ГЕПСИДИН — РЕГУЛЯТОР ГОМЕОСТАЗА ЖЕЛЕЗА

(гепсидин и анемия хронических воспалительных заболеваний)

Анемия является симптомом ряда заболеваний, обусловленных как поражениями кроветворной системы, так и различными патологическими состояниями не связанными на прямую с дефектами кроветворной системы. Упрощенно анемию следует рассматривать как следствие функциональной недостаточности гемоглобина. Снижение содержания гемоглобина в крови в основном происходит при одновременном понижении количества эритроцитов (красные кровяные тельца) и изменением их качественного состава.             Объязательной составляющей функционального гемоглобина и ряда ферментов энергетического обмена является железо. Состояния, характеризующиеся недостатком или избытком железа называются гипосидерозом и гемохроматозом соответственно.

Гипосидерозы (железодефицитные анемии) относятся к наиболее распространенным заболеваниям человека с разнообразными клиническими проявлениями — как латентными, так и тяжелыми прогрессирующими состояниями, способными вызывать органные и тканевые повреждения. В частности, железодефицитная анемия оказывает отрицательное влияние на исход беременности, вызывая нарушения внутриутробного развития плода, способствует фетоплацентарной недостаточности и внутриутробной задержке роста плода.

Гемохроматоз (состояния с избытоком железа) способствует образованию активных форм кислорода, обладающих цитотоксическим действием и вызывает такие тяжелые заболевания, какими являются кардиомиопатия, цироз и опухоли печени и др.

Как недостаток, так и избыток железа оказывают неблагоприятное влияние на здоровье человека. Для поддержания уровня железа в достаточно узком допустимом диапазоне концентраций, абсорбция экзогенного железа и его метаболизм должны находится под жестким контролем.

Анемия хронических воспалительных заболеваний (АХВЗ) является приобретенным осложнением многих хронических процессов и по распространенности занимает одно из ведущих мест в общей структуре анемий различного генеза. Принято считать, что развитие АХВЗ является следствием нарушений различных звеньев эритропоэза, таких как:

• снижение чувствительности клеток предшественников к действию эритропоэтина (ЭПО)
• сокращение продолжительности жизни энтероцитов
• неспособность эритробластов утилизировать пищевое и эндогенное железо
• низкий уровень железа в кровотоке, обусловленный его депонированием в тканевых макрофагах
• нарушения абсорбции пищевого железа из кишечника

Железо является жизненно необходимым элементом всех организмов. Оно входит в состав более сотни белков и ферментов организма человека, занимающих ключевые позиции в кроветворении, дыхании, окислительно-востановительных реакциях и в различных иммунных процессах.

• Организм взрослого человека содержит в среднем около 4000мг железа.
• Из общего содержания железа 400-600мг (10-15%) приходится на железо включенное в состав различных гем-содержащих, транспортных и др. железосодержащих белков и ферментов.
• 2600-2800мг от общего содержания железа (65-70%) находится в составе эритроцитов, циркулирующих в кровотоке.
• Ежесуточное потребление железа для нужд эритропоэза в костном мозге составляет около 22мг.
• Примерно такое же количество железа (22мг) направляется ежесуточно в кровоток из поврежденных эритроцитов, перерабатываемых макрофагами ретикуло-эндотелиальной системы.
• Количество железа депонированное в тканевых макрофагах составляет около 800мг (20%).
• В норме ежесуточно из организма человека выводится около 1-2мг железа, которое восполняется экзогенным пищевым железом, абсорбируемым дуоденальными энтероцитами и поступающим в кровоток, по мере необходимости.

Поддержание и перераспределение железа между дистанционно-разобщенными компартаментами представляет собой строго контролируемый динамический процесс, регулируемый в соответствии с потребностями организма.

В последние 10-15 лет в связи с открытием новых белковых молекул, принимающих участие в процессах абсорбции, хранении и реутилизации железа представления о его метаболизме претерпели существенные изменения. Настоящим прорывом в понимании регуляции системного гомеостаза железа явилось открытие гепсидина — универсального регулятора клеточного содержания железа.

