严震文(综述)，叶志斌(审校)

(复旦大学附属华东医院肾内科，上海200040)

慢性肾衰竭患者普遍存在肾性贫血，主要与促红细胞生成素(erythropietin，EPO)生成不足有关。目前EPO已成为慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)患者整体治疗的重要组成部分，然而部分患者存在EPO低反应现象。以往认为铁缺乏和慢性炎症是导致外源性EPO反应减弱的两个常见原因，但常规补铁的效果和传统反应铁缺乏的标志物并不能完全解释这种现象。近年来，国外学者发现几种新的铁转运和铁调节蛋白，尤其是hepcidin，极大地丰富了人们对机体铁代谢分子调控的认识。hepcidin在CKD特定人群中的研究近年来已有报道。hepcidin可能成为评价CKD患者铁状态的重要生物标志物［1］。

1 hepcidin的一般结构

hepcidin是一种主要由肝细胞产生和分泌的小分子肽，富含半胱氨酸。2000年，Krause等［2］首先从人血液中分离纯化了这种抗菌多肽，2001年Park等［3］从人尿液中也分离出这一多肽，并将其命名为hepcidin。在肝脏中合成的早期多肽由84个氨基酸残基组成，多肽N端含有一段信号肽，酶切去除其24个氨基酸残基的信号肽后，形成含有60个氨基酸残基组成的前体肽而转运进入血液中，再通过前肽转化酶酶切形成具有生物活性的小分子多肽hepcidin。成熟的hepcidin分子有3种，分别为25个氨基酸(Hepc 25)、22个氨基酸(Hepc 22)和20个氨基酸小肽(Hepc 20)，其中 Hepc 25是主要存在形式。目前发现，hepcidin的表达除了主要在肝脏外，肾脏、心脏、骨骼和脑也有极少表达。Kulaksiz等［4］发现人类肾小管和集合管上皮细胞能分泌这种固有多肽，肾脏参与hepcidin的滤过排泄。

2 hepcidin与铁代谢

一些动物实验和人体研究已揭示，hepcidin在调节机体铁代谢平衡中起关键性的作用。Pigeon等［5］首先发现hepcidin与铁代谢之间的联系，采用高铁饮食喂养或胃肠外途径给铁，造成小鼠铁负荷增多，小鼠肝细胞hepcidin mRNA表达水平显著上调近10倍，并与铁剂累积剂量呈正相关。研究结果提示，饮食中的铁和机体铁负荷增多可诱导hepcidin mRNA表达。随后，Nicolas等［6］发现肝脏缺乏 hepcidin mRNA表达的鼠形成了严重的组织铁超负荷。基于这两个研究，Nicolas等提出的hepcidin是铁转运中表明铁状态的一个信号分子。

成年人每天大约需要20 mg的铁元素，体内大部分铁来自单核吞噬细胞系统的巨噬细胞对衰老红细胞的重新利用，只有1～2 mg是十二指肠上皮细胞从食物中吸收的铁。在人体，小肠是吸收铁的唯一部位，肝脏和单核吞噬细胞系统是铁贮存的主要部位，骨髓则是利用铁的主要部位。hepcidin作为一种激素样的多肽物质，通过与铁输出载体，即膜铁转运蛋白相互作用而在铁的吸收、利用和贮存等不同铁池间进行信号传递［7］。Fleming等［8］发现hepcidin 表达增加可出现循环铁降低，肠道铁吸收减少，单核吞噬细胞单核巨噬细胞内铁增加，推测hepcidin直接抑制贮存铁从单核吞噬细胞单核巨噬细胞的释放，而低水平的hepcidin加快铁从单核巨噬细胞的释放。hepcidin持续高水平最终将导致红细胞生成可获取铁量的减少，引起贫血。反之，hepcidin表达减少会导致十二指肠铁吸收失调节和铁超负荷，表明肝细胞hepcidin与肠道铁转运分子表达水平呈负相关。hepcidin作为一种铁调节激素，其表达除了受饮食铁水平、机体铁状况影响外，炎症、慢性感染、缺氧以及骨髓对红细胞生成信号的反应也影响hepcidin的调节与表达［9］。

