夏晓菲，赵艳红

(哈尔滨医科大学附属第一医院血液内科，哈尔滨 150001)

铁是许多蛋白质和酶的重要组成部分，参与了众多人体必需的生物学功能，但人体只会因黏膜和皮肤细胞脱落或出血而失去少量的铁[1-3]。人体内铁代谢的调控主要是通过调节铁调素的水平，各种生理或病理机制导致人体内铁摄入过多而排除不足就会导致铁过载的发生。既往研究表明，在骨髓增生异常综合征和再生障碍性贫血等血液系统疾病中，铁过载是常见的、独立的不良预后因素[4-5]。对于急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)铁过载的研究较少，但AML患者同样存在铁过载，其发生机制主要涉及红细胞的过量输注、骨髓无效造血以及铁吸收水平的增加。血清铁蛋白因价格低廉、操作简单、具有无创性等优势目前已广泛用于体内铁过载程度的评估。在接受造血干细胞移植的AML患者和未予治疗的初发AML患者中，血清铁蛋白升高均是其独立的不良预后因素之一，与患者的总生存率、无进展生存率以及复发风险等显著相关[6-7]。明确铁过载的发生及损伤机制，以及铁过载对AML患者不良预后的意义可能对AML未来的治疗方向以及患者的预后判断有一定的指导作用。现就铁过载在AML中的研究进展予以综述。

1 铁代谢的调节方式

铁是许多蛋白质和酶的重要组成部分，参与氧的运输和储存(血红蛋白、肌红蛋白)、电子转移和药物代谢(细胞色素C)以及信号转导(一氧化氮合酶)等[1-2]。人体内绝大多数铁分布于红细胞的血红蛋白中，并且用于氧的运输。巨噬细胞(<600 mg)和肌肉肌红蛋白(约300 mg)中也存在一定量的铁，而过剩的铁(约1 g)存储于肝脏中[8-9]。人体会因黏膜和皮肤细胞脱落或出血而失去铁，但没有任何调节铁排泄的机制，只能通过严格控制十二指肠中膳食铁的吸收来维持体内铁的平衡[3]。铁调素是一种肝脏衍生的肽激素，是人体内调节铁代谢最重要的激素。铁转运蛋白介导的二价铁离子从细胞内进入循环血对系统性铁稳态的维持至关重要，而这一过程受铁调素的负向调控；铁调素通过与铁转运蛋白结合并促进其磷酸化、内化及溶酶体降解，从而减少小肠细胞对铁的吸收和巨噬细胞对铁的释放[10-11]。在铁摄入增加和炎症条件下铁调素水平升高，导致巨噬细胞中膳食铁吸收和铁潴留减少；而在铁缺乏、缺氧和急性失血时铁调素水平降低，导致小肠对铁的吸收增加以及巨噬细胞中铁的释放增加[3]。

2 AML中铁过载的发生机制

2.1红细胞输注 在AML中，治疗疾病本身和化疗后骨髓抑制可导致贫血的发生，因此定期的红细胞输注对于AML患者是重要的支持治疗。输血性铁过载是AML患者常见的并发症。1 mL红细胞悬液中含有1.16 mg的铁，因此1单位红细胞中含有200～250 mg铁，相当于6个月吸收铁的总量[12]。身体排出过量铁的机制有限，最初这种过量的铁储存在网状内皮系统中，但随着血浆转铁蛋白的饱和度接近100%，过量的铁沉积在实质细胞中，因此大多数人在输注10～20单位的红细胞后会导致铁调素对铁的调节能力相对不足，造成铁过载的发生[12-13]。

2.2无效造血及铁吸收水平增加 无效造血指骨髓内红系增殖分化异常，导致红细胞在成熟和进入外周循环血之前已被破坏。在AML患者的骨髓中，白血病细胞通过对骨髓脂肪细胞的抑制，导致造血干细胞和祖细胞在骨髓中所占的比例失衡，从而导致骨髓红系增殖分化异常，引起无效造血[14]。无效造血可导致贫血，刺激肾脏产生更多的促红细胞生成素促进红系造血，从而代偿贫血状态，但促红细胞生成素的增加能够限制红细胞的分化，加剧无效造血[15]。无效造血导致的贫血又可引起骨髓造血增生活跃，使铁调素水平降低，增加了小肠上皮细胞对铁的吸收以及巨噬细胞内铁的释放，进而导致铁过载[14,16]。而过量的铁又可抑制骨髓中的红细胞成熟、诱导未成熟的红细胞凋亡[17]，加剧了无效造血。铁过载与无效造血之间形成了恶性循环，对造血系统造成了严重损伤。

