Homeostazia sistemică a fierului este coordonată de hormonul hepatic hepcidină.1 Hepcidina inhibă exportul de fier prin intermediul transportatorului celular de fier ferroportin, împiedicând astfel absorbția de fier și eliberarea în plasmă a fierului reciclat sau stocat, ceea ce duce la scăderea nivelului de fier în plasmă.2 Producția de hepcidină se modifică rapid și pe un interval dinamic mare pentru a asigura menținerea homeostaziei fierului. Hepcidina este suprimată în condiții care necesită un aport crescut de fier, cum ar fi eritropoieza de stres, hipoxia, creșterea și sarcina.43 În schimb, hepcidina este indusă de încărcarea cu fier pentru a preveni acumularea excesului de fier sau de inflamație ca parte a răspunsului de apărare a gazdei la infecții.65 Deși reglarea hepcidinei de către stimuli singulari a fost bine studiată, în special în modelele animale, încă nu avem o înțelegere a interacțiunii complexe a semnalelor opuse în reglarea expresiei hepcidinei și a homeostaziei fierului la om.

În acest număr al revistei Haematologica, Stoffel et al. raportează un studiu prospectiv la femei tinere pentru a evalua contribuția relativă a anemiei prin deficit de fier și a stimulilor inflamatori acuti asupra homeostaziei fierului7 (Figura 1). Studiul bine controlat a inclus un total de 46 de femei: 25 non-anemice și 21 cu anemie feriprivă (IDA). În comparație cu omologii lor non-anemici, femeile anemice au avut o hemoglobină cu 2 g/dL mai mică, un nivel mai scăzut de fier seric, saturație a transferrinei, feritină și depozite corporale de fier, precum și un nivel mai ridicat al eritropoietinei și al receptorului seric al transferrinei. Studiul a exclus subiecții cu factori de confuzie care afectează metabolismul fierului, inclusiv inflamații preexistente, boli cronice, obezitate, sarcină sau suplimentarea cu vitamine și/sau minerale timp de două săptămâni înainte și în timpul studiului. Un stimulent inflamator acut a fost modelat folosind o injecție intramusculară a unui vaccin antigripal/difteric-tetanic-pertussis la toți subiecții. Markerii inflamatori și de fier au fost măsurați la momentul inițial și la 8, 24 și 36 de ore (h) după vaccinare.

Figura 1. Schema (A) și rezultatele (B) studiului prospectiv efectuat la femei de Stoffel și colab.7 Studiul a evaluat contribuția relativă a anemiei prin carență de fier și a stimulilor inflamatori acuti asupra homeostaziei fierului. h: ore; d: zi.

Subiecții au primit, de asemenea, mese test care conțineau Fe (izotop neradioactiv al fierului), care au permis evaluarea încorporării Fe eritrocitar ca măsură a absorbției fierului. Prima masă cu Fe și prima măsurare a Fe eritrocitar au fost finalizate înainte de stimulul inflamator („linia de bază”). A doua masă de Fe a fost administrată la 24 de ore după vaccin, în momentul creșterii maxime sau aproape maxime a IL-6 și a hepcidinei, urmată de a doua măsurare a Fe eritrocitar . Deși măsurătorile Fe eritrocitar au fost efectuate la 19 zile după fiecare ingestie de Fe, acestea ar trebui să reflecte îndeaproape absorbția de fier în ziua consumului mesei din următoarele motive. La oamenii care nu sunt încărcați cu fier, majoritatea fierului absorbit este încărcat pe transferrină și este destinat eritropoiezei: experimentele de ferocinetică au arătat că, în urma ingestiei de Fe, aproximativ 82-91 % din fierul radiomarcat absorbit este detectat în eritrocite după două săptămâni.98 În plus, durata de viață a eritrocitelor este de aproximativ 120 de zile, mult mai mare decât durata studiului Stoffel et al. Astfel, orice efect de confuzie al reciclării celulelor sanguine cu Fe-roșu și al modulării de către hepcidină a fluxurilor de fier reciclat ar fi fost minim.