3 hepcidin在CKD患者中的表达

hepcidin在CKD患者中的表达水平研究得益于血液检测方法的进步。测定有活性的hepcidin 25需要克服技术上的困难，比如相对分子质量小，抗原获得有限，因此近些年才有报道应用质谱分析测定hepcidin 25。最初量化具有生物活性的hepcidin水平采取的是非CKD患者的尿液。虽然这些来自尿液的研究数据能反映hepcidin作为铁调节多肽的水平，而且血液和尿液中的含量密切相关，但是尿液hepcidin含量与肾小球滤过率和小管重吸收有关，并在肾组织中已检测到hepcidin mRNA，表明肾脏参与了hepcidin代谢［10］。随着CKD患者肾小球滤过率的下降，残余肾功能的丧失，尤其是许多无尿的CKD患者，尿液测定有一定限制，因此文献报道的关于CKD研究很多是通过测定血液中hepcidin前体肽(prohepcidin)完成的。Taes等［11］2004年报道 CKD患者中hepcidin前体肽升高，与肾小球滤过率呈负相关;CKD和非CKD患者中前体肽与铁、炎症参数无相关性。这种结果可能的解释是前体肽只是无生物活性的代谢中间物，而且现在看来，前体肽水平并非完全映照有活性的hepcidin水平。hepcidin在CKD患者中的生物学作用不能完全通过测定前体肽来解释，故仍值得探索。Tomosugi等［12］应用蛋白芯片体系技术半定量血清hepcidin 25，观察到血液透析患者与正常人比较，其含量增加2～3倍，hepcidin 25的水平和血清铁、炎症标志物白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)相关。与正常铁蛋白的患者比较，高铁蛋白组hepcidin 25水平增高，提示慢性肾功能不全时，hepcidin会积聚，含量甚至超过β2微球蛋白20～30倍。Ashby等［13］应用放射免疫法测定成人CKD 2～4期和血液透析患者血清hepcidin浓度，发现CKD各组含量增加，血透组水平显著升高。因此，肾小球滤过率对体内hepcidin含量产生一定影响，也可能是hepcidin清除减少的理论依据。残余肾功能和不同透析方式对hepcidin清除究竟有多大影响，尚待进一步研究，但保护透析患者的残肾功能显然有助于控制过高的血清hepcidin水平。

4 hepcidin与CKD相关研究

许多实验动物研究已证实hepcidin在铁代谢中的作用。缺铁饮食、贫血状态、低氧促使肝细胞合成hepcidin减少;而急慢性炎症促使hepcidin合成增加，即基因编码的hepcidin受炎症调节［14］。CKD患者即使没有明确的感染，仍普遍存在慢性炎症状态，这可能与导致CKD的基础病因、感染发生率增加、广泛存在的动脉粥样硬化以及前炎性因子增多等有关。由于肾脏清除率的下降会直接或间接涉及炎症，因此，随着肾功能的恶化，可能加剧机体的炎性反应，与肾脏清除率呈负相关的炎性因子C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、IL-6水平升高，故大部分CKD患者CRP升高。一般认为透析过程无论是血液透析还是腹膜透析均使患者暴露于炎症的机会增多，特别血液透析患者透析液中含微量内毒素，透析膜生物相容性差，交叉感染等刺激促进炎性反应。多年前研究发现，循环中的单核细胞和透析膜接触后，会产生前炎性细胞因子，包括IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子α和单核细胞趋化因子。这些细胞因子的水平和EPO剂量呈线性正相关，以后又发现IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子α与hepcidin上调有联系。肝脏hepcidin基因表达受到两种途径调控［15］，一是，依赖内铁的含量及肝细胞表面通过骨形态基因蛋白受体复合物接受的信号。这个信号复合物也包括hepcidin调节蛋白等蛋白质，如果这种蛋白质发生突变，在人类就会导致铁过载综合征。二是，与IL-6介导的炎症信号通路有关。Theurl等［16］发现小鼠和人单核细胞能产生hepcidin，而IL-6和脂多糖能上调单核细胞中hepcidin水平，也可以通过自分泌方式下调膜铁转运蛋白表达，从而抑制铁从贮存细胞中释放，此进一步阐明了炎症与hepcidin的关联性，炎症促进hepcidin表达，也不难理解CKD患者hepcidin mRNA表达上调。Malyszko等［17］证实CKD中炎症促进hepcidin表达。

