Hepcidin的研究进展

王亮，邵宗鸿

（1.天津医科大学第四中心临床学院，天津 300140；2.天津医科大学总医院，天津 300052）

Hepcidin是近些年发现的，并已从血浆和尿液中成功分离获得的一种抗菌肽，其属于抗菌肽中防卫素蛋白家族成员，主要在肝细胞中合成，在肝细胞的表达水平较高。除肝细胞外，Hepcidin在肾脏、心脏、脂肪组织、脊髓及其他组织细胞中也可以合成，但表达水平极低[1]。在人类及许多动物的肝脏中均检测到Hepcidin的同源基因，并且发现其基因结构和序列在不同物种间高度保守。人类Hepcidin基因为单拷贝基因，其基因定位于19号染色体（19q13）的长臂上，基因编码包含3个外显子和2个内含子，人的3种成熟Hepcidin分子的编码序列均位于3号外显子上。最初研究发现，Hepcidin与铁代谢密切相关，随着进一步的研究发现Hepcidin不仅在铁代谢方面有重要作用，而且与炎症及肿瘤密切相关。在此将关于Hepcidin的研究结果做一综述。

1 Hepcidin与铁代谢及慢性病贫血

铁作为金属元素，是生物体必需的营养素，是构成血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素酶等的重要成分，在氧的携带、细胞内呼吸及其他许多生物代谢途径中发挥重要的作用。生理情况下人体每天仅需摄取大约1～2 mg铁，与日常因肠黏膜细胞和表皮细胞脱落基础丢铁相平衡。但当存在大便失血、育龄妇女月经失血等丢铁时，就需要通过代偿机制使铁吸收增多及利用储备铁保持铁平衡。人体内小肠是吸收铁的唯一部位，十二指肠隐窝细胞可以敏锐地感知机体铁变化。肝脏和网状内皮系统是储存铁的主要部位。虽然铁是人体必需的元素，但铁过量时对细胞毒性也很大，因此生理状态下人体对铁有着严格调控机制[2]。长久以来人们一直推测机体血浆内存在着一种调节铁稳态的可溶性的类似激素样物质，其通过感知机体的铁状况，从而可在铁的吸收、利用、储存等不同铁池间进行信号传递。随着2000年从人的血浆和尿液中分离获得Hepcidin，从此Hepcidin开始引起重视。通过对铁超负荷小鼠模型的研究发现饮食铁含量升高或者肝脏铁增加可导致其肝脏中Hepcidin水平接近10倍的提高，并与铁累积剂量呈正相关，从而第一次阐明机体铁代谢与Hepcidin间存在着密切联系[3]。研究证明Hepcidin持续高水平表达可导致严重的铁代谢异常，而对敲除Hepcidin基因的小鼠即使给予炎症等物质刺激，也未见血清铁降低。而通过阻断Hepcidin作用可以加速膳食中铁的摄取，使得循环铁和肝脏铁沉积增加[4]。

对遗传性血色素沉着症（hereditary he mochromatosis,HH）的研究发现，几乎所有这些患者Hepcidin水平降低，研究表明在HH发病过程中，在转铁蛋白受体2和铁调素调节蛋白参与下，通过对Hepcidin表达的抑制等机制，导致组织铁过载，支持Hepcidin在铁调控中的重要作用[5-6]。幼年血色素沉着症患者，因为Hepcidin基因突变，导致铁过载而过早地发展至HH[7]，表明Hepcidin缺乏在发展至HH过程中起关键作用。在发现Hepcidin缺乏与幼年血色素沉着症有关联后不久，又发现Hepcidin调节铁代谢与骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）的参与密切相关[8]。

