条文本
PDF
数据来自Altmetric.com
循环肽hepcidin在铁过载的正常反应、血色沉着病的发病机制以及可能的慢性疾病贫血中起重要作用
在健康的情况下，体内铁的含量保持在相当狭窄的范围内，以提供足够的铁来合成氧运输和催化所必需的铁蛋白，同时避免过量的毒性作用。早期的实验为体液调节因子提供了诱人的证据。铁补充大鼠血清对正常大鼠十二指肠铁吸收有抑制作用。1多年来，这个假定的因素仍然难以捉摸。然而，最近的研究表明，一种肽激素hepcidin可能在正常铁稳态、血色沉着症和慢性疾病的贫血中起着至关重要的调节作用。2
Hepcidin的发现并非来自铁稳态的研究，而是来自对体液中新型抗菌肽的研究。克劳斯和同事3.筛选人血超滤液(抗菌肽防御素的来源)的小半胱氨酸丰富的多肽。结果表明，该肽全长25个氨基酸，质量为2.7 kDa，含有8个二硫化物结合半胱氨酸残基。对某些细菌和酵母菌有抗菌活性酿酒酵母。定量逆转录聚合酶链反应主要表达于肝脏。这种肽被称为LEAP-1(肝脏表达抗菌肽)。3.cDNA序列预测了一个含有84个氨基酸的前肽，有两个裂解位点。第一个预测N端内质网靶向信号序列(氨基酸1-24)的分裂。激素原转化的第二个一致切割位点将产生中央前域(氨基酸25 - 59)和25个氨基酸C末端肽(也称为hepcidin-25;氨基酸60-84)。还发现了一个略被截断的20个氨基酸肽(hepcidin 20;氨基酸65-84)。帕克和他的同事4从人尿中分离出同样富含半胱氨酸的肽，并将其命名为hepcidin，反映了其在肝脏中的表达和杀菌特性。除了hepcidin-20和hepcidin-25之外，还发现了一种微小的22氨基酸形式(hepcidin-22;氨基酸63-84)。100 ~ 150 mM NaCl抑制尿hepcidin的抑菌活性;4与血浆钠的正常范围(~ 135-145 mM)相似。因此，循环血浆hepcidin在体内是否具有显著的抗菌作用尚不清楚。
小鼠实验表明hepcidin在铁调节中起作用。鸽子等羰基铁过载诱导小鼠肝脏hepcidin mRNA的表达。5小鼠有两个hepcidin基因串联(可能源于重复事件)，位于上游刺激因子2 (Usf2)转录因子基因。5缺乏肝脏hepcidin表达的小鼠，由于相邻的靶向破坏Usf2基因显示，肝脏和胰腺的实质细胞铁负荷显著，而富含巨噬细胞的脾脏相对较少。6类似的模式铁超载Hfe淘汰赛,Usf2(hepcidin deficient)敲除小鼠提示hepcidin和Hfe可能在同一调控途径中起作用。Hepcidin被认为是十二指肠铁吸收和巨噬细胞铁释放的负调节因子(即“抑制剂”)。6这得到了证明的支持，即组成性表达肝hepcidin的转基因小鼠在出生后几小时内死亡，体铁水平下降和严重的小细胞低铬性贫血。7
进一步的观察表明hepcidin在慢性疾病贫血中的作用。这是住院患者最常见的贫血，通常与感染、癌症和自身免疫性疾病有关。红细胞前体对促红细胞生成素的反应减弱，红细胞存活率下降，铁吸收受损，巨噬细胞中铁的保留。净效应将是减少可用于红系前体细胞的铁。8日,92例伴有肝腺瘤的严重铁难治性贫血患者在切除肿瘤后贫血自然消退。9腺瘤组织hepcidin mRNA表达异常高。在这些观察的基础上，提出hepcidin可能在慢性疾病贫血的发病机制中起重要作用。9对慢性感染或严重炎症性疾病导致贫血患者尿中hepcidin排泄的分析提供了一些证实人类炎症反应中hepcidin水平升高的证据。10在这些患者中，hepcidin的排泄与血清铁蛋白浓度相关，与hepcidin一样，血清铁蛋白浓度随着体内铁储备和炎症的升高而增加。有趣的是，向小鼠注射促红细胞生成素可显著降低肝脏hepcidin的表达。因此，促红细胞生成素对非肾性贫血(如癌症和自身免疫性疾病)的疗效可能来自于刺激红细胞生成和抑制hepcidin表达，导致血浆铁水平升高。11
