血清铁对肺结核的诊断意义

颜然然 白振中 郭瑞霞 冯喜英 久 太 谭玉敏

肺结核(tuberculosis, TB)是结核杆菌(Mycobacteriumtuberculosis, MTB)感染机体后引起的一种严重危害人类健康和累及国民经济的主要传染性疾病之一。2015年WHO报告约有1/3的人口是潜伏性肺结核感染者，全球仍有960万人左右发展为结核，而中国是全球22个结核病高负担国家之一，调查显示我国约有5.5亿人感染结核分枝杆菌，占总人口的45%[1-2]。2018年全球结核病报告中明确指出全球约17亿人(占全球人口的23%)估计有潜伏结核感染，有发生活动性结核的风[3]。这说明MTB感染的人群中大部分处于潜伏期或为无症状的结核分枝杆菌感染者。结核杆菌感染的高风险率仍是全球关注的主要健康问题[4]。因此，依据特有标志物以求肺结核发病初期能够明确诊断，并及时采取对症治疗至关重要。近年来有关肺结核早期诊断的报道层出不穷，其中多篇研究结论报道了血清铁指标在肺结核的诊断治疗过程中的意义，各报道不尽相同，甚至大相径庭，并未见关于肺结核与血清铁关系系统明确的论述，现就血清铁在肺结核诊治过程中的意义作一系统论述。

一、铁的正常代谢及生物作用

铁(Fe)是参与机体多个代谢过程的细胞生长、代谢必不可少的微量元素。微量元素是一类机体需要量很少，但又必不可少的元素，它们是神经递质、激素、酶和多种生物活性物质构成的必须元素,其中许多是DNA和RNA聚合酶、碳酸酐酶和碱性磷酸酶等80多种酶的组成成份或激活因子，直接参与核酸及蛋白质的合成、能量代谢及氧化还原过程，并调节这些物质的生物活性，参与组织呼吸、能量代谢和蛋白质合成等生化过程[5]。故而微量元素与许多疾病的发生发展密切相关。

铁是合成血红蛋白、肌红蛋白及细胞色素酶等的重要成分，主要参与机体内部氧和CO2的输送及组织呼吸。正常铁代谢包括三个主要过程：铁摄取、储存和利用。铁摄取主要在十二指肠和空肠上段的小肠吸收，十二指肠的细胞色素b(deytb)、二价金属离子转运蛋白(DMT1)、膜铁转运蛋白1(ferroportin1, FPN1)和膜铁转运辅助蛋白(hephaestin, Hp)在铁吸收中发挥重要作用；Hp将小肠吸收来的铁氧化为Fe3+后与血液中内转铁蛋白(transferrin, Tf)结合，肝脏通过两种转铁蛋白受体(transferrin redreceptor, TfR)TfR1 和 TfR2 介导摄取经门脉系统转运来的转铁蛋白结合铁，铁以铁蛋白(ferritin, Fn)和含铁血黄素的形式贮存在骨髓、肝和脾的单核巨噬细胞中[6]；机体合成血红蛋白等需求增加情况下定量释放入血液系统供应需[7-8]。骨髓是铁的主要利用器官，作为红细胞生成的元素在此处大量应用。铁代谢平衡中，除了直接调节铁吸收转运、存储、流出的蛋白外，还有铁调素(hepcidin)、铁调控蛋白(iron-regulatory proteins, IRP)、脂钙蛋白2(lipocalin2)等调节铁代谢的蛋白。铁主要随胃肠道上皮细胞、胆汁等排出，泌尿生殖道及皮肤、汗液、脱落细胞亦可丢失少量的铁[9]。机体发生疾病时可引起铁代谢紊乱。

机体铁缺乏时肝内合成 DNA受到抑制，肝细胞及其它细胞线粒体异常，细胞色素C的含量减少，从而导致蛋白质合成和能量利用的减少，而损害机体的免疫机制。因而，我们可以通过检测机体铁及铁相关成分来了解机体健康状况，并用它反映机体生理、病理变化。在肺结核诊治过程中，我们可以通过肺结核病变原理，整理出它与血清铁波动关系，即可根据血清铁的变化来了解机体疾病发生、发展及转归情况[7]。譬如把血清铁蛋白含量作为预测急性肺损伤的指标，具有较高的灵敏度和特异度等[10]。关于血清铁与肺结核之间的关系如下。

二、结核杆菌感染后血清铁含量降低

MTB侵入人体后，吞噬细胞首当其冲的感受到刺激，引起炎症反应，合成并释放出细胞因子，这些细胞因子刺激铁蛋白合成，使其他细胞释放的铁或外来铁与之结合而造成血清铁降低。同时，脊椎动物中已知的铁外排泵是膜铁转运蛋白(ferroportin, FPN)[11]，FPN 翻译后主要其负性调节因子铁调素通过膜铁转运蛋白-铁调素调节轴进行调控，铁调素与FPN结合导致其内化和溶酶体中的蛋白水解，进而发挥作用[12-14]。铁调素受多种信号传导途径的调节，炎症通路中骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)和白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)发挥主要作用[15]。肺结核作为验证性疾病，主要引起机体IL-6升高而影响FPN调节铁外排。另外结核分枝杆菌刺激循环系统中分叶核白细胞释放白细胞递质(leukocyte transmitters, LEM)，LEM兴奋肝细胞使之从血液中摄取锌、铁进入肝细胞内，促进肝合成防御反应所需要的物质，如血浆铜蓝蛋白，致使血铜升高，血锌、铁下降。

