顏然然 白振中 郭瑞霞 馮喜英 久 太 譚玉敏

肺結(jié)核(tuberculosis, TB)是結(jié)核桿菌(Mycobacteriumtuberculosis, MTB)感染機(jī)體后引起的一種嚴(yán)重危害人類健康和累及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要傳染性疾病之一。2015年WHO報(bào)告約有1/3的人口是潛伏性肺結(jié)核感染者，全球仍有960萬(wàn)人左右發(fā)展為結(jié)核，而中國(guó)是全球22個(gè)結(jié)核病高負(fù)擔(dān)國(guó)家之一，調(diào)查顯示我國(guó)約有5.5億人感染結(jié)核分枝桿菌，占總?cè)丝诘?5%[1-2]。2018年全球結(jié)核病報(bào)告中明確指出全球約17億人(占全球人口的23%)估計(jì)有潛伏結(jié)核感染，有發(fā)生活動(dòng)性結(jié)核的風(fēng)[3]。這說(shuō)明MTB感染的人群中大部分處于潛伏期或?yàn)闊o(wú)癥狀的結(jié)核分枝桿菌感染者。結(jié)核桿菌感染的高風(fēng)險(xiǎn)率仍是全球關(guān)注的主要健康問(wèn)題[4]。因此，依據(jù)特有標(biāo)志物以求肺結(jié)核發(fā)病初期能夠明確診斷，并及時(shí)采取對(duì)癥治療至關(guān)重要。近年來(lái)有關(guān)肺結(jié)核早期診斷的報(bào)道層出不窮，其中多篇研究結(jié)論報(bào)道了血清鐵指標(biāo)在肺結(jié)核的診斷治療過(guò)程中的意義，各報(bào)道不盡相同，甚至大相徑庭，并未見(jiàn)關(guān)于肺結(jié)核與血清鐵關(guān)系系統(tǒng)明確的論述，現(xiàn)就血清鐵在肺結(jié)核診治過(guò)程中的意義作一系統(tǒng)論述。

一、鐵的正常代謝及生物作用

鐵(Fe)是參與機(jī)體多個(gè)代謝過(guò)程的細(xì)胞生長(zhǎng)、代謝必不可少的微量元素。微量元素是一類機(jī)體需要量很少，但又必不可少的元素，它們是神經(jīng)遞質(zhì)、激素、酶和多種生物活性物質(zhì)構(gòu)成的必須元素,其中許多是DNA和RNA聚合酶、碳酸酐酶和堿性磷酸酶等80多種酶的組成成份或激活因子，直接參與核酸及蛋白質(zhì)的合成、能量代謝及氧化還原過(guò)程，并調(diào)節(jié)這些物質(zhì)的生物活性，參與組織呼吸、能量代謝和蛋白質(zhì)合成等生化過(guò)程[5]。故而微量元素與許多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

鐵是合成血紅蛋白、肌紅蛋白及細(xì)胞色素酶等的重要成分，主要參與機(jī)體內(nèi)部氧和CO2的輸送及組織呼吸。正常鐵代謝包括三個(gè)主要過(guò)程：鐵攝取、儲(chǔ)存和利用。鐵攝取主要在十二指腸和空腸上段的小腸吸收，十二指腸的細(xì)胞色素b(deytb)、二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(DMT1)、膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(ferroportin1, FPN1)和膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)輔助蛋白(hephaestin, Hp)在鐵吸收中發(fā)揮重要作用；Hp將小腸吸收來(lái)的鐵氧化為Fe3+后與血液中內(nèi)轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin, Tf)結(jié)合，肝臟通過(guò)兩種轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(transferrin redreceptor, TfR)TfR1 和 TfR2 介導(dǎo)攝取經(jīng)門脈系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵，鐵以鐵蛋白(ferritin, Fn)和含鐵血黃素的形式貯存在骨髓、肝和脾的單核巨噬細(xì)胞中[6]；機(jī)體合成血紅蛋白等需求增加情況下定量釋放入血液系統(tǒng)供應(yīng)需[7-8]。骨髓是鐵的主要利用器官，作為紅細(xì)胞生成的元素在此處大量應(yīng)用。鐵代謝平衡中，除了直接調(diào)節(jié)鐵吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲(chǔ)、流出的蛋白外，還有鐵調(diào)素(hepcidin)、鐵調(diào)控蛋白(iron-regulatory proteins, IRP)、脂鈣蛋白2(lipocalin2)等調(diào)節(jié)鐵代謝的蛋白。鐵主要隨胃腸道上皮細(xì)胞、膽汁等排出，泌尿生殖道及皮膚、汗液、脫落細(xì)胞亦可丟失少量的鐵[9]。機(jī)體發(fā)生疾病時(shí)可引起鐵代謝紊亂。