研究了hepcidin在培养细胞中的表达调控。令人惊讶的是，原代人肝细胞中柠檬酸铁铵或转铁蛋白的铁负荷降低了hepcidin mRNA水平。10这与小鼠实验相反，在小鼠实验中，饮食或肠外铁负荷增加了hepcidin mRNA水平。5这表明，在整个动物铁超载期间，来自非实质细胞的信号可能诱导肝细胞表达hepcidin。10小鼠肝脏hepcidin mRNA不仅由铁过载诱导，还由细菌脂多糖处理诱导，这表明铁和炎症细胞因子可能具有共同的信号通路。5原代人肝细胞Hepcidin mRNA可通过脂多糖单核细胞条件化培养基或白介素6 (IL-6)诱导。10在转录因子的调控水平上，人和小鼠hepcidin基因的启动子包含至少一个CCAAT/增强子结合蛋白α (C/ eep α)的功能结合位点，CCAAT/增强子结合蛋白α是一种在成人肝脏中高度表达的转录因子，似乎刺激hepcidin的表达。肝细胞核因子4α (HNF4α)可降低hepcidin的表达。12
最近对人体铁过载的研究强调了hepcidin的医学重要性。hepcidin的纯合突变已在两个青少年血色沉着症家族中得到证实。13这种疾病的特点是铁负荷速度快，通常在30岁之前出现。内分泌和心脏铁超载发生率高，早期诊断和治疗失败可能是致命的。14青少年血色素沉着症是遗传异质性的，第二种形式映射到染色体1q21。这第二个基因是否会编码hepcidin中的另一个蛋白质HFE路径仍有待解决。15hepcidin和HFE血色沉着症的描述也表明与hepcidin和HFE，称为“双基因遗传”。16
经典的HFE相关形式的疾病占90%以上的典型血色沉着症患者在英国。17在HFE相关的血色沉着症Hfe在敲除小鼠中，尽管肝脏铁过载，但hepcidin水平未能上调。这表明HFE蛋白参与了铁对hepcidin水平的调节。hepcidin对体内铁储备的正常反应的中断可能有助于铁过载的发病机制HFEhaemochromatosis有关。18岁20.
肝脏产生的hepcidin作为铁调节因子的认识挑战了铁吸收与身体储存的控制是通过十二指肠隐窝介导的假设。Hepcidin重新提出了一个概念，即某些调节可能是由肝脏介导的。从对照组切换到缺铁饮食的大鼠hepcidin表达的变化与十二指肠铁转运蛋白表达的变化有密切的时间关系。这表明hepcidin可能直接作用于绒毛肠细胞，指向肝脏作为一个调节位点。21当然，通常以肝细胞中轻度铁沉积为背景的库普弗细胞铁沉着症是常见肝病(如丙型肝炎感染和酒精性肝病)的常见特征。22hepcidin浓度的升高，可能是对炎症的反应，是否在病毒性肝病和酒精性肝病中观察到的肝铁沉着症中起作用，仍有待证明。
迄今为止，由于缺乏抗hepcidin抗体和合适的测定方法，hepcidin在各种临床条件下的研究一直受到阻碍。最近，报道了一种western blot密度测定法，使用抗hepcidin-25的抗体，允许在血清样本中定量人hepcidin。23在本期的肠道Kulaksiz及其同事24描述针对预测的人类hepcidin前域(同一肽的两种抗血清)和成熟的hepcidin C末端肽的两种独特合成肽的抗血清(见页735］。这三种抗血清在豚鼠、人肝和HepG2细胞的western blot中均检测到估计为10和20 kDa的免疫反应条带。10 kDa条带仅在人血清中检测到微弱。三种抗血清在豚鼠和人肝的免疫组化染色显示肝细胞呈基底外侧表达模式。这证实并扩展了早期mRNA的结果，并与hepcidin向肝窦基底外侧释放一致。24
