Н. Р. Аблаев, д. м. н., профессор, А. С. Искакова, А. Ж. Дуйсенбаева,
кафедра лабораторной диагностики и молекулярной медицины
КазНМУ им. С. Д. Асфендиярова, г. Алматы

Еще больше неточностей и просто заблуждений относительно анемии, особенно т. н. железодефицитной анемии (ЖДА) в современной медицине.

Начало XXI века ознаменовалось открытием нового гормона, регулирующего метаболизм железа в организме человека. Это гепсидин. Железо – незаменимый элемент для роста и выживания организмов, играет важную роль в многочисленных биологических функциях. Его участие особенно очевидно в транспорте кислорода гемоглобином, в синтезе ДНК (в составе коэнзима редуктазы рибонуклеотидов) и в активности оксидоредукции многочисленных митохондриальных энзимов.

Количество железа в организме чрезвычайно стабильно и определяется равновесием между поступлением и потерей этого металла.

В организме взрослого человека содержится приблизительно 4–4,5 г железа. Это обеспечивается за счет очень небольшой части поступающего с пищей и в основном за счет рециклирования железа, начиная с лизиса старых эритроцитов. В этом последнем механизме особенно задействованы макрофаги селезенки и красного костного мозга, и в меньшей мере клетки Kupffer. От 60 до 70% железа входит в состав гемоглобина. Приблизительно 10% находится в миоглобине, цитохромах и ферментах, содержащих железо. Остальное железо переходит в запас железа или в форме ферритина (легко мобилизируемая форма резерва), или в форме гемосидерина (трудно мобилизуемая форма резерва). Плазматический транспорт включает трансферритиновое железо и составляет приблизительно 1% железа от общего объема организма.

Ежедневные потери железа – 1–2 мг. В основном они осуществляются через пищеварительный тракт: в виде десквамации эпителиальных клеток кишечника, микрокровотечений и потери с желчью.

Железо также теряется и при десквамации эпителиальных клеток кожи, и в меньшей степени с мочой. Компенсация этих потерь происходит путем абсорбции железа из пищи. Регуляция этой абсорбции находится под воздействием общего содержания железа в организме, эритропоэтической активности, гипоксии и содержания железа в пище и природы питания, а в последнее время очень важное значение в данном процессе придается гормону гепсидину.

Энтероциты ворсинок двенадцатиперстной кишки и проксимальной части jejunum ответственны почти за полную абсорбцию геминического и негеминического железа. Эти энтероциты являются результатом созревания и миграции мультипотентных исходных клеток, располагающиеся в дуоденальных криптах. Чтобы попасть из интестинального просвета в плазму, железо должно пересечь апикальную мембрану, сам энтероцит, а затем базолатеральную мембрану, т. е. путь железа не простой.

Геминическое железо эндоцитируется с молекулой гема после сливания с потенциальным рецептором, называемым гемпереносящим белком (HTP). Затем железо освобождается в энтероците после отторжения молекулы гема гем-оксигеназой.

Что касается абсорбции железа не геминического (неорганического, окисленного) на уровне апикального полюса энтероцита, то наиболее вероятный механизм – это участие белка-транспортера дивалентного катиона DMT1. В этом случае атомы феррического железа (окисленного, трехвалентного железа), поступившие с пищей, сначала редуцируются в атомы двухвалентного железа ферриредуктазой, называемой Cybrd1, затем захватываются транспортером DMT1 (трехвалентные атомы металлов через этот канал пройти не способны).

Из сказанного и показанного на рисунке 1 видно, что основной причиной анемии является не отсутствие необходимого количества железа в пище, а дефекты того или иного белковой природы соединения на долгом и трудном пути усвоения и использования атомов железа. Возможно, будут открыты и другие пути и механизмы развития анемии на фоне нормального поступления железа с продуктами питания.

Потенциальная токсичность железа (восстановленное железо превращает часть молекулярного кислорода в супероксидный радикал) предполагает, что он находится в комплексе с мелкими молекулами или внутриклеточными протеинами шаперонами. После захвата железо может быть направлено в сторону ферритина, где протеины энтероцита могут использовать его в качестве неорганического кофактора, или к базальному полюсу энтероцита. В первом случае абсорбированное железо будет утрачено в процессе естественной десквамации энтероцитов, тогда как во втором оно будет находиться в резерве, чтобы быть направленным в общую циркуляцию. Процесс высвобождения железа в сторону общей циркуляции включает, по меньшей мере, два протеина, которые были идентифицированы совсем недавно.