Hepcidin是小分子肽激素，主要与十二指肠上皮细胞和巨噬细胞表面的膜铁转运蛋白1（Ferroponin 1,FP1）结合，通过诱导FP1内吞并降解，使得十二指肠黏膜铁吸收减少，并抑制巨噬细胞铁释放使铁贮存于网状内皮系统中，造成循环铁减少，最终降低血清铁含量，导致低铁血症。因此Hepcidin在肠道铁吸收、单核-巨噬细胞系统铁释放和抑制母婴铁转运中发挥关键作用[9]。生理情况下，当机体铁贮量增多时，通过信号转导及转化通路使肝细胞上调Hepcidin mRNA的表达，增加Hepcidin的合成，进而降低肠道铁吸收和阻止铁从组织中输出到血液中，以保护机体对抗体内铁的过量积累和过量分布循环。反之当机体铁贮量减少时，通过信号转导及转化通路使肝细胞下调Hepcidin mRNA的表达减少Hepcidin合成，促进肠黏膜吸收更多的铁、单核-巨噬细胞内铁释放促进铁的利用。因此Hepcidin作为一种重要的负性铁调节激素，在维持机体铁稳态方面发挥着至关重要的作用。在慢性感染、非感染性炎症、缺氧、肿瘤等病理情况下，Hepcidin的合成增多，通过抑制肠道铁吸收和单核巨噬细胞系统铁释放，使机体铁代谢失衡造成低铁血症，进而因铁失利用可致慢性病贫血（anemia of chronic disease,ACD）[10]。因此，Hepcidin 是一种调节机体铁代谢稳态效应物，是铁代谢的中心环节，故也称其为铁调素，是研究ACD发病机制里程碑性发现。与缺铁性贫血（iron deficiency anemia,IDA）体内贮存铁绝对缺乏不同，ACD是铁的释放和利用障碍，与ACD患者Hepcidin水平常升高不同，IDA患者Hepcidin水平通常降低，因而Hepcidin也被作为区别ACD与IDA的重要因子[11]。实验证明应用Hepcidin会导致许多病理疾病，尤其是慢性病贫血与慢性肾脏疾病相关的贫血[12]。

Hepcidin是ACD发病机制中最为重要的下游效应分子之一，还存在着一些调节Hepcidin表达的上游始动因子，如IL-6已证实是调控Hepcidin的重要因子。IL-6调控Hepcidin表达的分子机制是通过IL-6/Janus激酶2（JAK2）-信号转导和转化激活因子3（STAT3）通路进行。与IL-6受体结合的配体激活JAK2，而JAK2又活化磷酸化信号转导和转化激活因子STAT3。磷酸化STAT3向细胞核转运并与Hepcidin近端启动子中的STAT3结合位点结合，上调Hepcidin表达[13]，这一信号转导及转化活化机制为抑制IL-6-STAT3通路阻断Hepcidin的产生提供理论依据。

给实验小鼠静脉注射红细胞生成素（Erythropoietin,EPO）发现肝细胞Hepcidin表达水平在EPO治疗后明显受到抑制，说明EP0是影响Hepcidin基因表达的一个重要激素[14]。动物实验证明，EPO治疗后可以使铁的吸收增强，HH对铁摄取调控直接影响红系细胞[15]。

Erythroferrone（ERFE）是新近发现的，在EPO作用下由红细胞分泌的一种强有力的Hepcidin抑制剂，可以抑制肝脏中的Hepcidin转录[16]。不同于IL-6通过STAT3信号转导通路调节Hepcidin，ERFE对Hepcidin的调控是通过一种未知的信号通路。在失血或溶血后，ERFE通过下调Hepcidin可为红细胞生成提供更多的铁；而在无效红细胞生成时，如β-地中海贫血，ERFE则会导致铁过载[16]，在小鼠β-地中海贫血模型中发现ERFE介导Hepcidin的抑制作用，并参与铁过载的形成[17]，这是重型地中海贫血患者死亡的主要原因。而在ERFE缺乏的动物实验中，即使在上述贫血情况下，因ERFE缺乏丧失对Hepcidin的抑制作用，并不增加铁吸收与利用，反而可因血清Hepcidin的增加使铁失利用，延缓贫血的恢复[18]。关于ERFE研究可能预示将来对这些贫血患者治疗方法的革新，如通过调节铁的吸收、储存和动员紊乱环节来治疗铁调节异常性疾病。