Гепсидин — это олигопептид, состоящий из 25 аминокислотных остатков, содержащий 4 дисульфидных мостиков. Он представляет собой С-концевой фрагмент своего предшественника — прогепсидина, состоящего из 84 аминокислотных остатков и синтезируемого в клетках печени.

Продукция гепсидина гепатоцитами понижается в ответ на стимуляцию экспорта железа из клеток в кровоток при недостатке сывороточного железа или при повышенном уровне эритропоэза. Вместе с тем, продукция гепсидина повышается в ответ на необходимость понижения экспорта железа из ретикуло-эндотелиальных клеток в системный кровоток при избытке сывороточного железа и при воспалительных процессах.

Высвобождение абсорбированного энтероцитами железа в циркулирующую кровь происходит с помощью трансмембранного белка ферропортина*, передающего железо молекулам трансферина**, циркулирующим в кровотоке. Интенсивность поступления железа в кровоток зависит от содержания в крови не насышенного железом трансферина. Связанное с трансферином железо поступает в основном в костный мозг, где используется для эритропоэза. Другая, минорная часть железа, депонируется в печени и еще меньшая его часть включается в состав кислород-транспортирующих ферментов.

Депонирование железа осуществляется ферритином — белком, который преимущественно содержится в макрофагах печени, селезенки и костного мозга. Ферритин*** является основным белком, депонирующим железо. Он содержит около 20% железа организма.

* Ферропортин — трансмембранный белок, локализованный в базотеральной мембране эритроцита в составе комплексаIREG1/ferroportine/MTR1 (iron regulated proteine 1/ferroportine/metal transporter proteine 1), который окисляет Fe++ до Fe+++ и переправляет его к свободным молекулам трансферрина, циркулирующим в кровотоке.

                ** Трансферрин – это комплекс ионов железа с апотрансферрином, который представляет из себя белок с молекулярной массой около 240кДа и содержит два железосвязывающих центра. Функция трансферрина заключается в транспортировке железа до трансферрин-связывающих поверхностных рецепторов клеток, в которых оно депонируется в виде ферритина.

                *** Ферритин – это комплекс ионов железа с апоферритином. Последний представляет из себя белок с молекулярной массой около 450кДа, состоящий из 24 субъедениц, образующих полость, способную связывать до 4000 ионов железа. В норме каждая молекула ферритина содержит в среднем около 2200 ионов железа.

Основная биологическая функция ферритина заключается в депонировании запасов железа в клетках печени, селезенки, костного мозга и ретикулоцитах. Кроме того, ограниченное количество ферритина содержится в циркулирующей крови, где он выполняет функцию переносчика ионов железа от ретикулоэндотелиальных к паренхиматозным клеткам печени.

Впервые связь между гепсидином и гомеостазом железа была продемонстрирована Pigeon и сооавторами, которые показали, что избыток железа в сыворотке крови приводит к повышенной экспрессии предшественника гепсидина в печени. Аналогичный эффект был зафиксирован ими при имитации воспалительного процесса путем иньекции мышам липополисахаридов (ЛПС).

Эксперименты с трансгенными линями мышей позволили установить, что гепсидин является отрицательным регулятором захвата железа в тонком кишечнике и его релиза из макрофагов. Такое заключение было основано на том факте, что у линии «нокаутных» мышей (мыши с отсутствующим геном прогепсидина) развивался гемохроматоз. В то же время исследования проведенные на трансгенных мышах с повышенной экспрессией гена прогепсидина показали, что повышенная продукция гепсидина ведет к острому дефициту железа и, как следствие, к гибели этих трансгенных мышей вскоре после рождения. Эти данные указывают на то, что гепсидин блокирует не только кишечное всасывание железа и его релиз макрофагами но и перенос через плаценту. Дальнейшие исследования позволили установить ингибирующее влияние гепсидина на транспорт железа повсеместно, включая разные типы клеток.