Ферропортин экспортирует железо из энтероцитов в кровь. Присутствует в макрофагах, 12-перстной кишке, печени и плаценте. Он встречается только у позвоночных. По последним данным, ферропортин служит также рецептором для гепсидина. После прикрепления гепсидина – гормона – к ферропортину весь комплекс поступает в цитоплазму энтероцита и разрушается, и прежде всего белок-канал ферропортин, а возможно, и гепсидин. В результате базолатеральная мембрана лишается канала для выхода железа в сторону крови (обычная мембрана клеток вообще не пропускает катионы железа ни в ту, ни в другую сторону).

При отсутствии гепсидина или при незначительных его (базальных) количествах Fe2+ выходит из энтероцита и тут же под влиянием фермента гефестина (феррооксидазы) окисляется до Fe3+, которое подхватывается трансферрином (одна молекула трансферрина связывает два атома окисленного железа). Гепсидин синтезируется в печени. Молекула активного гормона состоит из 25 аминокислотных остатков и содержит 4 дисульфидных связей (рис. 4).Гепсидин блокирует поступление железа в плазму. Блокирует экспорт железа из макрофагов, содержащих Fe отмирающих эритроцитов. Таким образом, гепсидин связывается с ферропортином и индуцирует его интернализацию (перемещение внутрь клетки) и далее деградацию. С помощью такого механизма гепсидин регулирует выход железа из клеток 12-перстной кишки в плазму и тем самым обусловливает распределение железа в организме. Когда гепсидина в крови много (воспаление), он вызывает анемию, когда его мало, конечно, при наличии нормальных ферропортинов, развивается гемохроматоз (избыточное поступление Fe из кишечника и депонирование железа во многих тканях).

Название гепсидин происходит из следующих компонентов: «геп» – от hepar (печень), окончание «сидин» указывает на его антибактериальные свойства.

Первоначально (2000 г.) гепсидин считался одним из новых белков острой фазы воспаления. Но через год было обнаружено, что он синтезируется в печени и по всем параметрам должен быть отнесен к гормонам. Таковым он сейчас и рассматривается.

Дисрегуляция гепсидина приводит к ряду патологий. При анемии воспаления усиливается секреция гепсидина печенью, гепсидин-секретирующими опухолями; продукция гепсидина при этом является очень высокой, а концентрация железа в плазме становится очень низкой, что неминуемо ведет в анемии. При врожденном гемохроматозе и железо-обусловленных анемиях продукция гепсидина неадекватно низкая, поэтому абсорбция и высвобождение железа из соответствующих клеток очень высокие. Концентрация железа в крови также очень высокая. Это приводит к перенасыщению тканей железом, следовательно, в таких тканях налицо железотоксичность (гемохроматоз).

Вполне возможно, появятся (уже появляются) данные, говорящие о том, что гепсидин имеет не только печеночное происхождение, но производится также рядом других органов и тканей (желудке, сердце). Такова научная история многих открытий: гормональное соединение, выделенное из гипоталамуса или из другой железы, через некоторое время обнаруживается в достаточно эффективных количествах в поджелудочной железе, в клетках, разбросанных в различных отделах ЖКТ.

Механизм развития анемии при хронических воспалительных заболеваниях выглядит следующим образом: в ответ на липополисахарид бактериальной стенки (ЛПС), а также на секретируемые фагоцитами провоспалительные интерлейкины (ИЛ-1, ИЛ-6), гамма-интерферон, TNF-α происходит притупление эритропоэтинового ответа, снижение ответа эритроидных тканей на ЭПО, уменьшается поставка железа из РЭС, повышается содержание ферритина (железа) внутри клеток, уменьшается уровень железа в трансферрине и, следовательно, повышается коэффициент насыщения трансферрина, снижается абсорбция железа из ЖКТ. Причинами указанных явлений служат:

— воспаление, некроз тканей, инфекции;
— неоплазия;
— различная патология сердечно-сосудистой системы, инфаркт миокарда и др.

Относительно недавно стало известно, что анемия развивается также при дефиците витамина D: недостаточное содержание витамина D в организме не позволяет кальцитриолу (активный метаболит витамина D3) стимулировать ген, кодирующий белок-рецептор эритропоэтина в красном костном мозге: эритропоэтин (ЭПО), синтезирующийся почках, может регулировать эритропоэз только через свои рецепторы. При достаточном уровне кальцитриола, гормонально активного метаболита витамина D, происходит стимуляция гена, кодирующего белковой природы рецепторы ЭПО, которые далее запускают синтез в клетках красного костного мозга гемоглобина и эритроцитов. При дефиците витамина D эти процессы становятся невозможными. В мире насчитывается более 2 млрд человек с ЖДА. Какая часть из них страдает именно из-за дефицита витамина D, остается большой тайной. По сообщениям мирового эксперта по витамину D М. Холика, в целом до 70–80% человечества имеют явный дефицит данного солнечного витамина. Но всех больных с ЖДА без особых успехов лечат препаратами железа, а не витамином D.