機(jī)體鐵缺乏時(shí)肝內(nèi)合成 DNA受到抑制，肝細(xì)胞及其它細(xì)胞線粒體異常，細(xì)胞色素C的含量減少，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成和能量利用的減少，而損害機(jī)體的免疫機(jī)制。因而，我們可以通過(guò)檢測(cè)機(jī)體鐵及鐵相關(guān)成分來(lái)了解機(jī)體健康狀況，并用它反映機(jī)體生理、病理變化。在肺結(jié)核診治過(guò)程中，我們可以通過(guò)肺結(jié)核病變?cè)?，整理出它與血清鐵波動(dòng)關(guān)系，即可根據(jù)血清鐵的變化來(lái)了解機(jī)體疾病發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸情況[7]。譬如把血清鐵蛋白含量作為預(yù)測(cè)急性肺損傷的指標(biāo)，具有較高的靈敏度和特異度等[10]。關(guān)于血清鐵與肺結(jié)核之間的關(guān)系如下。

二、結(jié)核桿菌感染后血清鐵含量降低

MTB侵入人體后，吞噬細(xì)胞首當(dāng)其沖的感受到刺激，引起炎癥反應(yīng)，合成并釋放出細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子刺激鐵蛋白合成，使其他細(xì)胞釋放的鐵或外來(lái)鐵與之結(jié)合而造成血清鐵降低。同時(shí)，脊椎動(dòng)物中已知的鐵外排泵是膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ferroportin, FPN)[11]，F(xiàn)PN 翻譯后主要其負(fù)性調(diào)節(jié)因子鐵調(diào)素通過(guò)膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-鐵調(diào)素調(diào)節(jié)軸進(jìn)行調(diào)控，鐵調(diào)素與FPN結(jié)合導(dǎo)致其內(nèi)化和溶酶體中的蛋白水解，進(jìn)而發(fā)揮作用[12-14]。鐵調(diào)素受多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑的調(diào)節(jié)，炎癥通路中骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)和白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6)發(fā)揮主要作用[15]。肺結(jié)核作為驗(yàn)證性疾病，主要引起機(jī)體IL-6升高而影響FPN調(diào)節(jié)鐵外排。另外結(jié)核分枝桿菌刺激循環(huán)系統(tǒng)中分葉核白細(xì)胞釋放白細(xì)胞遞質(zhì)(leukocyte transmitters, LEM)，LEM興奮肝細(xì)胞使之從血液中攝取鋅、鐵進(jìn)入肝細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)肝合成防御反應(yīng)所需要的物質(zhì)，如血漿銅藍(lán)蛋白，致使血銅升高，血鋅、鐵下降。

結(jié)核桿菌感染后通過(guò)改變內(nèi)源性致熱源(endogenous pyrogen, EP)引起機(jī)體發(fā)熱[16]，臨床上多表現(xiàn)為長(zhǎng)期持續(xù)性的午后低熱，體溫波動(dòng)于37～38 ℃左右。結(jié)核桿菌引起機(jī)體產(chǎn)生并釋放內(nèi)源性致熱源，EP能降低血清鐵，并增加其抗感染能力[17]。主要機(jī)制是MTB感染后致機(jī)體長(zhǎng)期慢性發(fā)熱，汗液流失增加，其中少量鐵隨之丟失；青海省又地處西北地區(qū)，天氣干燥，環(huán)境濕度低，更加重機(jī)體汗液流失，故通過(guò)汗液流失鐵增多。發(fā)熱狀態(tài)下有飲食納差、食欲不振、消化不良，機(jī)體鐵攝入不足，機(jī)體鐵供應(yīng)減少[18]。也有報(bào)道指出機(jī)體在發(fā)熱狀態(tài)下鐵主要供應(yīng)給骨髓造血系統(tǒng)，合成血紅蛋白，而引起血清鐵降低[16]。當(dāng)然，一旦明確診斷肺結(jié)核，便進(jìn)行長(zhǎng)期督導(dǎo)短程化療的DOTS治療策略，其中一線抗結(jié)核藥物異煙肼與血清金屬離子結(jié)合后消耗增多，如鐵、鋅等[19]。還有研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)電子探針掃描分析發(fā)現(xiàn)結(jié)核患者頭發(fā)中銅、鐵含量高于健康對(duì)照組(P<0.01)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[20]，雖然該機(jī)制尚不明確，但不能排除機(jī)體鐵在MTB感染后的轉(zhuǎn)移情況，該方面有待進(jìn)一步探討研究。

