La homeostasis sistémica del hierro está coordinada por la hormona hepática hepcidina.1 La hepcidina inhibe la exportación de hierro a través del transportador celular de hierro ferroportina, impidiendo así la absorción de hierro y la liberación de hierro reciclado o almacenado en el plasma, lo que da lugar a una disminución de los niveles de hierro en el plasma.2 La producción de hepcidina cambia rápidamente y en un amplio rango dinámico para garantizar el mantenimiento de la homeostasis del hierro. La hepcidina se suprime en condiciones que requieren un mayor suministro de hierro, como la eritropoyesis de estrés, la hipoxia, el crecimiento y el embarazo.43 Por el contrario, la hepcidina es inducida por la carga de hierro para evitar la acumulación de un exceso de hierro, o por la inflamación como parte de la respuesta de defensa del huésped a la infección.65 Aunque la regulación de la hepcidina por estímulos singulares ha sido bien estudiada, sobre todo en modelos animales, todavía no conocemos la compleja interacción de señales opuestas en la regulación de la expresión de la hepcidina y la homeostasis del hierro en los seres humanos.

En este número de Haematologica, Stoffel et al. informan sobre un estudio prospectivo en mujeres jóvenes para evaluar la contribución relativa de la anemia ferropénica y el estímulo inflamatorio agudo en la homeostasis del hierro7 (Figura 1). El estudio, bien controlado, incluyó a un total de 46 mujeres: 25 no anémicas y 21 con anemia ferropénica (ADI). En comparación con sus homólogas no anémicas, las mujeres anémicas tenían 2 g/dL menos de hemoglobina, menos hierro sérico, saturación de transferrina, ferritina y reservas de hierro corporal, y más eritropoyetina y receptor de transferrina sérico. El estudio excluyó a los sujetos con factores de confusión que afectaban al metabolismo del hierro, como la inflamación preexistente, las enfermedades crónicas, la obesidad, el embarazo o la administración de suplementos vitamínicos y/o minerales durante las dos semanas anteriores al estudio y durante el mismo. Se modeló un estímulo inflamatorio agudo mediante una inyección intramuscular de una vacuna contra la gripe/difteria-tétanos-tosis en todos los sujetos. Los marcadores inflamatorios y de hierro se midieron al inicio y a las 8, 24 y 36 horas (h) después de la vacunación.

Figura 1.El diseño (A) y los resultados (B) del estudio prospectivo en mujeres de Stoffel et al.7 El estudio evaluó la contribución relativa de la anemia ferropénica y de los estímulos inflamatorios agudos en la homeostasis del hierro. h: horas; d: día.

Los sujetos también recibieron comidas de prueba que contenían Fe (isótopo no radiactivo del hierro), lo que permitió evaluar la incorporación de Fe en los eritrocitos como medida de la absorción del hierro. La primera comida con Fe y la primera medición del Fe eritrocitario se realizaron antes del estímulo inflamatorio («línea de base»). La segunda comida de Fe se administró 24 horas después de la vacuna, en el momento del aumento máximo o casi máximo de la IL-6 y la hepcidina, seguido de la segunda medición del Fe eritrocitario. Aunque las mediciones de Fe eritrocitario se realizaron 19 días después de cada ingestión de Fe, deberían reflejar fielmente la absorción de hierro en el día del consumo de la comida por las siguientes razones. En los seres humanos que no están cargados de hierro, la mayor parte del hierro absorbido se carga en la transferrina y se destina a la eritropoyesis: los experimentos de ferrocinética demostraron que, tras la ingestión de Fe, se detecta en los eritrocitos aproximadamente el 82-91% del hierro radiomarcado absorbido al cabo de dos semanas.98 Además, la vida útil de los eritrocitos es de unos 120 días, mucho más que la duración del estudio de Stoffel et al. Por lo tanto, cualquier efecto de confusión del reciclaje de los eritrocitos y la modulación de la hepcidina de los flujos de hierro reciclado habría sido mínimo.