Вполне возможно, со временем откроется взаимосвязь между дефицитом витамина D и усиленной секрецией гепсидина. Уже считается доказанным факт, что кальцитриол обладает выраженными противовоспалительными свойствами. А как говорилось выше, гепсидин начинает проявлять свое действие именно в ответ на воспаление. Так что применение витамина D при ЖДА окажется весьма успешным и многозначительным.

На схеме (рис. 6), состоящей из нескольких фрагментов, показано, как в норме происходит усвоение и использование атомов железа для гемопоэза (1), а также как гепсидин при воспалительных процессах высвобождается из печени и блокирует выход железа из дуоденальных энтероцитов, макрофагов и гепатоцитов, приводя неминуемо к дефициту железа в крови, хотя больные при этом могут получать вполне нормальные количества железа с пищей (2). На фрагменте 3 представлены случаи, когда имеет место гепсидинорезистентность вследствие дефекта его рецептора, роль которого выполняет ферропортин: железо при этом беспрепятственно наводняет кровь, откладывается во многих органах и тканях, способствуя развитию гемохроматоза 2-го типа.

Избыточное поступление железа в органы и ткани вызывает гемохроматоз. Большинство форм врожденного гемохроматоза являются следствием генетического дефекта гепсидин-регулирующих белков HFE, рецептора трансферрина-2, гемоювелина или самого гепсидина. При всех указанных случаях продукция гепсидина становится очень низкой, и потеря контроля со стороны гепсидина приводит к беспрерывному всасыванию железа из продуктов питания, насыщению транс-феррина плазмы, токсически высокому отложению железа в печени и других органах.

Железо, поступающее из энтероцитов (5%) и из мононуклеарных макрофагов (95%), в нормальных условиях в основном переводится в костный мозг, где оно необходимо для синтеза гемоглобина. Фракция железа, не предназначенная для костного мозга, делится между другими различными местами утилизации и местами накопления представленными макрофагами, но в основном, гепатоцитами, особенно чувствительными к перегрузкам железом. Примеры развития анемии воспаления представлены на рисунке 7.

Железо транспортируется в плазму в основном в форме железа связанного с трансферрином. Комплекс железо–трансферрин затем захватывается рецептором-1 трансферрина (RTf1), присутствующим в различных органах, в частности печени и эритропоэтических клетках. Во время перегрузок железа появляется особая биохимическая форма железа. Речь идет о железе, не связанном с трансферрином, особенностью которого, в отличие от железа, связанного с трансферрином, является преимущество захвата печенью. Эта форма железа, способного генерировать свободные радикалы, не поддается любой из известных форм регуляции и в весьма значительной степени способствует осложнениям, связанным с перегрузками железом.

Высокий уровень железа и снижение уровня кислорода тормозят секрецию гепсидина. Воспалительные (хронические) заболевания стимулируют секрецию фагоцитами провоспалительных цитокинов, которые вызывают синтез и секрецию печенью гормона гепсидина (он же один из белков острой фазы воспаления) и снижение синтеза эритропоэтина. Эритропоэтин должен запустить процесс формирования клеток крови из плюрипотентных стволовых клеток. Поскольку гепсидин при этом разными путями уменьшает уровень железа в крови (путем снижения абсорбции, транспорта и биодоступности) и трансферрин не доставляет железо в костный мозг, то включение атома железа в протопорфирин IX не происходит, не сформировавшиеся клетки крови подвергаются апоптозу. В результате развивается анемия.

Гепсидин как лабораторный тест интересен еще и с других точек зрения: во-первых, мутации и другие воздействия на печеночные гены, кодирующие гепсидин (это, как правило, врожденные дефекты), разрушение самих гепатоцитов приводят к неспособности печени синтезировать и секретировать нужное количество гепсидина, – тогда нарушается возможность регуляции ферремии, что неминуемо приводит к избыточному отложению железа в различных органах и тканях (рис. 9), вследствие чего развивается гемохроматоз 1-го типа (ювенильный гемохроматоз; во-вторых ген, кодирующий ферропортин, оказывается, тоже может стать дефектным, т. е. неспособным взаимодействовать с гормоном гепсидином, выход железа из соответствующих клеток не контролируется, развивается гиперферремия с развитием гемохроматоза 2-го типа.