结核杆菌感染后通过改变内源性致热源(endogenous pyrogen, EP)引起机体发热[16]，临床上多表现为长期持续性的午后低热，体温波动于37～38 ℃左右。结核杆菌引起机体产生并释放内源性致热源，EP能降低血清铁，并增加其抗感染能力[17]。主要机制是MTB感染后致机体长期慢性发热，汗液流失增加，其中少量铁随之丢失；青海省又地处西北地区，天气干燥，环境湿度低，更加重机体汗液流失，故通过汗液流失铁增多。发热状态下有饮食纳差、食欲不振、消化不良，机体铁摄入不足，机体铁供应减少[18]。也有报道指出机体在发热状态下铁主要供应给骨髓造血系统，合成血红蛋白，而引起血清铁降低[16]。当然，一旦明确诊断肺结核，便进行长期督导短程化疗的DOTS治疗策略，其中一线抗结核药物异烟肼与血清金属离子结合后消耗增多，如铁、锌等[19]。还有研究发现通过电子探针扫描分析发现结核患者头发中铜、铁含量高于健康对照组(P<0.01)，具有统计学意义[20]，虽然该机制尚不明确，但不能排除机体铁在MTB感染后的转移情况，该方面有待进一步探讨研究。

三、铁与miRNA关系

微小RNA(microRNA，miRNA)是一段由内源性基因转录的单链小分子非编码RNA，在转录后水平对靶基因进行调控，从而调节机体的发育、免疫调节、细胞增殖、分化和凋亡等[21-22]。肺结核患者miRNA差异性表达，它通过调控信号转导通路中关键部位的靶基因发挥作用，影响宿主的先天性免疫反应和获得性免疫反应，导致炎性疾病发生[23]；同时miRNA也调控影响着体内铁的代谢。

有研究报道缺氧条件下诱导miR-210的两个主要靶基因是铁稳态中铁硫簇支架蛋白(iron sulfur cluster scaffold protein, ISCU)和TfR1[24]。同时缺铁诱导的miR-210抑制ISCU促进IRP1的活性，IRP1激活促进其与TfR1的mRNA的3′-UTR结合，从而保护TfR免于降解。Sangokoya等[25]发现miR-485-3p高表达后抑制直EPN表达，减少铁外排而使细胞铁蛋白和细胞铁水平增加；反之，抑制表达后细胞铁水平减低，通过该途径维持细胞铁稳态。小肠内铁的吸收和红细胞中铁的利用均有二价金属转运蛋白 1(divalent metal transporter 1, DMT1)参与[26]，DMT1的3′-UTR含或不含有铁反应元件(iron reaction element, IRE)，它可以根据铁的状态改变mRNA的稳定性，Let-7d 通过靶向调节DMT1-IRE的表达促进铁积累而损害K562细胞的红细胞分化[27]。Castoldi等[28-29]通过实验表明miR-122通过调节血色素沉着相关蛋白铁调素转录激活因子HFE、HJV和骨形态发生蛋白1A受体mRNA的表达激活Hamp mRNA表达来维持铁稳态。miR-122表达水平在铁过载的基因敲除(Hfe-/-)小鼠模型降低也印证了这一观点[30]。

四、铁与结核杆菌关系

结核分枝杆菌感染后，机体内繁殖的结核杆菌量与血清铁呈负相关，结核杆菌繁殖越快、含量越多，血清铁测定含量越低。结核杆菌新陈代谢中的主要参与因子是转铁蛋白，它不仅能够促进中性粒细胞或小吞噬细胞的吞噬、中性粒细胞的增殖作用，还作为血浆中主要的含铁蛋白质穿梭于细胞外液和细胞内液之间，避开溶酶体快速传递细胞生长所需的铁，且机体处于缺铁状态时血浆转铁蛋白浓度上升，因此转铁蛋白是铁代谢理想的检测指标[31]。

铁对于结核分枝杆菌在巨噬细胞内的生长是至关重要，因为结核杆菌生长繁殖需要铁，如果改变宿主的铁营养状况可影响结核分枝杆菌的生长[32]。即增加铁的供应，可促进结核分枝杆菌增长；反之，中断铁的供应，结核分枝杆菌生长、繁殖减缓。也有报道指出MTB感染初期，病情未得到控制，大量结核杆菌生长、繁殖，摄取、消耗大量的铁离子，导致血清铁水平下降。经抗结核治疗后，杀灭、抑制结核杆菌，结核菌数量减少，减少了铁离子的消耗，从而使血清铁水平上升。该结果证实了结核杆菌生长需要铁[33]，铁作为结核杆菌生长的必须物质[34]，参与结核杆菌繁殖生长。