Administrarea vaccinului a indus o inflamație sistemică la ambele cohorte de femei, așa cum se reflectă printr-o creștere a interleukinei-6 (IL-6), un regulator major al producției de hepcidină. În ciuda acestui fapt, a existat o diferență surprinzătoare în ceea ce privește răspunsul la hepcidină. Hepcidina serică a crescut în grupul non-anemic la 24 h după vaccinare, dar a rămas neschimbată în grupul IDA. IL-6 și hepcidina s-au corelat semnificativ la 24 h după vaccinare doar în grupul non-anemic, dar nu și în grupul IDA. Nivelurile de fier seric au reflectat răspunsul hepcidinei: în cohorta non-anemică, creșterea hepcidinei serice a fost asociată cu scăderea fierului seric, în timp ce în grupul IDA nu s-a observat nicio modificare a fierului seric. Prin urmare, autorii au concluzionat că, în timpul IDA, reglarea hepcidinei de către fier și/sau activitatea eritropoietică înlocuiește reglarea hepcidinei de către inflamația acută. Măsurarea încorporării fierului eritrocitar din mesele test marcate cu Fe a oferit o perspectivă valoroasă asupra absorbției fierului înainte și după stimulul inflamator acut. Încorporarea fierului în eritrocite a fost mai mare la subiecții IDA comparativ cu subiecții non-anemici la toate momentele examinate, reflectând o absorbție crescută a fierului în acest grup. În mod interesant, încorporarea eritrocitară a Fe nu a fost afectată de inflamație în niciunul dintre grupuri, în ciuda creșterii hepcidinei la femeile non-anemice. După cum subliniază autorii, o posibilă explicație este că enterocitele pot fi mai puțin sensibile la efectul hepcidinei decât macrofagele de reciclare.10 Astfel, o creștere moderată a hepcidinei după vaccinare la femeile non-anemice ar putea provoca hipoferremie fără a afecta, în același timp, absorbția duodenală de Fe, deoarece concentrația serică de fier este determinată predominant de exportul de fier macrofagian. În mod interesant, în grupul non-anemic, încorporarea Fe eritrocitar a fost invers corelată cu hepcidina serică atât la momentul inițial (r=-0,792; P<0,001), cât și după vaccinare (r=-0,708; P<0,001). Acest lucru sugerează că, pe o gamă mai largă de concentrații, hepcidina modulează într-adevăr absorbția fierului, dar că modificările hepcidinei după vaccinare au fost prea mici pentru a exercita un efect asupra enterocitelor.

Acest studiu este primul care testează reglarea ierarhică dinamică a hepcidinei de către fier și inflamație într-un studiu bine controlat la om și a arătat că anemia feriprivă a exercitat un efect dominant față de cel al inflamației acute în acest context. Care este mecanismul molecular care ar putea explica această observație? Promotorul hepcidinei conține atât elemente de răspuns (RE) ale proteinei morfogenetice osoase (BMP), cât și un STAT3-RE.11 Reglarea hepcidinei mediată de fier are loc prin intermediul căii BMP-SMAD. Se crede că celulele endoteliale sinusoidale hepatice secretă BMP2 și BMP6 proporțional cu rezervele de fier din ficat;1312 acești liganzi acționează apoi în mod paracrin și se leagă de receptorii BMP și de coreceptorul lor hemojuvelin (HJV) pe hepatocite pentru a induce fosforilarea SMAD1/5. SMAD1/5 fosforilat formează un complex cu SMAD4, se translocă în nucleul hepatocitelor și se leagă de BMP-RE pentru a induce expresia hepcidinei. Concentrațiile de holo-transferină, care sunt detectate de proteinele TfR1/HFE și TfR2 din hepatocite, sunt, de asemenea, considerate a modula aceeași cale de semnalizare BMP în aceste celule. Rezervele scăzute de fier și un nivel scăzut de fier circulant (observate în grupul IDA în acest studiu), ar duce la o scădere a semnalizării BMP și la un nivel scăzut de transcriere a hepcidinei. Un nivel scăzut de hepcidină ar permite apoi o absorbție și o mobilizare crescută a fierului din depozite. Cu toate acestea, în prezența unei infecții, biodisponibilitatea crescută a fierului devine un dezavantaj, deoarece agenții patogeni necesită, de asemenea, fier pentru proliferare și supraviețuire. Ca parte a apărării gazdei, hepcidina este indusă de infecție și inflamație pentru a limita disponibilitatea fierului pentru agenții patogeni. Reglarea hepcidinei de către infecție și inflamație este mediată în mare parte de IL-6.14 Legarea IL-6 la receptorul său, IL-6Rα, și la co-receptorul său, gp130, duce la fosforilarea JAK1/2 în hepatocite, care apoi fosforilează STAT3. Acesta se dimerizează apoi și se translocă în nucleu pentru a induce expresia hepcidinei.