TANNO等[19]的研究发现生长分化因子15（growth differentiation factor15,GDF15）水平升高可以抑制肝细胞Hepcidin的分泌，使肠道铁吸收增多，而加重铁过载。在组织缺铁、组织缺氧程度明显严重时，该因素协助生理性调节机制共同作用可抑制Hepcidin的生成，在GDF15过表达时，抑制Hepcidin生成的作用尤其明显，进一步证明这种抑制作用受GDF15影响，也证明GDF15在铁代谢中起重要作用。不过也有不同的结论，认为在骨髓增生异常综合征患者中，GDF15表达水平与Hepcidin无相关性[20]。因此GDF15对Hepcidin的影响仍需进一步研究明确。

2 Hepcidin与肿瘤

Hepcidin主要在肝细胞合成，而在一些肿瘤细胞中合成量极其微小[21]。研究显示铁促进肿瘤细胞的增殖和转移[22]，在肿瘤的发生、发展中也起重要作用。而Hepcidin在恶性肿瘤患者中表达明显上调，并且发现，合成Hepcidin的肿瘤可以自分泌方式降低膜铁转运蛋白，从而限制铁排出肿瘤细胞，通过增加铁在肿瘤细胞中含量来促进肿瘤的生长[23]。铁的获取和滞留机制在癌细胞中得到增强[22]，调控铁代谢的基因的表达可以预测癌症患者的预后[24]，提示可以抑制Hepcidin使铁排出肿瘤从而耗尽癌细胞内的铁来抑制肿瘤的生长。因此，调节铁的代谢可作为一种抗肿瘤策略[25-26]，且已有拮抗及抑制Hepcidin生成的相关药物研究报道。体外实验显示，经抗体阻断Hepcidin可降低前列腺癌及乳腺癌细胞的增殖[21，26]。通过减少Hepcidin的生成有助于延缓肿瘤的生长速度，由此开发抑制或拮抗Hepcidin的药物有广阔的临床应用前景。

3 抑制Hepcidin生成研究

ACD是因铁失利用发生的贫血，与Hepcidin表达升高明显相关，贫血严重时显著影响患者的生活质量。重组人红细胞生成素联合静脉铁剂治疗ACD虽然总体效果尚可，但仍有部分患者效果不佳，并且对一些合并ACD的恶性肿瘤患者，因肿瘤细胞（如乳腺癌、卵巢癌等）的细胞膜上存在EPO的受体，EPO治疗还存在刺激肿瘤生长的潜在危险。而通过减少Hepcidin产生从而提高铁的吸收，并动员机体现有的铁贮备，提高铁的生物利用度，促进红细胞生成治疗ACD，以及通过影响Hepcidin生成来降低铁在肿瘤细胞内的浓度对抗肿瘤，并且无需担心EPO治疗相关不良事件。目前研究的药物主要通过几种不同的机制来抑制Hepcidin生成和发挥作用，如抗Hepcidin生成的单克隆抗体[26]，干扰Hepcidin与铁蛋白间的相互作用的药物，以及抑制这些促肝细胞Hepcidin转录及合成途径的药物等[27-28]。BMP是诱导Hepcidin转录的一种共受体，能与受体排斥导向分子RGM结合，激活下游信号并将信息传递到细胞核，进而驱动Hepcidin mRNA转录及Hepcidin合成[29]。抗血凝素抗体（H5F9-AM8）是临床上为治疗慢性贫血开发的的人源化单克隆抗体，在组织培养中，H5F9-AM8降低BMP刺激HepG2细胞及其他癌细胞的Hepcidin合成。正如所期望高效的Hepcidin生成抑制剂的那样，动物实验证明H5F9-AM8有效下调Hepcidin水平，同时升高血清铁水平，说明H5F9-AM8能明确抑制Hepcidin生成[3-4，29]。此外研究的药物还有抑制IL-6介导的通过激活STAT3来增强Hepcidin mRNA转录的信号通路抑制剂，期望通过抑制Hepcidin转录，减少Hepcidin生成来治疗贫血与肿瘤。相信今后会不断有新的研究，并推动临床治疗效果的提高。