嚴震文(綜述)，葉志斌(審校)

(復旦大學附屬華東醫(yī)院腎內(nèi)科，上海200040)

慢性腎衰竭患者普遍存在腎性貧血，主要與促紅細胞生成素(erythropietin，EPO)生成不足有關。目前EPO已成為慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)患者整體治療的重要組成部分，然而部分患者存在EPO低反應現(xiàn)象。以往認為鐵缺乏和慢性炎癥是導致外源性EPO反應減弱的兩個常見原因，但常規(guī)補鐵的效果和傳統(tǒng)反應鐵缺乏的標志物并不能完全解釋這種現(xiàn)象。近年來，國外學者發(fā)現(xiàn)幾種新的鐵轉運和鐵調節(jié)蛋白，尤其是hepcidin，極大地豐富了人們對機體鐵代謝分子調控的認識。hepcidin在CKD特定人群中的研究近年來已有報道。hepcidin可能成為評價CKD患者鐵狀態(tài)的重要生物標志物［1］。

1 hepcidin的一般結構

hepcidin是一種主要由肝細胞產(chǎn)生和分泌的小分子肽，富含半胱氨酸。2000年，Krause等［2］首先從人血液中分離純化了這種抗菌多肽，2001年Park等［3］從人尿液中也分離出這一多肽，并將其命名為hepcidin。在肝臟中合成的早期多肽由84個氨基酸殘基組成，多肽N端含有一段信號肽，酶切去除其24個氨基酸殘基的信號肽后，形成含有60個氨基酸殘基組成的前體肽而轉運進入血液中，再通過前肽轉化酶酶切形成具有生物活性的小分子多肽hepcidin。成熟的hepcidin分子有3種，分別為25個氨基酸(Hepc 25)、22個氨基酸(Hepc 22)和20個氨基酸小肽(Hepc 20)，其中 Hepc 25是主要存在形式。目前發(fā)現(xiàn)，hepcidin的表達除了主要在肝臟外，腎臟、心臟、骨骼和腦也有極少表達。Kulaksiz等［4］發(fā)現(xiàn)人類腎小管和集合管上皮細胞能分泌這種固有多肽，腎臟參與hepcidin的濾過排泄。

2 hepcidin與鐵代謝

一些動物實驗和人體研究已揭示，hepcidin在調節(jié)機體鐵代謝平衡中起關鍵性的作用。Pigeon等［5］首先發(fā)現(xiàn)hepcidin與鐵代謝之間的聯(lián)系，采用高鐵飲食喂養(yǎng)或胃腸外途徑給鐵，造成小鼠鐵負荷增多，小鼠肝細胞hepcidin mRNA表達水平顯著上調近10倍，并與鐵劑累積劑量呈正相關。研究結果提示，飲食中的鐵和機體鐵負荷增多可誘導hepcidin mRNA表達。隨后，Nicolas等［6］發(fā)現(xiàn)肝臟缺乏 hepcidin mRNA表達的鼠形成了嚴重的組織鐵超負荷?；谶@兩個研究，Nicolas等提出的hepcidin是鐵轉運中表明鐵狀態(tài)的一個信號分子。

成年人每天大約需要20 mg的鐵元素，體內(nèi)大部分鐵來自單核吞噬細胞系統(tǒng)的巨噬細胞對衰老紅細胞的重新利用，只有1～2 mg是十二指腸上皮細胞從食物中吸收的鐵。在人體，小腸是吸收鐵的唯一部位，肝臟和單核吞噬細胞系統(tǒng)是鐵貯存的主要部位，骨髓則是利用鐵的主要部位。hepcidin作為一種激素樣的多肽物質，通過與鐵輸出載體，即膜鐵轉運蛋白相互作用而在鐵的吸收、利用和貯存等不同鐵池間進行信號傳遞［7］。Fleming等［8］發(fā)現(xiàn)hepcidin 表達增加可出現(xiàn)循環(huán)鐵降低，腸道鐵吸收減少，單核吞噬細胞單核巨噬細胞內(nèi)鐵增加，推測hepcidin直接抑制貯存鐵從單核吞噬細胞單核巨噬細胞的釋放，而低水平的hepcidin加快鐵從單核巨噬細胞的釋放。hepcidin持續(xù)高水平最終將導致紅細胞生成可獲取鐵量的減少，引起貧血。反之，hepcidin表達減少會導致十二指腸鐵吸收失調節(jié)和鐵超負荷，表明肝細胞hepcidin與腸道鐵轉運分子表達水平呈負相關。hepcidin作為一種鐵調節(jié)激素，其表達除了受飲食鐵水平、機體鐵狀況影響外，炎癥、慢性感染、缺氧以及骨髓對紅細胞生成信號的反應也影響hepcidin的調節(jié)與表達［9］。