3 铁过载在AML患者中的组织损伤作用

3.1骨髓

3.1.1铁过载导致骨髓造血干细胞凋亡及细胞周期停滞 尽管红细胞进行血红蛋白的合成时需要适量的铁，但过量的铁会导致骨髓造血干细胞成熟障碍、细胞老化及细胞凋亡，并使造血干细胞停滞在DNA合成前期。过量的铁造成的细胞凋亡可能与细胞谱系有关。在骨髓中，铁过载所导致的活性氧类(reactive oxygen species，ROS)增加和p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)过度活化，对造血功能的抑制起重要作用。ROS增加可导致DNA损伤和老化机制异常激活，从而直接导致造血干细胞老化和凋亡[18]。增加的ROS不仅可以直接损伤造血干细胞，还可以进一步激活p38 MAPK，间接损伤造血功能，p38 MAPK的激活可进一步促进造血干细胞的凋亡并导致造血干细胞自我更新能力降低[19]；同时，p38 MAPK通过正反馈作用促进ROS对造血干细胞的直接损伤[20]。此外，p38 MAPK还可通过激活p53，诱导各种促凋亡蛋白的表达，促进造血干细胞凋亡，而p53的活化又可以导致造血干细胞的细胞周期停滞在DNA合成前期[19]；对于红细胞系统，过量的铁导致了红细胞的成熟障碍，诱导了未成熟红细胞的凋亡，而且与单核/巨噬细胞系统及B淋巴细胞系统相比，红细胞系统对于铁过载具有更高的敏感性[17]。

3.1.2铁过载抑制骨髓基质细胞的功能 过量的铁可通过抑制骨髓基质细胞的增殖和分化能力，并改变黏附分子及细胞因子的表达，进而影响骨髓的造血功能。在铁过载诱导的小鼠损伤模型中，过量的铁抑制了骨髓微环境中的骨髓基质细胞的增殖和分化能力，并且在铁过量的条件下，磷脂酰肌醇-3-激酶水平升高及叉头框转录因子O3信使RNA水平表达降低导致了ROS产生增加，进而导致骨髓基质细胞不能支持骨髓造血干细胞的集落形成，表明铁过载通过降低骨髓基质细胞的造血支持功能，影响骨髓造血功能[21]。骨髓基质细胞作为骨髓微环境的重要组成部分，通过分泌细胞因子和生长因子、调节造血干细胞生态位等影响骨髓造血功能，在造血过程中发挥了重要的作用[19]。在用过量铁处理后的骨髓中，发现了数种黏附分子的表达发生了显著改变(如上皮钙黏素、血管内皮细胞钙黏素和血小板内皮细胞黏附分子-1水平上调；细胞间黏附分子-1和E-选择素水平下调)，且细胞因子水平也发生了显著改变(重组牛胰岛素样生长因子结合蛋白2和胰岛素样生长因子-1等分泌减少；γ干扰素和肿瘤坏死因子-α等分泌增加)[17]。其中，重组牛胰岛素样生长因子结合蛋白2和胰岛素样生长因子-1可刺激造血干细胞的存活、增殖和循环[22]，而γ干扰素和肿瘤坏死因子-α可直接抑制造血干细胞的功能[23-24]。由此可见，铁过载可以通过改变黏附分子及细胞因子的表达影响造血干细胞的更新与分化，从而间接影响骨髓的造血功能。

3.2肝脏 肝脏在全身铁代谢中起主要作用，是铁的主要储存部位，并将铁释放回循环中[25]。但过量的铁可促进肝细胞的衰老和凋亡，并导致肝纤维化。铁过载通过提高ROS、超氧阴离子以及过氧化氢的激活产生自由基，使脂质过氧化和肝星状细胞活化，进一步导致肝纤维化[26]。过量的铁还可使ROS水平增加，从而导致DNA和蛋白质的破坏以及线粒体功能障碍，导致肝细胞衰老，而增加的ROS又可通过激活MAPK信号通路促进肝细胞凋亡[27]。

3.3心脏 铁过载可导致心力衰竭、心律失常及动脉粥样硬化的发生。随着铁超负荷的增加，心脏中的胞内溶解缓冲机制失效，心肌细胞中游离铁水平升高，导致细胞膜、离子通道和核酸氧化损伤，引发心肌功能障碍和心律失常[28]。过量的铁沉积在动脉介质层中，这与斑块形成、血管氧化应激和功能障碍相关。铁过载通过触发脂质谱改变、血管通透性改变、持续的内皮激活、促动脉粥样硬化的炎症介质升高以及一氧化氮的可用性降低等，加剧了动脉粥样硬化的发生与进展；同时，铁过载通过介导血管细胞中ROS的产生、血管细胞的凋亡和单核细胞的募集，促进动脉粥样硬化的成熟[29]。