La administración de la vacuna indujo una inflamación sistémica en ambas cohortes de mujeres, como se refleja en un aumento de la interleucina-6 (IL-6), un importante regulador de la producción de hepcidina. A pesar de ello, hubo una sorprendente diferencia en la respuesta de la hepcidina. La hepcidina sérica aumentó en el grupo no anémico en las 24 horas siguientes a la vacunación, pero no se modificó en el grupo con ADI. La IL-6 y la hepcidina se correlacionaron significativamente a las 24 horas de la vacunación sólo en el grupo no anémico pero no en el grupo IDA. Los niveles de hierro sérico reflejaron la respuesta de la hepcidina: en la cohorte no anémica, el aumento de la hepcidina sérica se asoció con la disminución del hierro sérico, mientras que en el grupo IDA no se observaron cambios en el hierro sérico. Por lo tanto, los autores concluyeron que durante la AIF, la regulación de la hepcidina por el hierro y/o la actividad eritropoyética sustituye a la regulación de la hepcidina por la inflamación aguda. La medición de la incorporación de hierro en los eritrocitos a partir de las comidas de prueba marcadas con Fe proporcionó una valiosa información sobre la absorción de hierro antes y después del estímulo inflamatorio agudo. La incorporación de hierro en los eritrocitos fue mayor en los sujetos con ADI en comparación con los no anémicos en todos los puntos temporales examinados, lo que refleja una mayor absorción de hierro en este grupo. Curiosamente, la incorporación de Fe en los eritrocitos no se vio afectada por la inflamación en ninguno de los dos grupos, a pesar del aumento de la hepcidina en las mujeres no anémicas. Como señalan los autores, una posible explicación es que los enterocitos pueden ser menos sensibles al efecto de la hepcidina que los macrófagos de reciclaje.10 Así, un aumento moderado de la hepcidina después de la vacunación en las mujeres no anémicas podría causar hipoferremia sin, al mismo tiempo, afectar a la absorción duodenal de Fe, porque la concentración sérica de hierro está determinada predominantemente por la exportación de hierro de los macrófagos. Curiosamente, en el grupo no anémico, la incorporación de Fe en los eritrocitos estaba inversamente correlacionada con la hepcidina sérica tanto al inicio (r=-0,792; P<0,001) como después de la vacunación (r=-0,708; P<0,001). Esto sugiere que, en un rango más amplio de concentraciones, la hepcidina modula la absorción de hierro, pero que los cambios de la hepcidina después de la vacunación fueron demasiado pequeños para ejercer un efecto sobre los enterocitos.

Este estudio es el primero en probar la regulación jerárquica dinámica de la hepcidina por el hierro y la inflamación en un ensayo bien controlado en humanos, y mostró que la anemia por deficiencia de hierro ejerció un efecto dominante sobre el de la inflamación aguda en este escenario. ¿Cuál es el mecanismo molecular que podría explicar esta observación? El promotor de la hepcidina contiene elementos de respuesta a la proteína morfogenética ósea (BMP) y un RE de STAT3.11 La regulación de la hepcidina mediada por el hierro se produce a través de la vía BMP-SMAD. Se cree que las células endoteliales sinusoidales del hígado secretan BMP2 y BMP6 en proporción a las reservas de hierro del hígado;1312 estos ligandos actúan entonces de forma paracrina, y se unen a los receptores BMP y a su correceptor hemojuvelina (HJV) en los hepatocitos para inducir la fosforilación de SMAD1/5. El SMAD1/5 fosforilado forma un complejo con el SMAD4, se transloca al núcleo del hepatocito y se une al BMP-RE para inducir la expresión de hepcidina. Se cree que las concentraciones de holotransferrina, detectadas por las proteínas TfR1/HFE y TfR2 en los hepatocitos, también modulan la misma vía de señalización BMP en estas células. Unas bajas reservas de hierro y un bajo nivel de hierro circulante (observado en el grupo con ADI en este estudio), darían lugar a una disminución de la señalización BMP y a un bajo nivel de transcripción de hepcidina. La hepcidina baja permitiría entonces una mayor absorción y movilización de hierro desde las reservas. Sin embargo, en presencia de una infección, el aumento de la biodisponibilidad de hierro se convierte en un inconveniente, ya que los patógenos también requieren hierro para su proliferación y supervivencia. Como parte de la defensa del huésped, la hepcidina es inducida por la infección y la inflamación para limitar la disponibilidad de hierro para los patógenos. La regulación de la hepcidina por la infección y la inflamación está mediada en gran parte por la IL-6.14 La unión de la IL-6 a su receptor, el IL-6Rα, y a su correceptor, la gp130, da lugar a la fosforilación de JAK1/2 en los hepatocitos, que a su vez fosforila STAT3. Esta se dimeriza y se transloca al núcleo para inducir la expresión de la hepcidina.