3 hepcidin在CKD患者中的表達

hepcidin在CKD患者中的表達水平研究得益于血液檢測方法的進步。測定有活性的hepcidin 25需要克服技術上的困難，比如相對分子質量小，抗原獲得有限，因此近些年才有報道應用質譜分析測定hepcidin 25。最初量化具有生物活性的hepcidin水平采取的是非CKD患者的尿液。雖然這些來自尿液的研究數(shù)據(jù)能反映hepcidin作為鐵調節(jié)多肽的水平，而且血液和尿液中的含量密切相關，但是尿液hepcidin含量與腎小球濾過率和小管重吸收有關，并在腎組織中已檢測到hepcidin mRNA，表明腎臟參與了hepcidin代謝［10］。隨著CKD患者腎小球濾過率的下降，殘余腎功能的喪失，尤其是許多無尿的CKD患者，尿液測定有一定限制，因此文獻報道的關于CKD研究很多是通過測定血液中hepcidin前體肽(prohepcidin)完成的。Taes等［11］2004年報道 CKD患者中hepcidin前體肽升高，與腎小球濾過率呈負相關;CKD和非CKD患者中前體肽與鐵、炎癥參數(shù)無相關性。這種結果可能的解釋是前體肽只是無生物活性的代謝中間物，而且現(xiàn)在看來，前體肽水平并非完全映照有活性的hepcidin水平。hepcidin在CKD患者中的生物學作用不能完全通過測定前體肽來解釋，故仍值得探索。Tomosugi等［12］應用蛋白芯片體系技術半定量血清hepcidin 25，觀察到血液透析患者與正常人比較，其含量增加2～3倍，hepcidin 25的水平和血清鐵、炎癥標志物白細胞介素6(interleukin-6，IL-6)相關。與正常鐵蛋白的患者比較，高鐵蛋白組hepcidin 25水平增高，提示慢性腎功能不全時，hepcidin會積聚，含量甚至超過β2微球蛋白20～30倍。Ashby等［13］應用放射免疫法測定成人CKD 2～4期和血液透析患者血清hepcidin濃度，發(fā)現(xiàn)CKD各組含量增加，血透組水平顯著升高。因此，腎小球濾過率對體內(nèi)hepcidin含量產(chǎn)生一定影響，也可能是hepcidin清除減少的理論依據(jù)。殘余腎功能和不同透析方式對hepcidin清除究竟有多大影響，尚待進一步研究，但保護透析患者的殘腎功能顯然有助于控制過高的血清hepcidin水平。

4 hepcidin與CKD相關研究

許多實驗動物研究已證實hepcidin在鐵代謝中的作用。缺鐵飲食、貧血狀態(tài)、低氧促使肝細胞合成hepcidin減少;而急慢性炎癥促使hepcidin合成增加，即基因編碼的hepcidin受炎癥調節(jié)［14］。CKD患者即使沒有明確的感染，仍普遍存在慢性炎癥狀態(tài)，這可能與導致CKD的基礎病因、感染發(fā)生率增加、廣泛存在的動脈粥樣硬化以及前炎性因子增多等有關。由于腎臟清除率的下降會直接或間接涉及炎癥，因此，隨著腎功能的惡化，可能加劇機體的炎性反應，與腎臟清除率呈負相關的炎性因子C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)、IL-6水平升高，故大部分CKD患者CRP升高。一般認為透析過程無論是血液透析還是腹膜透析均使患者暴露于炎癥的機會增多，特別血液透析患者透析液中含微量內(nèi)毒素，透析膜生物相容性差，交叉感染等刺激促進炎性反應。多年前研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)中的單核細胞和透析膜接觸后，會產(chǎn)生前炎性細胞因子，包括IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子α和單核細胞趨化因子。這些細胞因子的水平和EPO劑量呈線性正相關，以后又發(fā)現(xiàn)IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子α與hepcidin上調有聯(lián)系。肝臟hepcidin基因表達受到兩種途徑調控［15］，一是，依賴內(nèi)鐵的含量及肝細胞表面通過骨形態(tài)基因蛋白受體復合物接受的信號。這個信號復合物也包括hepcidin調節(jié)蛋白等蛋白質，如果這種蛋白質發(fā)生突變，在人類就會導致鐵過載綜合征。二是，與IL-6介導的炎癥信號通路有關。Theurl等［16］發(fā)現(xiàn)小鼠和人單核細胞能產(chǎn)生hepcidin，而IL-6和脂多糖能上調單核細胞中hepcidin水平，也可以通過自分泌方式下調膜鐵轉運蛋白表達，從而抑制鐵從貯存細胞中釋放，此進一步闡明了炎癥與hepcidin的關聯(lián)性，炎癥促進hepcidin表達，也不難理解CKD患者hepcidin mRNA表達上調。Malyszko等［17］證實CKD中炎癥促進hepcidin表達。

