李丰益 高举 综述 廖清奎 审校

四川大学华西第二医院 儿童血液肿瘤研究室

发表于： 国外医学输血与血液学分册， 2003;26 （ 6 ） :516-518.

【摘要】 Hepc 是新近发现的一种由肝脏分泌的小分子信号肽，正常情况下可通过调节铁的吸收和利用而维持机体铁稳态的平衡，当机体缺铁时 Hepc 表达水平下降，而铁负荷过重时 Hepc 表达水平增高。 Hepc 与慢性病贫血、某些遗传性血色素沉着症的发生密切相关，在母胎间铁转运调节中也可能具有重要作用，现将有关方面的研究进展综述如下。

【关键词】 Hepcidin 铁稳态 母胎铁转运

铁是一种非常重要的微量元素，它主要参与机体内氧气运输、细胞内能量代谢和遗传物质 DNA 合成等许多重要的生命过程，是细胞增殖生长所必需的。但铁负荷过重导致体内游离铁浓度增高后又会通过 Fenton 氏反应对细胞或组织造成自由基氧化损伤。正常情况下机体可通过对铁的吸收、储存和利用等相关蛋白质的表达水平进行转录或转录后水平的调控而使体内铁处于动态的平衡中。在机体对铁的吸收、利用、储存和排泄等过程中，机体缺乏铁排泄的调控机制，也就是说体内铁多了，机体不会增加排铁，相反体内铁少了，机体也不会减少排铁。因此铁吸收的精准调控是控制体内铁动态平衡的关键环节。

铁吸收的的主要部位在十二指肠和小肠，成熟肠细胞是一种矢量细胞，面向肠腔微绒毛膜面的二价金属转运体（ divalent metal transporter1,DMT-1 ），又称二价阳离子转运体（ divalent cationic transporter1,DCT-1 或 Nramp2 ），它主要负责将肠腔中的游离铁转入胞内；而面向血循环的基底膜面的高铁转运体（ ferroportin ） , 又称金属转运蛋白（ metal transport protein, MTP 或 IREG-1 ）则主要负责将肠细胞内的铁转入血循环中，以供其它组织和细胞利用或储存。目前认为肠道铁吸收的调控机制之一是通过小肠隐窝细胞（作为成熟小肠细胞的前体细胞）感知血循环中铁浓度的变化，正常情况下当血循环中铁浓度降低时，通过隐窝细胞膜上转铁蛋白受体 2 （ transferritin receptor2,TfR2 ） - 人白细胞抗原相关血色素沉着症基因产物（ HLA-linked hemochromatosis gene, HFE ） - b 2 微球蛋白（ b 2 -microgolubin, b 2 M ）复合体转入胞内的铁下降，导致胞内可变铁池（ libale iron pool, LIP ）下降，进而使胞内铁调节蛋白（ iron regulation protein, IRP ） / 铁效应元件（ iron responsive element, IRE ）间结合活性增高，这样隐窝细胞感受到缺铁后则可通过铁代谢转录后调控机制使新分化形成的成熟肠细胞中负责铁吸收、转运的相关蛋白质（ DMT-1 、 IREG-1 等）表达水平上调，肠道铁吸收转运能力增强，最终使体内铁浓度达到新的平衡。当 TfR2-HFE- b 2 M 三聚体的结构和功能因其中某种蛋白质的基因突变而受到影响后，则隐窝细胞将不能通过该机制正常地感知血循环中铁浓度的变化。近年来已陆续发现因 HFE 、 TfR2 等基因突变导致铁吸收代谢调控紊乱，进而产生机体铁负荷过重的病例报道 [1 ， 2] 。最新的研究又发现肠道铁吸收的调控还与肝脏分泌的杀菌蛋白 Hepcidin （ hepatic bactericidal protein, Hepc ） , 又称肝脏表达的抗微生物肽（ liver expressed antimicrobial peptide, LEAP-1 ）密切相关。

1. Hepcidin 的表达及生理功能

人 Hepc 基因定位于 19q13.1, 编码一个 84 氨基酸残基的前体蛋白，剪去 N- 端信号肽等部分后 , C- 端 20 或 25 个氨基酸残基长度的多肽为成熟的 Hepc （ Hepc20 和 Hepc25 ），两种成熟 Hepc 分子均富含 8 个半胱氨酸（ Cys ）残基 [3] ，经质谱和化学分析方法研究证实：这些 Cys 残基均可形成链内二硫键 [4] 。 Hunter 等 [5] 采用二维核磁共振技术对成熟 Hepc 在溶液中的立体结构进行了分析，发现其二级结构主要呈变形 b - 折叠，在靠近发夹结构区可形成 3 或 4 对二硫键。溶液中 Hepc20 主要呈单体，而 Hepc25 主要呈聚合体形式，推测与其功能不同有关。

