铁调素在脓毒症相关性贫血中的研究进展

李福兴，谢可心，张玉琳，赵卫东

大理大学临床医学院，云南大理 671000

脓毒症是由感染引起的全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，病死率高[1-2]。脓毒症患者常常合并贫血，国外调查研究发现，入住ICU的脓毒症患者中，早期即有超过50%合并各种原因所致的贫血，入住超过3 d后几乎均有贫血表现；国内研究显示，入住ICU超过1周的患者贫血发生率高达74.8%，脓毒症患者合并贫血后，贫血程度会随着住院时间的延长而加重，且脓毒症相关性贫血的发病机制相对复杂，使得治疗更为棘手，病死率更高[3-6]。目前已有研究发现，入住ICU的贫血患者通常合并铁代谢紊乱及铁调素(hepcidin)调控失调[7]。为此，本文将对铁代谢与铁调素调控在脓毒症中的作用机制及研究进展进行综述，以期为临床治疗脓毒症相关性贫血提供新思路和策略。

1 机体正常铁代谢与铁调素调控

1.1 正常铁代谢 铁被人体吸收、转运、储存、利用、释放、排泄等过程统称为铁代谢。食物中的Fe3+进入机体后被十二指肠色素细胞还原为Fe2+，在二价铁离子转运体1(DMT1)的协助下，运输至小肠上皮细胞，最终在十二指肠和空肠上段被吸收[8]。被吸收的Fe2+一部分形成了铁蛋白，储存于肝脏或巨噬细胞中，另一部分经膜铁转运蛋白(FPN)释放入血液[9]。释放入血的铁离子在转铁蛋白(Tf)、转铁蛋白受体1(TfR1)和转铁蛋白受体2(TfR2)的协助下，通过胞吞作用被细胞吸收，最终在内涵体中释放[10]。因此，即使在缺铁状态下，机体也不会无节制地吸收铁。生理状态下，铁代谢始终维持在稳定状态。

1.2 正常铁调素调控 肝细胞不仅是铁的储存细胞，还可产生铁调素。铁调素是由25个氨基酸组成的多肽，于2000年首次被发现并提纯[11-13]。铁调素一方面可直接结合转铁蛋白，引起其构象变化以抑制铁外流；另一方面可结合膜铁转运蛋白1(FP1)，降低血清铁含量[14-16]。生理状态下，一旦机体出现铁过载，肝脏中铁调素的合成和分泌增加，进而限制肠道铁的吸收及肝脏中铁的释放，防止机体因铁过载而产生过多活性氧引起细胞损伤或死亡[17-18]。当机体感知到铁缺乏时，则会通过基因调控使肝脏铁调素的表达下调，增加肠黏膜铁的吸收及肝脏和巨噬细胞中铁的释放[19]。因此，生理情况下，铁调素是通过负性调控作用来维持机体铁稳态的[20]。

2 脓毒症患者的铁代谢紊乱与铁调素调控

2.1 铁代谢紊乱 脓毒症患者常合并贫血，而脓毒症相关性贫血的病因和发病机制往往比较复杂。目前已证实铁代谢紊乱可引起脓毒症患者的炎症性贫血，一项纳入61 852例患者的前瞻性研究表明，机体严重缺铁会增加未来血流感染的风险[21]。在脓毒症患者发病早期，血清铁、转铁蛋白饱和度、红细胞生成素(EPO)等指标水平降低，总铁结合力(TIBC)、铁调素等指标水平升高，从而造成机体铁缺乏，最终导致贫血[7]。同时，铁调素的表达增加与脓毒症患者的贫血程度呈正相关，有助于判断脓毒症患者的预后[22]。

2.2 细菌感染与铁代谢 铁不仅是机体正常代谢的原料，细菌的生长同样离不开铁，低铁环境是机体限制细菌生长、减少感染机会所做出的防御性反应。新生儿出生时铁调素呈较高水平，可为机体创造低铁环境，以限制细菌的生长与繁殖[23]。铁在机体内是介导氧气依赖性脯氨酰胺和低氧诱导因子1α (HIF-1α)的天冬酰胺羟化酶必需的辅助因子，在低氧诱导因子-脯氨酰羟化酶通路中发挥重要作用[24]。 因此铁缺乏时，巨噬细胞处在缺氧环境下，可以稳定HIF-1α并促进白细胞介素-1β(IL-1β)及其他细胞因子的转录和合成，在一定程度上限制了细菌对铁的利用，抑制了其增殖，同时可减轻机体因铁过载而通过芬顿(Fenton)反应释放过多活性氧造成的细胞损伤或死亡[14]。