三、鐵與miRNA關(guān)系

微小RNA(microRNA，miRNA)是一段由內(nèi)源性基因轉(zhuǎn)錄的單鏈小分子非編碼RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)靶基因進(jìn)行調(diào)控，從而調(diào)節(jié)機(jī)體的發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖、分化和凋亡等[21-22]。肺結(jié)核患者miRNA差異性表達(dá)，它通過(guò)調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中關(guān)鍵部位的靶基因發(fā)揮作用，影響宿主的先天性免疫反應(yīng)和獲得性免疫反應(yīng)，導(dǎo)致炎性疾病發(fā)生[23]；同時(shí)miRNA也調(diào)控影響著體內(nèi)鐵的代謝。

有研究報(bào)道缺氧條件下誘導(dǎo)miR-210的兩個(gè)主要靶基因是鐵穩(wěn)態(tài)中鐵硫簇支架蛋白(iron sulfur cluster scaffold protein, ISCU)和TfR1[24]。同時(shí)缺鐵誘導(dǎo)的miR-210抑制ISCU促進(jìn)IRP1的活性，IRP1激活促進(jìn)其與TfR1的mRNA的3′-UTR結(jié)合，從而保護(hù)TfR免于降解。Sangokoya等[25]發(fā)現(xiàn)miR-485-3p高表達(dá)后抑制直EPN表達(dá)，減少鐵外排而使細(xì)胞鐵蛋白和細(xì)胞鐵水平增加；反之，抑制表達(dá)后細(xì)胞鐵水平減低，通過(guò)該途徑維持細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)。小腸內(nèi)鐵的吸收和紅細(xì)胞中鐵的利用均有二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 1(divalent metal transporter 1, DMT1)參與[26]，DMT1的3′-UTR含或不含有鐵反應(yīng)元件(iron reaction element, IRE)，它可以根據(jù)鐵的狀態(tài)改變mRNA的穩(wěn)定性，Let-7d 通過(guò)靶向調(diào)節(jié)DMT1-IRE的表達(dá)促進(jìn)鐵積累而損害K562細(xì)胞的紅細(xì)胞分化[27]。Castoldi等[28-29]通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明miR-122通過(guò)調(diào)節(jié)血色素沉著相關(guān)蛋白鐵調(diào)素轉(zhuǎn)錄激活因子HFE、HJV和骨形態(tài)發(fā)生蛋白1A受體mRNA的表達(dá)激活Hamp mRNA表達(dá)來(lái)維持鐵穩(wěn)態(tài)。miR-122表達(dá)水平在鐵過(guò)載的基因敲除(Hfe-/-)小鼠模型降低也印證了這一觀點(diǎn)[30]。

四、鐵與結(jié)核桿菌關(guān)系

結(jié)核分枝桿菌感染后，機(jī)體內(nèi)繁殖的結(jié)核桿菌量與血清鐵呈負(fù)相關(guān)，結(jié)核桿菌繁殖越快、含量越多，血清鐵測(cè)定含量越低。結(jié)核桿菌新陳代謝中的主要參與因子是轉(zhuǎn)鐵蛋白，它不僅能夠促進(jìn)中性粒細(xì)胞或小吞噬細(xì)胞的吞噬、中性粒細(xì)胞的增殖作用，還作為血漿中主要的含鐵蛋白質(zhì)穿梭于細(xì)胞外液和細(xì)胞內(nèi)液之間，避開溶酶體快速傳遞細(xì)胞生長(zhǎng)所需的鐵，且機(jī)體處于缺鐵狀態(tài)時(shí)血漿轉(zhuǎn)鐵蛋白濃度上升，因此轉(zhuǎn)鐵蛋白是鐵代謝理想的檢測(cè)指標(biāo)[31]。