肝脏是 Hepc 蛋白合成的主要场所，现在已从人血和尿中分离鉴定出 Hepc 并获得其单抗。 已发现肝脏 Hepc mRNA 转录水平可随体内铁浓度的变化而相应变化，即铁负荷过重时其转录水平增高，缺铁时其转录水平降低 [3] 。总体来说， Hepc 对肠道铁吸收可起负调控作用，而同时对网状内皮系统（如脾脏）巨噬细胞铁储存起正调控作用。

Nicolas 等 [6] 采用基因剔除（ gene knockout ）技术剔除小鼠 Hepc 基因上游的刺激因子 2 （ upstream stimulatory factor2, USF2 ）基因后，导致 Hepc 无表达或低表达，进而使该实验小鼠发生铁负荷过重；他们还通过转基因手段制备了 Hepc 表达水平受肝脏特异性 transthyretin 启动子控制的小鼠，当 Hepc 高表达时则会导致实验动物发生致死性的严重缺铁性贫血 [7] ； Roetto 等 [8] 也发现人 Hepc 基因的两种突变（ 93delG 和 166C → T ）可能与产生严重的幼年型血色素沉着症有关，推测该突变可影响 Hepc 的功能并导致体内铁吸收转运过程失控。

Nicolas 等 [9] 在用苯肼造成的急性溶血性贫血和用静脉放血术造成的急性失血性贫血动物模型中，以及低氧动物模型中均观测到其肝脏 Hepc mRNA 水平呈急剧下降。另外他们还观察到加入促红细胞生成素（ EPO ）也可显著降低 Hepc 的表达水平 [10] 。说明 Hepc 的表达调控是与体内红系造血对铁代谢的需求密切相关的，当造血旺盛时， Hepc 呈低表达，这样一方面可提高肠道铁的吸收，另一方面可动员网状内皮系统中的铁，以保证机体造血对铁的需求。

2. Hepcidin 与慢性病贫血铁代谢紊乱的关系

慢性病贫血（ anemia of chronic diseases, ACD ）主要指由慢性感染、炎症、肿瘤等引起的贫血，其原因主要与其红细胞寿命缩短、骨髓对贫血的代偿不足、铁的释放及利用障碍等有关。 ACD 时网状内皮系统（如脾脏）铁异常增高而骨髓铁降低，血清铁和总铁结合力降低而血清铁蛋白却异常增高，呈明显的铁代谢紊乱表现。

Hepc 最早被称为抗微生物肽，就是因其具有封闭铁，进而抑制病原微生物生长的作用。 Nemeth 等 [11] 发现不仅铁负荷过重可增加体内 Hepc 的表达，感染和炎症因素刺激也有同样的效应，如脂多糖作为炎症刺激因子可使受处理动物尿中 Hepc 浓度显著增高，同时伴随血清铁蛋白（既是一种铁储存蛋白，也是一种急时相反应蛋白）的增高，两者有很好的相关性。体外研究还发现 IL-6 可显著提高 Hepc 表达水平，而 IL-1 和 TNF- a 则不能，说明 Hepc 属于一种Ⅱ型急时相反应蛋白。 Nicolas 等 [9] 一次性用松节油处理小鼠 16h 后，即可观察到 Hepc mRNA 表达水平较对照组增加 6 倍，而血清铁浓度则降低 50% ；同样方法对缺乏 Hepc 基因表达的小鼠进行处理则不出现低铁血症，说明 Hepc 的异常表达与 ACD 时铁代谢紊乱的发生密切相关。 Weintein 等 [12] 在一例铁剂治疗无效的难治性贫血患者中，发现该患者患有肝脏腺瘤， Hepc 呈异常高表达，当手术切除肝脏腺瘤后，随着 Hepc 表达水平降低，贫血自然恢复。提示肝脏腺瘤产生的 Hepc 高水平表达，进而引起的铁代谢紊乱可能是导致 ACD 的最主要原因。