腎性貧血應用EPO治療時，應包括鐵狀態(tài)的評估，以及是否需要持續(xù)補鐵。特別是血液透析患者常處在慢性炎癥狀態(tài)，正常鐵代謝受到干擾，易出現(xiàn)低鐵血癥。與慢性炎癥性貧血相似，其實驗室特點是低血清鐵、低轉鐵蛋白飽和度以及正?；蛏叩蔫F蛋白，即貯存鐵可能是適當?shù)?，但可利用鐵不足，這是傳統(tǒng)功能性鐵缺乏的含義。然而應注意的是，大部分的鐵代謝生物標志物，如鐵蛋白受到急性相反應影響，鐵蛋白增加有兩部分組成:其一是反應貯存鐵增加，其二是一般炎癥過程的應答。因此，功能性缺鐵的判定在CKD這個特殊人群中受到爭議。常碰到這樣的情況:CKD伴有腎性貧血患者，轉鐵蛋白飽和度＜20%，同時鐵蛋白＞500 μg/L，是否需要繼續(xù)補鐵?補鐵可能是有益的，但如果主要是炎癥造成的單核吞噬細胞對鐵釋放抑制，形成功能性缺鐵，根據(jù)經(jīng)驗持續(xù)補鐵無疑會造成鐵超負荷。DRIVE研究［18］正是一項在鐵蛋白 ＞500 μg/L，轉鐵蛋白飽和度＜20%的血透患者中進行的觀察，隨機分組給予靜脈補鐵和非補鐵治療，結果接受鐵治療的大部分患者EPO需要量下降25%，但隨訪分析顯示，TSAT和鐵蛋白兩項指標均不能預測腸道外補鐵有效，換言之，鐵蛋白和轉鐵蛋白飽和度在評價補鐵是否達標方面，存在局限性。隨著對CKD患者中鐵代謝異常分子水平的研究，發(fā)現(xiàn) hepcidin，尤其是 hepcidin 25氨基酸介導了鐵代謝異常。實驗數(shù)據(jù)顯示［19］，炎癥誘導肝臟hepcidin表達異常發(fā)生在血清轉鐵蛋白飽和度下降之前，而且hepcidin無論在血清還是在尿液中，與慢性炎性貧血患者的鐵蛋白有一定相關性［20］。在大部分的CKD研究中，hepcidin和鐵蛋白有相關性。故有人提出［1，9］hepcidin可以作為 CKD鐵狀態(tài)的重要生物標志物。比如，hepcidin可以幫助區(qū)別單純性鐵缺乏還是伴有單核吞噬細胞組織鐵潴留，前者hepcidin下降，而后者升高。此外，由于高鐵時hepcidin水平升高，如監(jiān)測到這種情況，可以推測有足夠的貯存鐵，警惕過度補鐵的風險。當然，通過hepcidin的測定是否能真正指導補鐵還需要更深入地研究。

hepcidin和EPO之間相互作用是怎樣的，目前還不是很清楚，Nicolas等［21］給 C57BL/6小鼠注射EPO 3 d，用RNA印跡法(Northern blot)分析顯示，注射最后一次EPO 24 h后肝臟hepcidin mRNA轉錄完全消失。同樣，Pinto等［22］報道，離體小鼠肝細胞和人HepG2肝癌細胞株中，EPO介導的肝臟hepcidin基因表達是通過 EPO受體和轉錄因子 C/EBPα(emopamil binding protein gene)介導的。故有人提出EPO一方面可以作為紅細胞生成的刺激因子，另一方面是hepcidin的抑制性因子，推測EPO可能下調hepcidin表達。Ashby等［13］觀察了7例初始接受rhEPO治療者，發(fā)現(xiàn)經(jīng)EPO治療后，hepcidin水平下降。但Kato等［23］對24例血透患者進行分組測定hepcidin水平，rhEPO反應組和低反應組(rhEPO＞9000 U/周)比較，兩組間 hepcidin水平無差異。Dallalio等［24］在體外試驗中發(fā)現(xiàn)，在限定 EPO濃度下，hepcidin通過作用于紅系集落形成單位直接抑制紅細胞生長。因此，hepcidin水平能否預測EPO治療反應，二者間如何相互影響，目前尚有分歧觀點，有待深層次的研究。

綜上所述，hepcidin是體內(nèi)一種重要的鐵調激素，CKD患者特殊的病理生理狀態(tài)導致體內(nèi)hepcidin水平的改變，繼而引起鐵狀態(tài)變化。探索hepcidin調控和作用的分子機制，對于CKD乃至各種鐵代謝疾病的診治都有著潛在的價值。有作者預言［25］，hepcidin單克隆抗體可能作為CKD的一項治療措施，通過降低hepcidin水平或拮抗其功能，起到增加腸道鐵吸收、促進單核吞噬細胞系統(tǒng)鐵釋放，避免鐵在該系統(tǒng)過度沉積損害單核巨噬細胞功能的作用，從而逆轉炎癥對紅細胞生成產(chǎn)生的負面影響，特別是那些EPO低反應者，hepcidin抗體作為輔助治療可能會扭轉這種現(xiàn)象，這將成為一項值得探索的研究。

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