鐵對(duì)于結(jié)核分枝桿菌在巨噬細(xì)胞內(nèi)的生長(zhǎng)是至關(guān)重要，因?yàn)榻Y(jié)核桿菌生長(zhǎng)繁殖需要鐵，如果改變宿主的鐵營(yíng)養(yǎng)狀況可影響結(jié)核分枝桿菌的生長(zhǎng)[32]。即增加鐵的供應(yīng)，可促進(jìn)結(jié)核分枝桿菌增長(zhǎng)；反之，中斷鐵的供應(yīng)，結(jié)核分枝桿菌生長(zhǎng)、繁殖減緩。也有報(bào)道指出MTB感染初期，病情未得到控制，大量結(jié)核桿菌生長(zhǎng)、繁殖，攝取、消耗大量的鐵離子，導(dǎo)致血清鐵水平下降。經(jīng)抗結(jié)核治療后，殺滅、抑制結(jié)核桿菌，結(jié)核菌數(shù)量減少，減少了鐵離子的消耗，從而使血清鐵水平上升。該結(jié)果證實(shí)了結(jié)核桿菌生長(zhǎng)需要鐵[33]，鐵作為結(jié)核桿菌生長(zhǎng)的必須物質(zhì)[34]，參與結(jié)核桿菌繁殖生長(zhǎng)。

有研究證實(shí)結(jié)核桿菌與宿主競(jìng)爭(zhēng)性利用機(jī)體鐵[35-36]。肺結(jié)核治療過(guò)程中，隨結(jié)核病情改善，血清鐵水平不斷提升，相關(guān)報(bào)道明確表示血清鐵含量在經(jīng)抗結(jié)核治療后的波動(dòng)變化為：治療2周后組>治療1周后組>治療前組。肺結(jié)核患者治療前，血行播散性結(jié)核、繼發(fā)性肺結(jié)核、結(jié)核性胸膜炎等不同類型肺結(jié)核患者的血清鐵平均值之間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明血清鐵水平與肺結(jié)核類型無(wú)明顯關(guān)系[34]。肺結(jié)核患者血清鐵水平低于健康對(duì)照組，涂陽(yáng)肺結(jié)核患者的血清鐵值要低于涂陰肺結(jié)核患者，而普通肺部感染者血清鐵水平無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。該研究也證明了結(jié)核桿菌生長(zhǎng)需要鐵。

五、缺鐵性貧血與肺結(jié)核

肺結(jié)核患者因機(jī)體消耗血清鐵增加、結(jié)核桿菌競(jìng)爭(zhēng)性利用血清鐵[17]，加之來(lái)源減少等明顯低于正常人群。有報(bào)道指出機(jī)體在發(fā)熱狀態(tài)下鐵主要供應(yīng)給骨髓造血系統(tǒng)，合成血紅蛋白，機(jī)體長(zhǎng)期鐵缺乏時(shí)血紅蛋白合成不足，導(dǎo)致缺鐵性貧血[16]。有研究者曾針對(duì)隱性結(jié)核感染合并缺鐵性貧血患者病例進(jìn)行報(bào)道，明確表示患者不明原因缺鐵性貧血，經(jīng)積極補(bǔ)鐵、預(yù)防鐵流失等缺鐵性貧血對(duì)癥治療后，患者貧血狀況或未見(jiàn)明顯好轉(zhuǎn)，或好轉(zhuǎn)后反復(fù)無(wú)明顯誘因的發(fā)病，最后在排除其他慢性感染，并且在補(bǔ)充鐵劑治療缺鐵性貧血的同時(shí)進(jìn)行抗結(jié)核治療后，患者血紅蛋白明顯上升，貧血狀況得以改善并無(wú)反復(fù)發(fā)病。該論述從側(cè)面印證了結(jié)核病消耗血清鐵，且可導(dǎo)致缺鐵性貧血發(fā)生。

六、肺結(jié)核患者鐵元素改變影響機(jī)體免疫力

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)表明缺鐵可導(dǎo)致機(jī)體易于感染。缺鐵狀態(tài)下外周血淋巴細(xì)胞對(duì)有絲分裂因子反應(yīng)性降低，免疫系統(tǒng)吞噬功能降低，主要降低的是嗜中性粒細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的殺傷能力，形成玫瑰花的T細(xì)胞數(shù)輕度減少。同時(shí)，鐵作為構(gòu)成機(jī)體的必需元素，維持多種酶活性，參與生化代謝過(guò)程，如血氧運(yùn)輸、生物氧化還原反應(yīng)等；并參與免疫調(diào)節(jié)過(guò)程。機(jī)體缺鐵狀態(tài)下引起免疫功能障礙，損傷淋巴細(xì)胞DNA合成過(guò)程，抑制體液免疫、細(xì)胞免疫，降低免疫力，削弱機(jī)體抗結(jié)核免疫反應(yīng)。