在ICU脓毒症患者中，肺炎克雷伯菌是最常见的病原菌之一。有研究表明，铁缺乏可刺激肺炎克雷伯菌分泌一种名为铁载体的低分子物质，后者与铁离子具有较高的亲和力，主要通过鳌和转铁蛋白、其他含铁蛋白或者机体血红蛋白中的铁离子与机体竞争铁，进而引起铁缺乏，最终导致机体贫血[25]。 经非肠道途径补充铁后，机体对感染的敏感性会显著升高[26]。此外，铁调素对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和曲霉菌等均有广谱杀菌作用[27]。细菌感染时，肝细胞中IL-6/SATA3通路被激活，从而调节铁调素的转录[28]。此外，内毒素可刺激骨髓细胞，激活TLR4信号通路，导致铁调素表达上调，进一步激活机体的炎症反应[29]。然而，巨噬细胞一旦出现铁过载，其吞噬并杀死致病菌的能力会显著下降[30]。因此，机体铁稳态对于机体抵御炎症反应和维持自身正常免疫防护功能至关重要。

2.3 铁调素调控 铁调素在判断脓毒症合并炎症性贫血患者的严重程度时具有高度特异性，一方面可提示炎症性贫血患者的预后，另一方面能调节机体铁代谢。Jiang等[7]分析198例脓毒症患者的临床资料及实验室指标发现，铁调素与入住ICU的脓毒症合并炎症性贫血患者的28 d病死率显著相关，同时与EPO、IL-6等传统炎症性贫血指标相比，铁调素具有更高的预测价值及特异性。沈侃等[31]研究77例脓毒症患者发现，铁调素与脓毒症患者危重程度及近期临床预后密切相关，是脓毒症患者死亡的独立危险因素。也有研究发现，血清铁调素是诊断脓毒症的有益指标，可反映其严重程度[32]。此外，国外的一项研究将89例小儿脓毒症患者分为脓毒症组、脓毒症性休克组，同时纳入入住ICU的非脓毒症患儿组及健康对照组，发现在区分四组患者时，铁调素较白细胞、C反应蛋白等指标更为可靠[33]。

脓毒症中铁调素调控的分子机制尚未明确。有研究表明，机体一旦发生感染，GP130/STAT3信号通路可被IL-6等细胞因子激活，通过信号转导增加肝细胞中铁调素的表达，进而降低血清铁的水平[34]。此外，血清IL-6的水平与脓毒症患者的诊断及严重程度评估密切相关[35]。IL-1、TNF-α等炎性介质发挥作用，需先激活IL-6，再作用于GP130/STAT3信号通路[28,36]。除此之外，在HJV-BMP/SMAD通路中发挥主要作用的是铁调素调节蛋白(HJV)，后者是骨形态发生蛋白(BMP)的协同受体，其中BMP6是铁的特异性配体，目前已经发现BMP6的表达水平与铁负荷呈正相关，表明BMP6水平可以反映肝细胞内铁的水平，还有研究发现BMP2、4、5、7、9在体外可以诱导铁调素的表达[37-38]。 HJV先与Ⅰ型BMP受体结合，促进BMP的表达，进一步促进SMAD1/5/8的磷酸化，磷酸化的SMAD与SMAD4形成的复合体可移动到细胞核，最终促进铁调素的表达[39]。在小鼠脓毒症模型中，当小鼠铁调素过表达时，往往伴随铁代谢紊乱，小鼠出生时即有严重的贫血表现[40]。由此可见，通过低铁环境来抑制微生物是机体在感染时所做出的防御性反应[26]。

脓毒症所致贫血患者还伴随EPO的减少，EPO受体在IL-1等炎性因子的刺激下表达下调，从而使得EPO生成减少。在脓毒症性休克患者中红细胞的生成受EPO的严格调控，EPO可以诱导红细胞分泌某种糖蛋白激素，并抑制铁调素的表达，从而促进机体应激状态时的铁传递过程[41]。铁调素分子较小(分子量为2.7 kD)，容易通过肾小球滤过膜，然后在近端小管被吸收和降解，最终只有少量滤过的铁调素进入尿液，而ICU患者往往合并慢性肾病，肾脏无法完全清除铁调素，导致其在血浆中大量蓄积，限制了EPO的生成，因此脓毒症患者出现贫血时EPO升高并不明显。EPO生成减少不仅抑制了红系祖细胞的增殖和分化，并且诱导了红细胞的凋亡[42]。