3. Hepcidin 与母胎铁转运调控的关系

胎盘滋养层合体细胞也是一种矢量细胞，通过胎盘微绒毛膜滋养层合体细胞介导的母婴铁转运过程与发生在肠道的铁吸收转运过程非常相似。从上世纪七八十年代开始国外学者及我们研究室均先后研究证实：面向母体血循环的微绒毛膜可通过 TfR 或铁蛋白受体（ ferritin receptor, FnR ）介导的内吞作用将母体血循环中的铁转入胞内 [13 ， 14] ，但进入滋养层合体细胞内的铁是如何经过基底膜而进入胎儿血循环的却一直未能弄清。虽对 TfR 可能参与铁从胎盘 ? 胎儿血循环的跨基底膜转运过程进行了一些尝试性的研究，但研究结果不能合理地被解释。近年来借鉴肠道铁吸收的研究方法，已陆续发现胎盘也存在 DMT1 、 IGER1 等铁代谢分子。因此目前认为铁进入滋养层合体细胞后，母胎铁逆浓度梯度转运的后续过程主要是通过 DMT1 将铁从内吞小体中释放出，然后再通过胎盘滋养层合体细胞基底膜面的 IREG1 转入胎儿血循环内，当然这一过程中还伴随着由铜蓝蛋白或 Haephastin （一种铜蓝蛋白的类似物）参与进行的铁从 Fe +++ → Fe ++ ，再从 Fe ++ → Fe +++ 的反应。 Gambling 等 [15] 在研究不同铁膳食条件下孕鼠胎盘铁转运相关蛋白表达情况时发现：孕鼠缺铁时除 TfR 明显增高外， DMT-1 和 Hephaestin 均明显增高，说明孕鼠缺铁时通过胎盘 TfR 、 DMT-1 、 IREG-1 通路进行铁转运的能力是增加的。

胎盘本身是受精卵分化而成的，作为胎儿生长发育过程中的一个辅助器官，它所参与的母胎铁转运过程更应受胎儿自身对铁需求状况而进行调控，也即是说孕母缺铁导致胎盘铁转运能力的上调可能是胎儿自身体内铁稳态调控机制起作用的结果。 Courselaud 等 [16] 在研究 CCAAT/ 增强子结合蛋白 a （ CCAAT/enhancer-binding protein a ,C/EBP a ）及其 DNA 效应区（位于 Hepc 启动子基因 -250/-230 区域）与胚胎发育过程中鼠肝 Hepc 基因表达关系时发现：鼠肝 Hepc mRNA 水平在整个胚鼠发育过程中均处于 Northern blot 方法检测水平以下，仅在出生时出现快速、短暂而较强的表达，提示 Hepc 参与了母胎铁转运过程的调节。通过胎盘进行母胎铁转运的调控机制是否直接与胎儿自身感受铁浓度或其它因素的变化，再通过改变胎儿血循环中 Hepc 浓度来调节胎盘铁转运有关值得研究。弄清这一点不仅有重要的理论价值，而且对于指导孕期缺铁防治、降低铁缺乏症的发生、提高人体素质均有重要意义。

综上所述我们认为 Hepc 作为一种循环铁吸收转运调节因子，其作用必须依赖与效应细胞的相互作用，推测其效应细胞上应存在相应的 Hepc 受体分子，但目前对于 Hepc 参与铁吸收调节的机制尚不清楚，值得进一步深入研究。

参考文献：

1 Fleming RE ， Sly WS. Annu Rev Physiol ， 2002 ， 64 ︰ 663

2 Sproule TJ, Jazwinska EC, Britton RS, et al.. Proc Natl Acad Sci USA ， 2001 ， 98 ︰ 5170

3 Pigeon C, Ilyin G, Courselaud B, et al. J Biol Chem ， 2001 ， 276 ︰ 7811

4 Park CH, Valore EV, Waring AJ, et al. J Biol Chem ， 2001 ， 276 ︰ 7806

5 Hunter HN, Fulton DB, Ganz T, et al. J Biol Chem ， 2002 ， 277(40) ︰ 37597

6 Nicolas G, Bennoun M, Devaux I, et al. Proc Natl Acad Sci USA ， 2001 ， 98(15) ︰ 8780

7 Nicoload G., Bennoun M, Porteu A, et al. Proc Natl Acad Sci USA ， 2002 ， 99(7) ︰ 4596

8 Roetto A, Papanikolaou G, Politou M, et al. Nat Genet ， 2003 ， 33(1) ︰ 21

9 Nicolas G, Chauvet C, Viatte L, et al. J Clin Invest ， 2002 ， 110(7) ︰ 1037

10 Nicolas G, Viatte L, Bennoun M, et al. Blood Cells Mol Dis ， 2002 ， 29(3) ︰ 327

11 Nemeth E, Valore EV, Territo M, et al. Blood ， 2003 ， 101(7):2461

12 Weintein DA, Roy CN, Fleming MD, et al. Blood ， 2002 ， 100(10) ︰ 3776

13 Liao QK ， Kong PY ， Gao J, et al. J Clin Nutr ， 2001 ， 55 ︰ 1

14 廖清奎，罗春华，李强，等，中华医学杂志， 1992 ， 72(10) ︰ 619

15 Gambling L, Danzeisen R, Gair S, et al. Biochem J ， 2001 ， 356 ︰ 883

•  Courselaud B, Pigeon C, Inoue Y, et al. J Biol Chem ， 2002 ， 277(43) ︰ 41163

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