有研究证实结核杆菌与宿主竞争性利用机体铁[35-36]。肺结核治疗过程中，随结核病情改善，血清铁水平不断提升，相关报道明确表示血清铁含量在经抗结核治疗后的波动变化为：治疗2周后组>治疗1周后组>治疗前组。肺结核患者治疗前，血行播散性结核、继发性肺结核、结核性胸膜炎等不同类型肺结核患者的血清铁平均值之间均无统计学差异，表明血清铁水平与肺结核类型无明显关系[34]。肺结核患者血清铁水平低于健康对照组，涂阳肺结核患者的血清铁值要低于涂阴肺结核患者，而普通肺部感染者血清铁水平无统计学差异。该研究也证明了结核杆菌生长需要铁。

五、缺铁性贫血与肺结核

肺结核患者因机体消耗血清铁增加、结核杆菌竞争性利用血清铁[17]，加之来源减少等明显低于正常人群。有报道指出机体在发热状态下铁主要供应给骨髓造血系统，合成血红蛋白，机体长期铁缺乏时血红蛋白合成不足，导致缺铁性贫血[16]。有研究者曾针对隐性结核感染合并缺铁性贫血患者病例进行报道，明确表示患者不明原因缺铁性贫血，经积极补铁、预防铁流失等缺铁性贫血对症治疗后，患者贫血状况或未见明显好转，或好转后反复无明显诱因的发病，最后在排除其他慢性感染，并且在补充铁剂治疗缺铁性贫血的同时进行抗结核治疗后，患者血红蛋白明显上升，贫血状况得以改善并无反复发病。该论述从侧面印证了结核病消耗血清铁，且可导致缺铁性贫血发生。

六、肺结核患者铁元素改变影响机体免疫力

现有实验表明缺铁可导致机体易于感染。缺铁状态下外周血淋巴细胞对有丝分裂因子反应性降低，免疫系统吞噬功能降低，主要降低的是嗜中性粒细胞对细菌的杀伤能力，形成玫瑰花的T细胞数轻度减少。同时，铁作为构成机体的必需元素，维持多种酶活性，参与生化代谢过程，如血氧运输、生物氧化还原反应等；并参与免疫调节过程。机体缺铁状态下引起免疫功能障碍，损伤淋巴细胞DNA合成过程，抑制体液免疫、细胞免疫，降低免疫力，削弱机体抗结核免疫反应。

七、肺结核患者补铁需谨慎

结核分支杆菌在机体内繁殖生长过程中需要从机体竞争性摄取铁用于自身繁殖，机体缺铁状况未尝不是一种自我保护机制[16]。但机体低铁又影响免疫能力，故对结核患者而言，补铁和抑制血清铁两者即相互关联又相互矛盾，结核患者抗结核治疗过程中补铁需谨慎。

肺结核感染初期即大量补充铁，可能导致患者血清铁充足，为结核杆菌生长繁殖提供良好的“培养基”，事与愿违地促进结核繁殖，加重结核感染；例如有研究发现感染性发热的蜥蜴血清铁也明显减低，如果给予补充外源性铁以后，其死亡率会明显升高[16]。所以感染患者缺铁可能是机体的一种自我保护机制。当然，机体严重缺铁情况下，过度损害机体免疫反应系统，抑制细胞免疫，降低机体自身抗结核能力，引起病情加重。因此，抗结核治疗过程中，根据患者具体情况具体分析，适当应用铁剂，达到抑制结核杆菌繁殖并增强机体抗结核细胞免疫能力。

结合现有报道，肺结核感染患者在治疗期间，根据机体具体情况辩证统一的去应用铁剂。机体内结核杆菌快速繁殖代谢，机体基础状况尚可情况下暂不补充铁剂，适当断绝结核杆菌生长所需铁元素，可在一定程度上达到抑制结核杆菌的繁殖代谢的效果，如报道的应用六氯酚(hexachlorphane)与机体铁结合继而抑制结核杆菌生长来治疗肺结核。如果机体条件极差，联合其他抗结核药物抑制其繁殖，且结核病所导致的威胁不足为虑时，可根据需要适量补充铁剂以提高机体免疫力，达到彻底治疗结核病、保证机体健康的目的。

综上所述，结核分支杆菌感染机体后，宿主肝细胞摄取铁增加，免疫系统消耗利用，同时结核杆菌竞争性抢夺利用，增加消耗；机体低热出汗排泄增加；加之结核患者饮食摄入减少等，机体呈现出缺铁的症状，通过测定血清铁来反映结核分支杆菌的感染情况。同时经合理抗结核治疗后血清铁逐渐恢复正常，它且与疾病严重程度负相关。因此我们今后有可能利用血清铁改变作为诊断及评估肺结核病情的指标。