Обладая свойствами, характерными для белков острой фазы, уровень гепсидина в крови повышается при любых воспалительных процессах, протекающих в организме. Это позволило предположить, что в патогенезе АХВЗ гепсидин выступает в роли непосредственного медиатора. Позже было показано, что повышенная продукция гепсидина при воспалениях осуществляется посредством провоспалительных цитокинов, наиболее эффективным из которых является интерлейкин-6 (ИЛ-6).

В экспериментах с участием волонтеров было показано, что при воспалении, индуцированном липополисахаридами (ЛПС), через 3 часа происходит повышение сывороточной концентрации ИЛ-6 и уже через 6 часов наблюдается пик экспрессии гепсидина и резкое снижение концентрации железа в сыворотке. Аналогичные результаты были получены при развитии воспалительного процесса инициированного бактериальными инфекциями, а также при опухолевом росте. В обоих случаях, на фоне повышения сывороточных концентраций ИЛ-6 и гепсидина, было зафиксированно развитие анемии.

На рис. 1 представлена схема регуляции продукции гепсидина при воспалительных процессах, индуцируемых патоген-специфическими макромолекулами (в частности ЛПС), инфекционными агентами или перерожденными опухолевыми тканями и др. Согласно этой схеме (Nemeth и сооавт.) воспаление индуцирует повышенную выработку макрофагами интерлейкина-6, который, со своей стороны, активирует продукцию гепсидина гепатоцитами. Образующейся избыточный гепсидин, уровень которого может повышатся в сотни раз, блокирует выход железа из макрофагов и его абсорбцию кишечником, вызывая тем самым гипоферремию.

Обратная картина наблюдается при анемии и гипоксии. Развитие анемии приводит к понижению экспрессии гена гепсидина и соответственно к понижению его концентрации в крови. В результате нормализуется всасывание экзогенного железа кишечником и релиза эндогенного железа из макрофагов (рис. 2). При гипоксии происходит повышение сывороточного уровня «индуцированного гипоксией фактора» —   HIF-1alfa, контролирующего экспрессию гена эритропоэтина (ЭПО). Повышение сывороточной концентрации HIF-1 alfa приводит к повышенной продукции ЭПО почками. Вследствие этого происходит активация процесса эритропоеза, что требует усиления абсорбции энтероцитами железа и мобилизации его из макрофагов печени и селезенки посредством понижения уровня гепсидина (рис. 2).

Представленные данные позволили заключить, что гепсидин является принципиальным железорегуляторным гормоном и ключевым медиатором АХВЗ.

Другими аргументами, свидетельствующими о ключевой роли гепсидина в регуляции метаболизма железа являются:

• Развитие анемии, резистентной к терапии препаратами железа у пациентов с гепсидин продуцирующими опухолями.
• Гемохроматозы наследственной природы, обусловленные мутациями в гене прогепсидина.

Субнормальная абсорбция пищевого железа и задержка его освобождения из макрофагов — четко прослеживаются при инфекциях, опухолях и хронических воспалительных заболеваниях. Установлено, что при этих заболеваниях ограничено усвоение железа клетками предшественниками эритропоэза, даже при достаточности его запасов на начальных этапах развития анемии.

Кроме регуляции абсорбции железа, гепсидин способен разрушать бактериальные мембраны, создавая неблагоприятное микроокружение для микроорганизмов попавших в кровоток.

Гепсидин, индуцируя накопление железа макрофагами, лишает микроорганизмы необходимого компонента (железа) для продукции супероксиддисмутазы, которая, в свою очередь, защищает их от кислородных радикалов хозяина.

ГЕПСИДИН И АХВЗ ПРИ РЕВМАТОИДНОМ АРТРИТЕ

Ревматоидный артрит (РА) является одним из наиболее распространенных воспалительных заболеваний суставов. В структуре ревматических патологий РА составляет около 15%. Он представляет из себя не только медицинскую, но и социально-экономическую проблему, поскольку развивается в активном трудоспособном возрасте.

Согласно литературным данным примерно у 70% больных РА это заболевание сопровождается анемией, при этом часто диагностируется анемия хронических воспалительных заболеваний (АХВЗ).