Important este faptul că s-a demonstrat că calea BMP se sinergizează cu calea STAT3 pentru a induce transcrierea hepcidinei. Întreruperea BMP-RE într-o linie de celule hepatice a afectat răspunsul hepcidinei la IL-6.15 Studiile care utilizează modele de șoareci au demonstrat că inducerea hepcidinei ca răspuns la inflamație este atenuată atunci când semnalizarea hepatică BMP este întreruptă genetic.2016 Absența HJV sau ALK3 a împiedicat inducerea hepcidinei in vivo în urma unui stimul inflamator acut (LPS sau IL-6).17 În mod similar, la șoarecii cu Hfe și Tfr2 knock-out, inducerea hepcidinei ca răspuns la LPS a fost, de asemenea, atenuată.16 Deși aceste studii pe șoareci nu au modelat anemia prin deficit de fier, așa cum s-a observat la subiecții de studiu din Stoffel et al.7, ele au furnizat dovada de principiu că calea BMP joacă un rol important în răspunsul hepcidinei la inflamație.

Totuși, rămâne de stabilit dacă presupusa scădere a semnalizării BMP-SMAD la subiecții de studiu este cauzată de deficitul de fier, sau de anemie și activitate eritropoietică crescută, sau de o combinație a acestor factori. Anemia induce secreția de eritropoietină (EPO) de către rinichi.21 La rândul său, EPO acționează asupra eritroblastelor din măduva osoasă pentru a induce expresia eritroferronei (ERFE)22 , iar ERFE s-a dovedit a funcționa ca o capcană BMP pentru a suprima hepcidina.23 Deși EPO a fost ridicată la subiecții cu IDA în acest studiu, nivelurile serice de ERFE nu au fost măsurate, dar ar putea oferi o perspectivă asupra contribuției anemiei la răspunsul atenuat al hepcidinei. Ar fi interesant de văzut dacă deficitul de fier singur este suficient pentru a preveni inducerea hepcidinei în urma stimulării inflamatorii acute. De fapt, opt dintre cele 25 de femei din grupul non-anemic au fost raportate ca având deficit de fier, dar nu au fost analizate ca subgrup pentru a determina contribuția anemiei față de deficitul de fier.

În plus față de convergența semnalelor asupra promotorului hepcidinei, un alt aspect care trebuie luat în considerare în reglarea hepcidinei este puterea relativă și durata fiecărui semnal. În acest studiu, anemia prin carență de fier a fost relativ ușoară (hemoglobina mediană de 11,3 g/dL), dar probabil cronică. Semnalul inflamator a fost moderat și probabil tranzitoriu, IL-6 crescând de aproximativ 2-3 ori după vaccinare în comparație cu valoarea inițială. Inducția hepcidinei a fost la fel de moderată: în grupul non-anemic, nivelurile de hepcidină au crescut de 2 ori până la 24 de ore față de valoarea inițială. Rămâne de stabilit dacă un stimul inflamator mai puternic sau mai prelungit, cum ar fi în timpul unei infecții active, ar anula efectul IDA asupra hepcidinei. Cu toate acestea, în acord cu Stoffel și colab., un studiu transversal care a comparat pacienții cu anemie de boală cronică (ACD) cu cei cu IDA sau cu afecțiune mixtă ACD/IDA, a raportat că hepcidina a fost crescută la pacienții cu ACD în comparație cu subiecții de control, dar că la pacienții cu ACD/IDA mixtă, în ciuda nivelului ridicat de IL-6, nivelurile de hepcidină au fost comparabile cu cele observate la pacienții cu IDA.24