Es importante destacar que se ha demostrado que la vía de las BMPs entra en sinergia con la vía de la STAT3 para inducir la transcripción de la hepcidina. La alteración de la BMP-RE en una línea celular hepática afecta a la respuesta de la hepcidina a la IL-6.15 Los estudios realizados con modelos de ratón han demostrado que la inducción de la hepcidina en respuesta a la inflamación se ve reducida cuando la señalización de la BMP hepática está genéticamente alterada.2016 La ausencia de HJV o ALK3 impidió la inducción de hepcidina in vivo tras un estímulo inflamatorio agudo (LPS o IL-6).17 De forma similar, en ratones knockout de Hfe y Tfr2, la inducción de hepcidina en respuesta a LPS también se vio atenuada.16 Aunque estos estudios con ratones no modelaron la anemia por deficiencia de hierro, como la observada en los sujetos del estudio de Stoffel et al.7, proporcionaron la prueba de principio de que la vía de la BMP desempeña un papel importante en la respuesta de la hepcidina a la inflamación.

Sin embargo, queda por determinar si la presunta disminución de la señalización de la BMP-SMAD en los sujetos del estudio está causada por la deficiencia de hierro, o por la anemia y el aumento de la actividad eritropoyética, o la combinación de estos factores. La anemia induce la secreción de eritropoyetina (EPO) por parte de los riñones.21 La EPO, a su vez, actúa sobre los eritroblastos de la médula ósea para inducir la expresión de eritroferrona (ERFE),22 y se ha demostrado que la ERFE funciona como una trampa de BMP para suprimir la hepcidina.23 Aunque la EPO estaba elevada en los sujetos con ADI en este estudio, no se midieron los niveles de ERFE en suero, pero podría aportar información sobre la contribución de la anemia a la respuesta atenuada de la hepcidina. Sería interesante ver si la deficiencia de hierro por sí sola es suficiente para evitar la inducción de hepcidina tras una estimulación inflamatoria aguda. De hecho, ocho de las 25 mujeres del grupo no anémico presentaban deficiencia de hierro, pero no se analizaron como subgrupo para determinar la contribución de la anemia frente a la deficiencia de hierro.

Además de la convergencia de las señales en el promotor de la hepcidina, otro aspecto a considerar en la regulación de la hepcidina es la fuerza y la duración relativas de cada señal. En este estudio, la anemia por deficiencia de hierro era relativamente leve (hemoglobina media de 11,3 g/dL), pero probablemente crónica. La señal inflamatoria fue moderada y probablemente transitoria, con un aumento de la IL-6 de aproximadamente 2 a 3 veces después de la vacunación en comparación con la línea de base. La inducción de la hepcidina fue igualmente moderada: en el grupo no anémico, los niveles de hepcidina se multiplicaron por 2 a las 24 horas en comparación con los valores iniciales. Queda por determinar si un estímulo inflamatorio más fuerte o prolongado, como durante una infección activa, anularía el efecto de la AIF sobre la hepcidina. No obstante, de acuerdo con Stoffel et al., un estudio transversal que comparó a pacientes con anemia de enfermedad crónica (ACD) con aquellos con IDA o condición mixta ACD/IDA, informó de que la hepcidina estaba aumentada en los pacientes con ACD en comparación con los sujetos de control, pero que en los pacientes con ACD/IDA mixta, a pesar de la elevación de la IL-6, los niveles de hepcidina eran comparables a los observados en los pacientes con IDA.24

