L’homéostasie systémique du fer est coordonnée par l’hormone hépatique hepcidine1. L’hépcidine inhibe l’exportation du fer par le transporteur cellulaire du fer, la ferroportine, empêchant ainsi l’absorption du fer et la libération du fer recyclé ou stocké dans le plasma, ce qui entraîne une diminution des taux de fer plasmatique.2 La production d’hépcidine change rapidement et sur une large plage dynamique pour assurer le maintien de l’homéostasie du fer. L’hepcidine est supprimée dans des conditions qui nécessitent un apport accru en fer, comme l’érythropoïèse de stress, l’hypoxie, la croissance et la grossesse.43 Inversement, l’hepcidine est induite par une charge en fer pour empêcher l’accumulation d’un excès de fer, ou par une inflammation dans le cadre de la réponse de défense de l’hôte à l’infection.65 Bien que la régulation de l’hepcidine par des stimuli singuliers ait été bien étudiée, en particulier dans des modèles animaux, nous ne comprenons toujours pas l’interaction complexe de signaux opposés dans la régulation de l’expression de l’hepcidine et de l’homéostasie du fer chez l’homme.

Dans ce numéro d’Haematologica, Stoffel et al. rapportent une étude prospective chez de jeunes femmes pour évaluer la contribution relative de l’anémie ferriprive et du stimulus inflammatoire aigu sur l’homéostasie du fer7 (Figure 1). Cette étude bien contrôlée a inclus un total de 46 femmes : 25 non anémiques et 21 présentant une anémie ferriprive (IDA). Par rapport à leurs homologues non anémiques, les femmes anémiques avaient un taux d’hémoglobine inférieur de 2 g/dL, un taux de fer sérique, une saturation de la transferrine, une ferritine et des réserves de fer corporelles inférieurs, et un taux d’érythropoïétine et de récepteur de la transferrine sérique supérieurs. L’étude a exclu les sujets présentant des facteurs de confusion affectant le métabolisme du fer, notamment une inflammation préexistante, une maladie chronique, une obésité, une grossesse ou une supplémentation en vitamines et/ou minéraux pendant deux semaines avant et pendant l’étude. Un stimulus inflammatoire aigu a été modélisé par l’injection intramusculaire d’un vaccin contre la grippe/diphtérie-tétanos-coqueluche chez tous les sujets. Les marqueurs inflammatoires et du fer ont été mesurés au début de l’étude et 8, 24 et 36 heures (h) après la vaccination.

Figure 1.La conception (A) et les résultats (B) de l’étude prospective chez les femmes par Stoffel et al.7. L’étude a évalué la contribution relative de l’anémie ferriprive et des stimuli inflammatoires aigus sur l’homéostasie du fer. h : heures ; j : jour.

Les sujets ont également reçu des repas tests contenant du Fe (isotope non radioactif du fer), qui ont permis d’évaluer l’incorporation du Fe par les érythrocytes comme mesure de l’absorption du fer. Le premier repas de Fe et la première mesure du Fe érythrocytaire ont été effectués avant le stimulus inflammatoire (« ligne de base »). Le deuxième repas de fer a été administré 24 heures après le vaccin, au moment de l’augmentation maximale ou quasi-maximale de l’IL-6 et de l’hepcidine, suivi de la deuxième mesure du Fe érythrocytaire. Bien que les mesures du Fe érythrocytaire aient été effectuées 19 jours après chaque ingestion de Fe, elles devraient refléter fidèlement l’absorption du fer le jour de la consommation du repas pour les raisons suivantes. Chez les humains qui ne sont pas chargés en fer, la majorité du fer absorbé est chargé sur la transferrine et est destiné à l’érythropoïèse : des expériences de ferrocinétique ont montré qu’après l’ingestion de Fe, environ 82-91% du fer radiomarqué absorbé est détecté dans les érythrocytes après deux semaines.98 De plus, la durée de vie des érythrocytes est d’environ 120 jours, bien plus longue que la durée de l’étude de Stoffel et al. Ainsi, tout effet confondant du recyclage des globules rouges Fe et de la modulation par l’hepcidine des flux de fer recyclé aurait été minime.