4 铁过载对AML患者预后的意义

AML本身可以导致铁过载[30]，而且因病情需要所导致的大量红细胞的输注亦可致铁过载。血清铁蛋白可以有效反映体内铁的含量，且血清铁蛋白价格低廉、操作简单、具有无创性等优势，故广泛用于体内铁过载的评估。过去的研究表明，AML患者生存期的长短主要取决于年龄、发病时的白细胞计数、细胞遗传学、分子生物学等预后变量[31]。无论对于未予治疗的初发AML患者还是拟行造血干细胞移植术AML患者，血清铁蛋白均存在升高，并且是AML患者生存期的独立预后影响因素。

4.1未予治疗的初发AML患者 在未予治疗的初发AML患者中，血清铁蛋白升高组总生存期和无病生存期较短，缓解率较低，血清铁蛋白升高通过增加复发风险以及对化疗的耐药性导致患者预后不良[6,32-34]。但不同文献报道的血清铁蛋白的截点存在争议，并且在不同的细胞遗传学风险的初发AML患者中血清铁蛋白对于预后的意义亦不尽相同。Lebon等[32]首次报道，在中等细胞遗传学风险的初发AML患者中，高血清铁蛋白水平是生存率的独立预测因子。但Tachibana等[33]的研究显示，在低危和中危细胞遗传学风险的AML患者中，高铁蛋白组与低铁蛋白组的总生存期和无病生存期比较差异均无统计学意义(低危组：P=0.86，P=0.88；中危组：P=0.11，P=0.22)，而在高危细胞遗传学风险的AML患者中，高铁蛋白组的总生存期和无病生存期显著缩短。Ihlow等[34]为了排除亚临床炎症对血清铁蛋白水平的影响，对C反应蛋白进行了校正，校正后发现血清铁蛋白仍是总生存期及无病生存期的独立预测因子；在多变量模型中，高铁蛋白组的死亡风险是低铁蛋白组的2倍，并且两组的复发风险和非复发病死率比较差异均有统计学意义(P=0.004 2,P=0.008)。Bertoli等[6]的研究亦证实了血清铁蛋白水平是与初发AML患者所有关键终点相关的独立预后因素，当血清铁蛋白高于正常上限7倍时，化疗的完全反应率降低且复发风险显著增加，表明初发AML患者的铁过载有可能部分来自AML细胞，AML细胞铁蛋白的过表达会导致骨髓的进一步损伤以及阿糖胞苷耐药。

4.2拟行造血干细胞移植术的AML患者 拟行造血干细胞移植的AML患者，血清铁蛋白亦是其独立的不良预后因素，区分低铁蛋白组及高铁蛋白组的血清铁蛋白截断值通常被定义为1 000 μg/L。移植术前高铁蛋白组AML患者的总生存率、无病生存率均显著低于低铁蛋白组患者，并且非复发病死率高于低铁蛋白组；高铁蛋白组患者的高血流感染率以及过量铁导致的多脏器损伤，造成了拟行造血干细胞移植术的AML患者生存期的缩短以及生存率降低[7,35-37]。Tachibana等[35-36]研究证实，血清铁蛋白>1 000 μg/L的血流感染发生率较高，并且首次将移植前血清铁蛋白水平纳入AML的预后评分系统。血清铁蛋白水平与红细胞输注量显著相关，在移植前血清铁蛋白>1 000 μg/L的患者，移植后1年内的血清铁蛋白水平仍较高，并且无论是在移植前还是移植后，高血清铁蛋白组患者生存率均较低，复发风险均增加[7]。近期的研究结果亦证实，在行自体造血干细胞移植的AML患者中，血清铁蛋白升高的患者复发率升高，生存率降低，自体干细胞移植动员潜力降低，并且血清铁蛋白与移植前诱导缓解时红细胞输注量显著相关[37]。

5 小 结

人体内铁平衡主要通过调节铁调素进行调控。各种原因导致人体内铁平衡失调时即可出现铁过载。铁过载可造成AML患者多个重要脏器的损伤，增加血流感染的风险，造成患者化疗耐药，进而导致患者不良预后。已有研究证实，对拟行造血干细胞移植术的AML患者进行祛铁治疗，可改善铁过载相关的不良预后[34]，并且铁蛋白截断值已确定。然而，对于未予治疗的初发AML患者，以何处为截点区分低铁蛋白组与高铁蛋白组，不同文献报道不尽相同。因此，未来仍需大样本、多中心的前瞻性研究以确定区分低铁蛋白组与高铁蛋白组的血清铁蛋白截断值以及祛铁治疗是否可改善血清铁蛋白升高的AML患者的预后。