En conclusión, los datos obtenidos del estudio prospectivo bien diseñado y ejecutado en sujetos humanos por Stoffel et al. apoyan la conclusión de que durante la anemia por deficiencia de hierro, cuando es desafiada por una inflamación aguda moderada pero transitoria, se prioriza la adquisición de hierro sobre la restricción de hierro. Las preguntas sobre el mecanismo molecular y la contribución relativa de la actividad eritropoyética frente a la deficiencia de hierro en la prevención de un aumento de la hepcidina mediado por la inflamación todavía tienen que ser respondidas. Es importante destacar que este estudio en humanos es pionero en el análisis de las interacciones entre la deficiencia de hierro y la inflamación, un tema de gran importancia para el diseño y la aplicación de políticas de prevención y tratamiento de la anemia en regiones en las que la deficiencia de hierro, la infección y la inflamación son demasiado comunes.

Agradecimientos y divulgaciones

Fuentes de apoyo: Premio del Servicio Nacional de Investigación T32-5T32HL072752-13 del NIH Ruth L. Kirschstein (a VS). EN es accionista y asesor científico de Intrinsic LifeSciences.

1. Ganz T. Systemic iron homeostasis. Physiol Rev. 2013; 93(4):1721-1741. PubMedhttps://doi.org/10.1152/physrev.00008.2013Google Scholar
2. Nemeth E, Tuttle MS, Powelson J. Hepcidin regulates cellular iron efflux by binding to ferroportin and inducing its internalization. Science. 2004; 306(5704):2090-2093. PubMedhttps://doi.org/10.1126/science.1104742Google Scholar
3. Sangkhae V, Nemeth E. Regulación de la hormona homeostática del hierro Hepcidin. Adv Nutr. 2017; 8(1):126-136. PubMedhttps://doi.org/10.3945/an.116.013961Google Scholar
4. Nicolas G, Chauvet C, Viatte L. El gen que codifica el péptido regulador del hierro hepcidina está regulado por la anemia, la hipoxia y la inflamación. J Clin Invest. 2002; 110(7):1037-1044. PubMedhttps://doi.org/10.1172/JCI200215686Google Scholar
5. Cassat JE, Skaar EP. El hierro en la infección y la inmunidad. Cell Host Microbe. 2013; 13(5):509-519. PubMedhttps://doi.org/10.1016/j.chom.2013.04.010Google Scholar
6. Arezes J, Jung G, Gabayan V. Hepcidin-induced hypoferremia is a critical host defense mechanism against the siderophilic bacterium Vibrio vulnificus. Cell Host Microbe. 2015; 17(1):47-57. PubMedhttps://doi.org/10.1016/j.chom.2014.12.001Google Scholar
7. Stoffel NU, Lazrak M, Bellitir S. The opposing effects of acute inflammation and iron deficiency anemia on serum hepcidin and iron absorption in young women. Haematologica. 2019; 104(6):1143-1149. PubMedhttps://doi.org/10.3324/haematol.2018.208645Google Scholar
8. Marx JJ, Dinant HJ. Ferrocinética y captación de hierro de los eritrocitos en la vejez: ¿evidencia de una mayor retención de hierro en el hígado? Haematologica. 1982; 67(2):161-168. PubMedGoogle Scholar
9. Marx JJ. Absorción normal de hierro y disminución de la captación de hierro por parte de los eritrocitos en los ancianos. Blood. 1979; 53(2):204-211. PubMedGoogle Scholar
10. Chaston T, Chung B, Mascarenhas M. Evidence for differential effects of hepcidin in macrophages and intestinal epithelial cells. Gut. 2008; 57(3):374-382. PubMedhttps://doi.org/10.1136/gut.2007.131722Google Scholar
11. Truksa J, Lee P, Beutler E. Two BMP responsive elements, STAT, and bZIP/HNF4/COUP motifs of the hepcidin promoter are critical for BMP, SMAD1, and HJV responsiveness. Blood. 2009; 113(3):688-695. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2008-05-160184Google Scholar
