性病貧血患者hepcidin顯著升高，其水平與IL-6的水平具有正相關性。JAK2/STAT3信號通路可介導IL-6對hepcidin的調節，但此過程亦受BMP/SMAD信號通路影響，表明各個信號通路都是相關的，在JAK2/STAT3途徑中，hepcidin信號分子的作用機制需要進一步深入研究。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hepcidin與鐵的代謝直接相關，不同貧血類型血清中hepcidin水平表達不同[28-29]。

目前治療貧血主要是應用鐵劑或者激素，手段單一且盲目性大，效果也不佳,靜脈補鐵效果較好但應用不當會導致嚴重的不良反應，如鐵超載、缺氧等[30]。檢測血清中hepcidin水平有利于輔助鑒別貧血類型，了解患者病情，指導患者用藥。Hepcidin會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量。