肾性贫血应用EPO治疗时，应包括铁状态的评估，以及是否需要持续补铁。特别是血液透析患者常处在慢性炎症状态，正常铁代谢受到干扰，易出现低铁血症。与慢性炎症性贫血相似，其实验室特点是低血清铁、低转铁蛋白饱和度以及正常或升高的铁蛋白，即贮存铁可能是适当的，但可利用铁不足，这是传统功能性铁缺乏的含义。然而应注意的是，大部分的铁代谢生物标志物，如铁蛋白受到急性相反应影响，铁蛋白增加有两部分组成:其一是反应贮存铁增加，其二是一般炎症过程的应答。因此，功能性缺铁的判定在CKD这个特殊人群中受到争议。常碰到这样的情况:CKD伴有肾性贫血患者，转铁蛋白饱和度＜20%，同时铁蛋白＞500 μg/L，是否需要继续补铁?补铁可能是有益的，但如果主要是炎症造成的单核吞噬细胞对铁释放抑制，形成功能性缺铁，根据经验持续补铁无疑会造成铁超负荷。DRIVE研究［18］正是一项在铁蛋白 ＞500 μg/L，转铁蛋白饱和度＜20%的血透患者中进行的观察，随机分组给予静脉补铁和非补铁治疗，结果接受铁治疗的大部分患者EPO需要量下降25%，但随访分析显示，TSAT和铁蛋白两项指标均不能预测肠道外补铁有效，换言之，铁蛋白和转铁蛋白饱和度在评价补铁是否达标方面，存在局限性。随着对CKD患者中铁代谢异常分子水平的研究，发现 hepcidin，尤其是 hepcidin 25氨基酸介导了铁代谢异常。实验数据显示［19］，炎症诱导肝脏hepcidin表达异常发生在血清转铁蛋白饱和度下降之前，而且hepcidin无论在血清还是在尿液中，与慢性炎性贫血患者的铁蛋白有一定相关性［20］。在大部分的CKD研究中，hepcidin和铁蛋白有相关性。故有人提出［1，9］hepcidin可以作为 CKD铁状态的重要生物标志物。比如，hepcidin可以帮助区别单纯性铁缺乏还是伴有单核吞噬细胞组织铁潴留，前者hepcidin下降，而后者升高。此外，由于高铁时hepcidin水平升高，如监测到这种情况，可以推测有足够的贮存铁，警惕过度补铁的风险。当然，通过hepcidin的测定是否能真正指导补铁还需要更深入地研究。

hepcidin和EPO之间相互作用是怎样的，目前还不是很清楚，Nicolas等［21］给 C57BL/6小鼠注射EPO 3 d，用RNA印迹法(Northern blot)分析显示，注射最后一次EPO 24 h后肝脏hepcidin mRNA转录完全消失。同样，Pinto等［22］报道，离体小鼠肝细胞和人HepG2肝癌细胞株中，EPO介导的肝脏hepcidin基因表达是通过 EPO受体和转录因子 C/EBPα(emopamil binding protein gene)介导的。故有人提出EPO一方面可以作为红细胞生成的刺激因子，另一方面是hepcidin的抑制性因子，推测EPO可能下调hepcidin表达。Ashby等［13］观察了7例初始接受rhEPO治疗者，发现经EPO治疗后，hepcidin水平下降。但Kato等［23］对24例血透患者进行分组测定hepcidin水平，rhEPO反应组和低反应组(rhEPO＞9000 U/周)比较，两组间 hepcidin水平无差异。Dallalio等［24］在体外试验中发现，在限定 EPO浓度下，hepcidin通过作用于红系集落形成单位直接抑制红细胞生长。因此，hepcidin水平能否预测EPO治疗反应，二者间如何相互影响，目前尚有分歧观点，有待深层次的研究。

综上所述，hepcidin是体内一种重要的铁调激素，CKD患者特殊的病理生理状态导致体内hepcidin水平的改变，继而引起铁状态变化。探索hepcidin调控和作用的分子机制，对于CKD乃至各种铁代谢疾病的诊治都有着潜在的价值。有作者预言［25］，hepcidin单克隆抗体可能作为CKD的一项治疗措施，通过降低hepcidin水平或拮抗其功能，起到增加肠道铁吸收、促进单核吞噬细胞系统铁释放，避免铁在该系统过度沉积损害单核巨噬细胞功能的作用，从而逆转炎症对红细胞生成产生的负面影响，特别是那些EPO低反应者，hepcidin抗体作为辅助治疗可能会扭转这种现象，这将成为一项值得探索的研究。

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