В последнее 10-15 лет усилями ряда исследовательских групп было показано, что в патогенезе АХВЗ ключевая роль принадлежит гепсидину, который будучи белком острой фазы участвует в инфекционных и воспалительных процессах и, что наиболее важно, он является универсальным регулятором гомеостаза железа, включая регуляцию поступления пищевого железа в организм, а также регуляцию его компартментализации, хранения и перераспределения в зависимости от потребностей организма.

Гепсидин представлет из себя олигопептид, состоящий из 25 аминокислотных остатков и содержащий 4 дисульфидных мостиков. Он синтезируется в гепатоцитах ввиде предшественника, состоящего из 84 аминокислотных остатков.

Связь между восполительным процессом и продукцией гепсидина гепатоцитами осуществляется посредством интерлейкина 6 (ИЛ-6), продуцирование которого макрофагами индуцируется воспалительным процессом (рис. 1).

В таблице 1 представлены клинико-лабораторные характеристики больных РА в зависимости от характера анемии.

Табл. 1. Сывороточные уровни гемоглобина, гепсидина, ИЛ-6 и отношение уровней ИЛ-6/гепсидин для следующих
групп больных РА: 1. при отсутствии анемии, (N=29) — контрольная группа; 2. с верифицированной
железодефицитной анемией (ЖДА), (N=17); 3. с верифицированной АХВЗ без ЖДА, (N=13)

 

* Нормированные к 1 (контрольная группа) отношения сывороточных концентраций

Из представленных данных следует, что при АХВЗ наблюдается прямая корреляция между сывороточными концентрациями ИЛ-6 и гепсидина, что согласуется с представлением о регуляции продукции гепсидина при воспалении приведенном на рис. 1. В то же время у больных РА с верифицированной ЖДА наблюдается пониженная по отношению к контрольной группе концентрация гепсидина в сыворотке крови, что способствует абсорбции пищевого железа из кишечника и его релиза из макрофагов.

Таким образом, тестирование уровня гепсидина в сыворотке крови позволяет проводить дифференциацию АХВЗ и ЖДА у больных РА, поскольку при АХВЗ уровень гепсидина в кровотоке существенно повышен по отношению к уровню гепсидина для больных РА без анемии, а при ЖДА уровень гепсидина наоборот понижен.

ВНИМАНИЕ!    определение концентрации гепсидина в сыворотке крови имеет важное практическое значение, поскольку некорректная трактовка АХВЗ как ЖДА влечет за собой не эффективную терапию препаратами железа, что сопряжено с высоким риском развития осложнений.

В настоящее время лечение АХВЗ при РА основанно на применении антагониста гепсидина — тоцилизумаба. Тоцилизумаб это рекомбинантное антитело к человеческому рецептору ИЛ-6. Тоцилизумаб (актерма) селективно связывается и блокирует мембранные и растворимые рецепторы ИЛ-6. В результате продукция гепсидина гепатоцитами резко снижается.
(Подробнее см. http://www.roche.ru/home/ljekarstva/charakterystyki_produktov/actemra.html, http://studentdoctorprofessor.com.ua/ru/node/1233).

Гепсидин способствует накоплению железа в синовиальных оболочках. Железо синовиальной оболочки обладает способностью индуцировать образование свободных кислородных радикалов, способствующих поражению суставов при РА и хронизации заболевания.

Имеются данные об обратной зависимости встречаемости туберкулеза и ревматоидного артрита, которая может быть опосредовано избытком гепсидина: возможно недоступность железа при РА зашишает организм от туберкулеза.