利用前域抗血清建立了一种新的酶联免疫吸附测定方法(ELISA)。ELISA法检测对照组和血色沉着症、肾性贫血、慢性肾功能不全患者血清hepcidin原免疫反应性水平。在健康志愿者血清中检测到的前hepcidin免疫反应性的平均水平比在人类尿液中检测到的hepcidin水平高一个数量级。4与健康对照组相比，血红蛋白水平正常的慢性肾功能不全患者的促红细胞生成素原免疫反应性增加，尽管已观察到促红细胞生成素治疗可降低肝脏hepcidin表达。11因此，这些观察结果与肾代谢和/或肽的消除相一致。hepcidin pro -下降HFE相关血色沉着症患者(C282Y纯合子)与健康对照组比较，24与早期的mRNA研究一致，18并提示hepcidin的调节存在缺陷HFEhaemochromatosis有关。
在western blots上hepcidin免疫反应条带的大小和身份仍然存在问题和不一致。hepcidin-25序列预测的质量为2.7 kDa，与质谱测定的结果相对应。3.此外，氧化合成的hepcidin-25在分析高压液相色谱和毛细管电泳中与天然hepcidin-25共迁移。25然而，在western blot中检测到血清hepcidin-25的免疫反应性，明显的质量为10 kDa，与合成肽共迁移，23可能反映了hepcidin单体的聚集。26Kulaksiz等western blot检测3种抗血清的10 kDa和20 kDa条带。24他们将10 kDa条带归因于前hepcidin，因为它被成熟的hepcidin肽和前域的抗血清检测到。然而，预测的pre -hepcidin质量为6.9 kDa;pre-pro-hepcidin的含量为9.4 kDa (ExPASy计划:http://ca.expasy.org/tools/peptide-mass.html）.27将合成肽的流动性与在人血清中观察到的条带进行比较可能是有用的。24也许注意变性条件和精确验证实验确定的分子质量可能有助于澄清差异。
hepcidin在铁调节中是一个积极的参与者，还是仅仅是hepcidin潜能的前体和间接测量?有趣的是，人类hepcidin前域的纯合点突变已经被检测到，预测在31号氨基酸(T31M)上苏氨酸向蛋氨酸的取代。患者血清铁指数正常，血红蛋白正常，平均红细胞体积正常。28然而，这种残留在进化中并不是保守的:两种野生型小鼠hepcidin基因在相当于人类苏氨酸31的位置上都有一个蛋氨酸。因此，与纯合子T31M突变相关的正常表型不能解决hepcidin前体的作用。
综上所述，hepcidin是一种对铁代谢具有重要生物学作用的肽激素。它与抗菌肽具有序列同源性，尽管这种功能在体内是否保守仍有待证明。Hepcidin是由一个前肽裂解而来;关于肽产品的加工和活性仍有疑问。它被认为是一种身体铁储备的调节剂，在一些患有青少年血色沉着症的家庭中发现了突变。铁平衡可能由库普弗细胞感知，并通过细胞因子如IL-6向肝细胞发出信号。Hepcidin表达也由炎症因子诱导，使其在慢性疾病的贫血中发挥潜在作用。所描述的试剂和测定方法24将允许研究hepcidin在临床样本中与病毒性和酒精性肝病中观察到的铁沉着症相关的作用。这种肽是参与铁代谢的分子家族的一个迷人的补充。未来对其在体内和体外的作用和调控的研究应该会填补我们对这一日益复杂领域的理解中的一些诱人的空白。
致谢
作者实验室的研究得到了欧盟委员会资助QLK6-CT-1999-02237, Wellcome信托基金资助059762/Z/99/Z和BBSRC项目资助90/D1340的支持。
循环肽hepcidin在铁过载的正常反应、血色沉着病的发病机制以及可能的慢性疾病贫血中起重要作用