L’administration du vaccin a induit une inflammation systémique dans les deux cohortes de femmes, comme en témoigne une augmentation de l’interleukine-6 (IL-6), un régulateur majeur de la production d’hepcidine. Malgré cela, on a constaté une différence surprenante dans la réponse à l’hepcidine. L’hepcidine sérique a augmenté dans le groupe non anémique dans les 24 heures suivant la vaccination mais est restée inchangée dans le groupe IDA. La corrélation entre l’IL-6 et l’hepcidine était significative 24 heures après la vaccination, uniquement dans le groupe non anémique mais pas dans le groupe IDA. Les taux de fer sériques reflétaient la réponse à l’hepcidine : dans la cohorte non anémique, l’augmentation de l’hepcidine sérique était associée à une diminution du fer sérique, alors que dans le groupe IDA, aucun changement du fer sérique n’a été observé. Les auteurs ont donc conclu que pendant l’AID, la régulation de l’hepcidine par le fer et/ou l’activité érythropoïétique supplante la régulation de l’hepcidine par l’inflammation aiguë. La mesure de l’incorporation du fer dans les érythrocytes à partir de repas tests marqués au Fe a fourni un aperçu précieux de l’absorption du fer avant et après le stimulus inflammatoire aigu. L’incorporation du fer érythrocytaire était plus élevée chez les sujets AID que chez les sujets non anémiques à tous les moments examinés, ce qui reflète une absorption accrue du fer dans ce groupe. Il est intéressant de noter que l’incorporation du fer érythrocytaire n’a pas été affectée par l’inflammation dans les deux groupes, malgré une augmentation de l’hepcidine chez les femmes non anémiques. Comme le soulignent les auteurs, une explication possible est que les entérocytes peuvent être moins sensibles à l’effet de l’hepcidine que les macrophages de recyclage.10 Ainsi, une augmentation modérée de l’hepcidine après la vaccination chez les femmes non anémiques pourrait provoquer une hypoferrémie sans, dans le même temps, affecter l’absorption duodénale du fer, car la concentration sérique en fer est principalement déterminée par l’exportation du fer par les macrophages. Il est intéressant de noter que dans le groupe non anémique, l’incorporation de Fe dans les érythrocytes était inversement corrélée à l’hepcidine sérique, tant au départ (r=-0,792 ; P<0,001) qu’après la vaccination (r=-0,708 ; P<0,001). Cela suggère que, sur une gamme plus large de concentrations, l’hepcidine module effectivement l’absorption du fer, mais que les changements d’hepcidine après la vaccination étaient trop faibles pour exercer un effet sur les entérocytes.

Cette étude est la première à tester la régulation hiérarchique dynamique de l’hepcidine par le fer et l’inflammation dans un essai bien contrôlé chez l’homme, et a montré que l’anémie ferriprive exerçait un effet dominant sur celui de l’inflammation aiguë dans ce contexte. Quel est le mécanisme moléculaire qui pourrait expliquer cette observation ? Le promoteur de l’hepcidine contient à la fois des éléments de réponse (RE) de la protéine morphogénétique osseuse (BMP) et un STAT3-RE.11 La régulation de l’hepcidine médiée par le fer se fait par la voie BMP-SMAD. On pense que les cellules endothéliales sinusoïdales du foie sécrètent des BMP2 et BMP6 proportionnellement aux réserves de fer du foie;1312 ces ligands agissent ensuite de manière paracrine, et se lient aux récepteurs BMP et à leur corécepteur hémojuveline (HJV) sur les hépatocytes pour induire la phosphorylation de SMAD1/5. Le SMAD1/5 phosphorylé forme un complexe avec le SMAD4, transloque vers le noyau de l’hépatocyte et se lie au BMP-RE pour induire l’expression de l’hepcidine. On pense que les concentrations d’holotransferrine, qui sont détectées par les protéines TfR1/HFE et TfR2 sur les hépatocytes, modulent également la même voie de signalisation BMP dans ces cellules. De faibles réserves de fer et un faible taux de fer circulant (observé dans le groupe IDA dans cette étude), entraîneraient une diminution de la signalisation BMP et un faible niveau de transcription de l’hepcidine. Un faible taux d’hepcidine permettrait alors une augmentation de l’absorption et de la mobilisation du fer à partir des réserves. Cependant, en présence d’une infection, la biodisponibilité accrue du fer devient un handicap, car les agents pathogènes ont également besoin de fer pour proliférer et survivre. Dans le cadre de la défense de l’hôte, l’hepcidine est induite par l’infection et l’inflammation afin de limiter la disponibilité du fer pour les agents pathogènes. La régulation de l’hepcidine par l’infection et l’inflammation est médiée en grande partie par l’IL-6.14 La liaison de l’IL-6 à son récepteur, IL-6Rα, et à son corécepteur, gp130, entraîne la phosphorylation de JAK1/2 dans les hépatocytes, qui phosphoryle ensuite STAT3. Ce dernier se dimérise alors et se transloque dans le noyau pour induire l’expression de l’hepcidine.