 Литература

Andrews N. C. Anemia of inflammation: the cytokine-hepcidin link. J Clin Invest 2004;113:1251-3.
Demirag M., Haznedaroglu S. R., Banu S. K. et al. Circulating hepcidin in the crossroads of anemia and inflammation associated eith rheumatoid arthrits. Inter Med 2009;48:421-6.
Demirjian S. G., Nurko S. Anemia of chronic kidney disease: when normaly becomes undesirable. Cleve Clin J Med 2008;75(5):353-6.
Ganz T. Hepcidin in iron metabolism. Curr Opin Hematol 2004;11(4):251-4.
Genovese M. C., McKary J. D., Nasonov E. L. et al. Interleukin-6 receptor inhibition with tocilizumab reduced disease — modifying antirheumatic drugs: the tocilizumab in combination with traditional disease — modifying antirheumatoic brug therapy study. Arthr Rheum 2008;58(10):2968-80.
Jayaranee S., Sthaneshwar P., Sokkalingam S. Serum prohepcidin concentrations in rheumatiod arthrits. Pathology 2009;41(2):178-82.
Jaworski J., Maslinski W., Pazdur J. et al. Decreased expression of integrins by hematopoietic cells in patients with rheumatoid arthrits and anemia: relationship with bone marrow cytokine levels. J Investing Allergol Clin Immunol 2008;18(1):17-21.
Kim H. R., Kim K. V., Yoon S. Y. et al. Serum pro-hepcidin could reflect disease activity in patients with rheumatoid arthritis. J Korean Med Sci 2010;25(3):348-52.
Masson C. Rheumatoid anemia. Joint Bone Spine 2011;78(2):131-7.
Nemeth E., Valore E. V., Territo M. et al. Hepcidin, a putative mediator of anemia of inflammation, is a type II acutephase protein. Blood 2003;101:2461-3.
Nemeth E., Rivera S., Gabayan V. et al. IL-6 mediates typoferremia of inflammation by inducting the synthesis of the iron regulatory hormone hepcidin. J Clin Invest 2004;113:1271-6.
Nicolas G., Chauvet C., Viatte I. et al. The gene encoding the iron regulatory peptide hepcidin is regulated by anemia, hypoxia and inflammation. J Clin Invest 2002;(110):1037-44.
Nikolaisen C., Figenschau Y., Nossent J.C. Anemia in early rheumatoid arthritis is associated with iterleukin 6-mediated bone marrow suppression, but has no effect on disease course or mortality. J Rheumatol 2008;35(3):380-6.
Nissenson A. R., Goodnough I. T., Dubois R. W. Anemia: not just an innocent bystander? Arch Intern Med 2003;163:1400-4.
Pigeon C., Ilyin G., Courselaud B. et al. A new mouse liver-specific gene, encoding a protein homologous to human antimicrobial peptide hepcidin, is overexpressed during iron overload. J Biol Chem 2001;7811-9.
Weiss G., Goodnough I. T. Anemia of chronic disease. New Eng J Med 2005; 352(10):1011-23.
Галушко Е. А. Анемия хронического заболевания. Науч-практич ревматол 2009;3(Прил.):70-8.
Галушко Е. А., Беленький Д. А., Александрова Е. Н., Кашникова Л. Н. Науч-практич ревматол 2012;52(3):19-24.
Левина А. А., Казюкова Т. В., Цветаева Н. В. и др. Гепсидин как регулятор гомеостаза железа. Педиатрия 2008;8(1):67-75.
Литвинов А. В., Иванян А. Н., Никифорович И. И. Российский вестник акушера-гинеколога  2010; 1: 11-14.
Насонов Е. Л., Панасюк Е. Ю., Булдаков С. Г. и др. Эффективность и безопасность тоцилизумаба при ревматоидном артрите (промежуточные результаты российского многоцентрового исследования). Науч-практич ревматол 2010;2:21-30.

Лаборатория «Диаген Плюс» начиная с 1-ого апреля 2015г. внедрила в диагностическую практику количественное тестирование Гепсидина в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа (тест-система: HEPCIDIN-25(Bioactive) ELISA, Enzymeimmunoassay for the quantitative measurement of Hepsidin in serum).

Ожидаемые значения сывороточных концентраций гепсидина для практически здоровых представителей европейской популяции (тест-система: IBL Ref.54161)

Значения сывороточных концентраций гепсидина для представителей армянской популяции с содержанием гемоглобина в крови12.9±1.1 г/дл (данные лаборатории «Диаген Плюс»)