此外，脂多糖(LPS)也可引起脓毒症患者贫血，并对铁调素有一定的调控作用[6]。动物实验结果表明，在LPS诱导的急性炎症反应中同样有铁调素的参与，其可显著降低内毒素性脓毒症小鼠的病死率；LPS可使十二指肠上皮细胞及巨噬细胞膜表面FP1的表达减少，进而抑制十二指肠和空肠上段对铁的吸收及肝脏和巨噬细胞中储存铁的释放[43]。 后续机制研究发现，LPS可诱导巨噬细胞和单核细胞中TLR4和NF-κB通路激活，铁调素表达增加，且机体对铁调素的调节依赖LPS[44]。此外还发现，LPS可通过BMP/SMAD信号通路诱导铁调素的产生[45]， 通过激活TLR4通路直接诱导肝细胞中铁调素的mRNA表达和分泌[46]。部分药物如阿司匹林被证实可通过抑制LPS介导的IL6/JAK2/STAT3以及P65(NF-κB)通路下调铁调素的表达[47]。总之，LPS可通过不同途径实现对铁调素的调控。

3 脓毒症患者的铁代谢与铁调素调控紊乱的治疗

3.1 EPO 目前应用EPO纠正脓毒症相关性贫血尚未达成共识，临床上多采用输血纠正贫血，往往带来一系列并发症，但目前研究已经表明脓毒症相关性贫血患者的EPO会减少，因此理论上EPO可以纠正其贫血[48]。补充外源性EPO后，ICU脓毒症患者的血红蛋白、网织红细胞计数及血细胞比容等指标均稍微增高，不仅可纠正贫血，还可减少输血次数。此外，有研究表明，EPO本身可减轻炎症反应，其升高血清铁水平主要是通过JAK2/SATA3和HJV-BMP/SAMD通路来抑制铁调素的生成，进而纠正铁代谢紊乱[49]。然而，EPO本身并不能降低脓毒症患者的病死率，无法改善其预后，同时还会增加血栓形成、心肌梗死等的风险，一旦过度表达还会导致叶酸缺乏[50]。国外一项对42例脓毒症患者的研究发现，危重型脓毒症患者的炎性细胞因子水平持续升高主要与血清铁缺乏所导致的贫血有关，与EPO水平并无明显相关性[51]。因此，EPO治疗脓毒症相关性贫血仍需更多的临床研究进行验证。

3.2 补充铁剂 铁是造血原料，血清铁可以通过口服或静脉输注铁剂来补充，但尚无研究证实补充铁剂是否会对转铁蛋白饱和度、血红蛋白、输血次数等造成影响。补铁过多会引起铁过载。有研究发现，铁调素及FPN在铁过载小鼠模型中表达水平明显升高，可能影响骨髓红系造血功能，导致细胞损伤或死亡[52]。选择静脉补充铁剂时，具有毒性的游离铁进入机体可能会导致铁中毒，甚至危及生命[53]。此外，铁可催化羟自由基生成，通过芬顿反应产生过多活性氧来加重机体的氧化应激，而缺铁是机体对病原体感染做出的一种防御反应，补铁会使机体的防御能力降低，故补充铁剂治疗脓毒症患者的炎症性贫血仍存在争议[54]。

3.3 铁调素抗体及拮抗剂 铁稳态离不开铁调素的调节，在脓毒症相关性贫血患者中，改变铁调素的表达水平可作为治疗的新靶点[55]。近年来研究发现，铁调素抗体可以下调肝脏中铁调素的表达进而增加血浆中的铁含量、血红蛋白含量及平均红细胞体积，而铁调素拮抗剂可维持铁代谢平衡并抑制炎症反应[56]，但是具体疗效及安全性仍需进一步验证。

3.4 其他治疗 IL-6/SATA3信号转导途径可以调控铁调素的转录，使用IL-6受体拮抗剂可以抑制该信号通路的转导，下调铁调素的表达，以达到纠正贫血的目的[36]。目前研究还发现，当铁调素在血浆中过多积累时，采用血液透析可以将其有效清除，临床上可通过透析来提高铁的利用率[57]。夏艳梅等[58]研究发现，在脓毒症患者的治疗中，应用透析能够提高治疗效果，减轻炎症反应，且有助于改善患者的预后。

综上所述，脓毒症相关性贫血患者的血清铁、转铁蛋白饱和度以及EPO等指标水平降低，同时总铁结合力、铁调素、IL-1、IL-6等的生成增加，其中铁调素对判断脓毒症合并炎症性贫血患者的预后具有较高的特异性。此外，脓毒症相关性贫血的病因和发病机制比较复杂，铁代谢相关蛋白能否作为脓毒症治疗的新靶点仍须进一步深入研究进行评估。