Important, il a été démontré que la voie BMP est en synergie avec la voie STAT3 pour induire la transcription de l’hepcidine. La perturbation de BMP-RE dans une lignée cellulaire hépatique a altéré la réponse de l’hepcidine à l’IL-6.15 Des études utilisant des modèles de souris ont démontré que l’induction de l’hepcidine en réponse à l’inflammation est émoussée lorsque la signalisation BMP hépatique est génétiquement perturbée.2016 L’absence de HJV ou d’ALK3 a empêché l’induction de l’hepcidine in vivo après un stimulus inflammatoire aigu (LPS ou IL-6).17 De même, chez les souris Hfe et Tfr2 knockout, l’induction de l’hepcidine en réponse au LPS était également atténuée.16 Bien que ces études sur les souris n’aient pas modélisé une anémie ferriprive, comme celle observée chez les sujets de l’étude de Stoffel et al.7, elles ont fourni la preuve de principe que la voie BMP joue un rôle important dans la réactivité de l’hepcidine à l’inflammation.

Il reste cependant à déterminer si la diminution présumée de la signalisation BMP-SMAD chez les sujets de l’étude est causée par une carence en fer, ou par une anémie et une activité érythropoïétique accrue, ou par la combinaison de ces facteurs. L’anémie induit la sécrétion d’érythropoïétine (EPO) par les reins.21 L’EPO agit à son tour sur les érythroblastes de la moelle osseuse pour induire l’expression de l’érythroferrone (ERFE),22 et il est démontré que l’ERFE fonctionne comme un piège à BMP pour supprimer l’hepcidine.23 Bien que l’EPO ait été élevée chez les sujets AID dans cette étude, les niveaux sériques d’ERFE n’ont pas été mesurés mais pourraient donner un aperçu de la contribution de l’anémie à la réponse émoussée de l’hepcidine. Il serait intéressant de voir si la carence en fer est suffisante à elle seule pour empêcher l’induction de l’hepcidine à la suite d’une stimulation inflammatoire aiguë. En fait, huit des 25 femmes du groupe non anémique ont été signalées comme étant carencées en fer, mais n’ont pas été analysées en tant que sous-groupe pour déterminer la contribution de l’anémie par rapport à la carence en fer.

En plus de la convergence des signaux sur le promoteur de l’hepcidine, un autre aspect à considérer dans la régulation de l’hepcidine est la force relative et la durée de chaque signal. Dans cette étude, l’anémie ferriprive était relativement légère (hémoglobine médiane de 11,3 g/dL), mais probablement chronique. Le signal inflammatoire était modéré et probablement transitoire, l’IL-6 ayant été multiplié par 2 ou 3 après la vaccination par rapport aux valeurs de départ. L’induction de l’hepcidine était également modérée : dans le groupe non anémique, les taux d’hepcidine ont été multipliés par 2 après 24 heures par rapport aux valeurs de base. Il reste à déterminer si un stimulus inflammatoire plus fort ou plus prolongé, comme au cours d’une infection active, annulerait l’effet de l’AID sur l’hepcidine. Néanmoins, en accord avec Stoffel et al, une étude transversale qui a comparé des patients atteints d’anémie de maladie chronique (ACD) à ceux atteints d’IDA ou d’un état mixte ACD/IDA, a rapporté que l’hepcidine était augmentée chez les patients atteints d’ACD par rapport aux sujets témoins, mais que chez les patients atteints d’un état mixte ACD/IDA, malgré une IL-6 élevée, les niveaux d’hepcidine étaient comparables à ceux observés chez les patients IDA24.

En conclusion, les données obtenues à partir de l’étude prospective bien conçue et bien exécutée chez des sujets humains par Stoffel et al. soutiennent la conclusion selon laquelle, au cours de l’anémie ferriprive, lorsqu’elle est mise au défi par une inflammation aiguë modérée mais transitoire, l’acquisition du fer est prioritaire par rapport à la restriction du fer. Les questions concernant le mécanisme moléculaire et la contribution relative de l’activité érythropoïétique par rapport à la carence en fer dans la prévention d’une augmentation de l’hepcidine médiée par l’inflammation doivent encore être résolues. Fait important, cette étude humaine ouvre la voie à l’analyse des interactions entre la carence en fer et l’inflammation, un sujet de grande importance pour la conception et la mise en œuvre de politiques de prévention et de traitement de l’anémie dans les régions où la carence en fer, l’infection et l’inflammation ne sont que trop courantes.

Remerciements et divulgations

Sources de soutien : NIH Ruth L. Kirschstein National Research Service Award T32-5T32HL072752-13 (à VS). EN est actionnaire et conseiller scientifique d’Intrinsic LifeSciences.

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