În concluzie, datele obținute în urma studiului prospectiv bine conceput și bine executat la subiecți umani de către Stoffel et al. susțin concluzia că în timpul anemiei prin deficit de fier, atunci când este provocată de o inflamație acută moderată, dar tranzitorie, achiziția de fier este prioritară față de restricția de fier. Întrebările privind mecanismul molecular și contribuția relativă a activității eritropoietice față de deficitul de fier în prevenirea unei creșteri a hepcidinei mediate de inflamație nu au încă răspuns. În mod important, acest studiu uman este un pionier în analiza interacțiunilor dintre deficitul de fier și inflamație, un subiect de mare importanță pentru elaborarea și implementarea politicilor de prevenire și tratare a anemiei în regiunile în care deficitul de fier, infecția și inflamația sunt mult prea frecvente.

Recunoștințe și dezvăluiri

Surse de sprijin: NIH Ruth L. Kirschstein National Research Service Award T32-5T32HL072752-13 (pentru VS). EN este acționar și consilier științific al Intrinsic LifeSciences.

1. Ganz T. Homeostazia sistemică a fierului. Physiol Rev. 2013; 93(4):1721-1741. PubMedhttps://doi.org/10.1152/physrev.00008.2013Google Scholar
3. Nemeth E, Tuttle MS, Powelson J. Hepcidin reglează efluxul de fier celular prin legarea la ferroportin și prin inducerea internalizării sale. Science. 2004; 306(5704):2090-2093. PubMedhttps://doi.org/10.1126/science.1104742Google Scholar
4. Sangkhae V, Nemeth E. Regulation of the Iron Homeostatic Hormone Hepcidin. Adv Nutr. 2017; 8(1):126-136. PubMedhttps://doi.org/10.3945/an.116.013961Google Scholar
6. Nicolas G, Chauvet C, Viatte L. Gena care codifică peptida de reglementare a fierului hepcidin este reglată de anemie, hipoxie și inflamație. J Clin Invest. 2002; 110(7):1037-1044. PubMedhttps://doi.org/10.1172/JCI200215686Google Scholar
7. Cassat JE, Skaar EP. Fierul în infecție și imunitate. Cell Host Microbe. 2013; 13(5):509-519. PubMedhttps://doi.org/10.1016/j.chom.2013.04.010Google Scholar
8. Arezes J, Jung G, Gabayan V. Hipoferremia indusă de Hepcidin este un mecanism critic de apărare a gazdei împotriva bacteriei siderofile Vibrio vulnificus. Cell Host Microbe. 2015; 17(1):47-57. PubMedhttps://doi.org/10.1016/j.chom.2014.12.001Google Scholar
9. Stoffel NU, Lazrak M, Bellitir S. Efectele opuse ale inflamației acute și anemiei cu deficit de fier asupra hepcidinei serice și absorbției de fier la femeile tinere. Haematologica. 2019; 104(6):1143-1149. PubMedhttps://doi.org/10.3324/haematol.2018.208645Google Scholar
10. Marx JJ, Dinant HJ. Ferrokinetica și absorbția de fier din celulele roșii la bătrânețe: dovezi pentru creșterea retenției de fier în ficat? Haematologica. 1982; 67(2):161-168. PubMedGoogle Scholar
11. Marx JJ. Absorbția normală a fierului și scăderea absorbției de fier din celulele roșii la vârstnici. Sânge. 1979; 53(2):204-211. PubMedGoogle Scholar
12. Chaston T, Chung B, Mascarenhas M. Dovezi pentru efectele diferențiale ale hepcidinei în macrofage și celule epiteliale intestinale. Gut. 2008; 57(3):374-382. PubMedhttps://doi.org/10.1136/gut.2007.131722Google Scholar
13. Truksa J, Lee P, Beutler E. Două elemente sensibile la BMP, STAT și motivele bZIP/HNF4/COUP ale promotorului hepcidinei sunt critice pentru receptivitatea BMP, SMAD1 și HJV. Sânge. 2009; 113(3):688-695. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2008-05-160184Google Scholar