七、肺結(jié)核患者補(bǔ)鐵需謹(jǐn)慎

結(jié)核分支桿菌在機(jī)體內(nèi)繁殖生長(zhǎng)過(guò)程中需要從機(jī)體競(jìng)爭(zhēng)性攝取鐵用于自身繁殖，機(jī)體缺鐵狀況未嘗不是一種自我保護(hù)機(jī)制[16]。但機(jī)體低鐵又影響免疫能力，故對(duì)結(jié)核患者而言，補(bǔ)鐵和抑制血清鐵兩者即相互關(guān)聯(lián)又相互矛盾，結(jié)核患者抗結(jié)核治療過(guò)程中補(bǔ)鐵需謹(jǐn)慎。

肺結(jié)核感染初期即大量補(bǔ)充鐵，可能導(dǎo)致患者血清鐵充足，為結(jié)核桿菌生長(zhǎng)繁殖提供良好的“培養(yǎng)基”，事與愿違地促進(jìn)結(jié)核繁殖，加重結(jié)核感染；例如有研究發(fā)現(xiàn)感染性發(fā)熱的蜥蜴血清鐵也明顯減低，如果給予補(bǔ)充外源性鐵以后，其死亡率會(huì)明顯升高[16]。所以感染患者缺鐵可能是機(jī)體的一種自我保護(hù)機(jī)制。當(dāng)然，機(jī)體嚴(yán)重缺鐵情況下，過(guò)度損害機(jī)體免疫反應(yīng)系統(tǒng)，抑制細(xì)胞免疫，降低機(jī)體自身抗結(jié)核能力，引起病情加重。因此，抗結(jié)核治療過(guò)程中，根據(jù)患者具體情況具體分析，適當(dāng)應(yīng)用鐵劑，達(dá)到抑制結(jié)核桿菌繁殖并增強(qiáng)機(jī)體抗結(jié)核細(xì)胞免疫能力。

結(jié)合現(xiàn)有報(bào)道，肺結(jié)核感染患者在治療期間，根據(jù)機(jī)體具體情況辯證統(tǒng)一的去應(yīng)用鐵劑。機(jī)體內(nèi)結(jié)核桿菌快速繁殖代謝，機(jī)體基礎(chǔ)狀況尚可情況下暫不補(bǔ)充鐵劑，適當(dāng)斷絕結(jié)核桿菌生長(zhǎng)所需鐵元素，可在一定程度上達(dá)到抑制結(jié)核桿菌的繁殖代謝的效果，如報(bào)道的應(yīng)用六氯酚(hexachlorphane)與機(jī)體鐵結(jié)合繼而抑制結(jié)核桿菌生長(zhǎng)來(lái)治療肺結(jié)核。如果機(jī)體條件極差，聯(lián)合其他抗結(jié)核藥物抑制其繁殖，且結(jié)核病所導(dǎo)致的威脅不足為慮時(shí)，可根據(jù)需要適量補(bǔ)充鐵劑以提高機(jī)體免疫力，達(dá)到徹底治療結(jié)核病、保證機(jī)體健康的目的。

綜上所述，結(jié)核分支桿菌感染機(jī)體后，宿主肝細(xì)胞攝取鐵增加，免疫系統(tǒng)消耗利用，同時(shí)結(jié)核桿菌競(jìng)爭(zhēng)性搶奪利用，增加消耗；機(jī)體低熱出汗排泄增加；加之結(jié)核患者飲食攝入減少等，機(jī)體呈現(xiàn)出缺鐵的癥狀，通過(guò)測(cè)定血清鐵來(lái)反映結(jié)核分支桿菌的感染情況。同時(shí)經(jīng)合理抗結(jié)核治療后血清鐵逐漸恢復(fù)正常，它且與疾病嚴(yán)重程度負(fù)相關(guān)。因此我們今后有可能利用血清鐵改變作為診斷及評(píng)估肺結(jié)核病情的指標(biāo)。