12. Canali S, Zumbrennen-Bullough KB, Core AB. Las células endoteliales producen la proteína morfogenética ósea 6 necesaria para la homeostasis del hierro en ratones. Blood. 2017; 129(4):405-414. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2016-06-721571Google Scholar
13. Koch PS, Olsavszky V, Ulbrich F. Angiocrine Bmp2 signaling in murine liver controls normal iron homeostasis. Blood. 2017; 129(4):415-419. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2016-07-729822Google Scholar
14. Nemeth E, Rivera S, Gabayan V. IL-6 media la hipoferremia de la inflamación induciendo la síntesis de la hormona reguladora del hierro hepcidina. J Clin Invest. 2004; 113(9):1271-1276. PubMedhttps://doi.org/10.1172/JCI200420945Google Scholar
15. Verga Falzacappa MV, Casanovas G, Hentze MW, Muckenthaler MU. Un elemento que responde a la proteína morfogenética ósea (BMP) en el promotor de la hepcidina controla la expresión de la hepcidina hepática mediada por HFE2 y su respuesta a la IL-6 en células cultivadas. J Mol Med. 2008; 86(5):531-540. PubMedhttps://doi.org/10.1007/s00109-008-0313-7Google Scholar
16. Wallace DF, McDonald CJ, Ostini L, Subramaniam VN. Respuesta embotada de la hepcidina a la inflamación en ausencia de Hfe y del receptor 2 de la transferrina. Blood. 2011; 117(10):2960-2966. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2010-08-303859Google Scholar
17. Fillebeen C, Wilkinson N, Charlebois E, Katsarou A, Wagner J, Pantopoulos K. Hepcidin-mediated hypoferremic response to acute inflammation requires a threshold of Bmp6/Hjv/Smad signaling. Blood. 2018; 132(17):1829-1841. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2018-03-841197Google Scholar
18. Huang H, Constante M, Layoun A, Santos MM. Contribución de las vías STAT3 y SMAD4 a la regulación de la hepcidina por estímulos opuestos. Blood. 2009; 113(15):3593-3599. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2008-08-173641Google Scholar
19. Steinbicker AU, Sachidanandan C, Vonner AJ. La inhibición de la señalización de la proteína morfogenética ósea atenúa la anemia asociada a la inflamación. Blood. 2011; 117(18):4915-4923. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2010-10-313064Google Scholar
20. Mayeur C, Lohmeyer LK, Leyton P. The type I BMP receptor Alk3 is required for the induction of hepatic hepcidin gene expression by interleukin-6. Blood. 2014; 123(14):2261-2268. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2013-02-480095Google Scholar
21. Haase VH. Regulación de la eritropoyesis por factores inducibles por hipoxia. Blood Rev. 2013; 27(1):41-53. PubMedhttps://doi.org/10.1016/j.blre.2012.12.003Google Scholar
22. Kautz L, Jung G, Valore EV, Rivella S, Nemeth E, Ganz T. Identification of erythroferrone as an erythroid regulator of iron metabolism. Nature Genet. 2014; 46(7):678-684. PubMedhttps://doi.org/10.1038/ng.2996Google Scholar
23. Arezes J, Foy N, McHugh K. Erythroferrone inhibits the induction of hepcidin by BMP6. Blood. 2018; 132(14):1473-1477. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2018-06-857995Google Scholar
24. Theurl I, Aigner E, Theurl M. Regulación de la homeostasis del hierro en la anemia de la enfermedad crónica y la anemia por deficiencia de hierro: implicaciones diagnósticas y terapéuticas. Blood. 2009; 113(21):5277-5286. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2008-12-195651Google Scholar