14. Canali S, Zumbrennen-Bullough KB, Core AB. Celulele endoteliale produc proteina morfogenetică osoasă 6 necesară pentru homeostazia fierului la șoareci. Sânge. 2017; 129(4):405-414. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2016-06-721571Google Scholar
15. Koch PS, Olsavszky V, Ulbrich F. Semnalizarea angiocrină Bmp2 în ficatul murin controlează homeostazia normală a fierului. Sânge. 2017; 129(4):415-419. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2016-07-729822Google Scholar
16. Nemeth E, Rivera S, Gabayan V. IL-6 mediază hipoferremia inflamației prin inducerea sintezei hormonului de reglementare a fierului hepcidină. J Clin Invest. 2004; 113(9):1271-1276. PubMedhttps://doi.org/10.1172/JCI200420945Google Scholar
17. Verga Falzacappa MV, Casanovas G, Hentze MW, Muckenthaler MU. Un element sensibil la proteina morfogenetică osoasă (BMP) din promotorul hepcidinei controlează expresia hepcidinei hepatice mediată de HFE2 și răspunsul acesteia la IL-6 în celulele cultivate. J Mol Med. 2008; 86(5):531-540. PubMedhttps://doi.org/10.1007/s00109-008-0313-7Google Scholar
18. Wallace DF, McDonald CJ, Ostini L, Subramaniam VN. Răspunsul atenuat al hepcidinei la inflamație în absența Hfe și a receptorului 2 al transferrinei. Sânge. 2011; 117(10):2960-2966. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2010-08-303859Google Scholar
19. Fillebeen C, Wilkinson N, Charlebois E, Katsarou A, Wagner J, Pantopoulos K. Răspunsul hipoferremic mediat de hepcidină la inflamația acută necesită un prag al semnalizării Bmp6/Hjv/Smad. Sânge. 2018; 132(17):1829-1841. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2018-03-841197Google Scholar
20. Huang H, Constante M, Layoun A, Santos MM. Contribuția căilor STAT3 și SMAD4 la reglarea hepcidinei prin stimuli opuși. Blood. 2009; 113(15):3593-3599. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2008-08-173641Google Scholar
21. Steinbicker AU, Sachidanandan C, Vonner AJ. Inhibarea semnalizării proteinei morfogenetice osoase atenuează anemia asociată cu inflamația. Blood. 2011; 117(18):4915-4923. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2010-10-313064Google Scholar
22. Mayeur C, Lohmeyer LK, Leyton P. Receptorul BMP de tip I Alk3 este necesar pentru inducerea expresiei genei hepatice a hepcidinei hepatice de către interleukina-6. Blood. 2014; 123(14):2261-2268. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2013-02-480095Google Scholar
23. Haase VH. Reglarea eritropoiezei de către factorii inducibili de hipoxie. Blood Rev. 2013; 27(1):41-53. PubMedhttps://doi.org/10.1016/j.blre.2012.12.003Google Scholar
24. Kautz L, Jung G, Valore EV, Rivella S, Nemeth E, Ganz T. Identificarea eritroferronei ca un regulator eritroid al metabolismului fierului. Nature Genet. 2014; 46(7):678-684. PubMedhttps://doi.org/10.1038/ng.2996Google Scholar
25. Arezes J, Foy N, McHugh K. Erythroferrone inhibă inducerea hepcidinei de către BMP6. Blood. 2018; 132(14):1473-1477. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2018-06-857995Google Scholar
26. Theurl I, Aigner E, Theurl M. Reglarea homeostaziei fierului în anemia bolilor cronice și anemia cu deficit de fier: implicații diagnostice și terapeutice. Blood. 2009; 113(21):5277-5286. PubMedhttps://doi.org/10.1182/blood-2008-12-195651Google Scholar

.