Если гемохроматоз 1-го типа является гепсидин-зависимым и может быть излечен путем введения экзогенного гепсидина (пока гепсидин как лекарственное средство не существует, но скоро должен стать доступным), то для лечения гемохроматоза 2-го типа (гепсидин-независимый тип) должны подбираться другие методы терапии.

Имеются основания предполагать, гемохроматозы чаще всего не диагностируются. Повсеместное внедрение в лабораторную практику исследования гепсидина (прогепсидина), безусловно, поможет исправить положение.

Гемохроматоз вызывается мутациями в гене HFE. Исследователи идентифицировали более 20 мутаций в гене HFE, которые вызывают гемохроматоз 1-го типа. Эти мутации изменяют размер белка или его трехмерную структуру. В результате белок не может функционировать правильно. Характерна замена аминокислоты цистеина на тирозин в позиции 282 в белковой цепи (описывается как C282Y или Cys282Tyr). Другая мутация вызывает замену гистидина на аспарагиновую кислоту в положении 63 (описывается как H63D или His63Asp). В результате таких замен измененный белок не удерживается на поверхности клеток и не взаимодействует с рецептором на клеточной поверхности, рецептором для трансферрина. Рецептор трансферрина играет ключевую роль в регулировании количества железа, которое проникает в клетки. Когда же белок HFE не связывается с рецептором трансферрина, слишком много железа поступает в организм, проходя бесконтрольно через стенку тонкого кишечника. Такая чрезмерная абсорбция железа (перегрузка организма железом) обусловливает характеристики данного заболевания порфирия – повышенный риск вследствие мутаций в гене HFE.

Mутации в гене HFE, которые вызывают гемохроматоз, обусловливают также особую форму порфирии, называемую porphyria cutanea tarda.
Цитогенетическая локация гена HFE: 6p21.3
Молекулярная локация хромосомы 6: пары оснований 26,195,426 to 26,205,037

Заключение

Представление о молекулярных механизмах контроля гомеостаза железа быстро углубляется за последние годы благодаря методам молекулярной генетики и идентификации большого количества протеинов, участвующих в метаболизме этого металла. Анализ экспериментальных моделей (носителей естественных мутаций или экспериментальных) и изучение заболеваний человека, связанных с нарушениями метаболизма железа, также внесли свою лепту. Они позволили выявить комплексность биохимических процессов, задействованных в поддержании баланса железа в организме, хотя и без достаточного понимания всех механизмов. Имеются многочисленные аргументы в пользу того, что интестинальная гиперабсорбция железа не является единственной причиной генетического гемохроматоза, но что макрофаги, как и клетки печени, по меньшей мере, играют такую же важную роль, как и энтероциты в развитии этой наследственной перегрузки железом.

Традиционная система контроля ЖДА органами ВОЗ заставляет лечащих врачей даже на основе однократного исследования уровня гемоглобина и обнаружения при этом еще совсем неясной природы анемии назначать больным препараты железа. Но, как показывает практика, ферротерапия дает положительный эффект лишь в половине случаем, а на остальную половину больных с «ЖДА» препараты железа оказывают отрицательный эффект, вплоть до генерализации воспалительного процесса. Настало время точно выяснять, что же у конкретного больного – ЖДА или АХЗ, почему и как они развились. Если больной страдает анемией воспаления (об этом опытный врач подумает, если в общем анализе крови, крови гипогемоглобинемии, отмечаются повышенная СОЭ, лейкоцитоз, повышенный уровень СРБ, т. е. маркеров воспаления), то необходимо вначале убрать воспаление. При таком подходе повторные анализы крови укажут на динамику гемоглобинемии, а возможно, и на нормализацию уровня гемоглобина. Больной, таким образом, будет избавлен от негативного действия продолжительной железотерапии.

Новый этап исследований этого метаболизма состоит в дальнейшем изучении экспрессии совокупности генов различных типов клеток с помощью нанотехнологий в различных условиях перегрузки или недостатка железа.

Разумеется, приведенными здесь фактами не ограничивается сущность всех серьезных «железных» проблем. Читатель по ходу знакомства с данным материалом, наверное, обратил внимание на большую группу белков, задействованных в метаболизме железа. Если учесть, что эти белки кодируются генами, которые, к сожалению, обладают способностью подвергаться различным мутациям и производить дефектные белки, то становится понятным существование множества форм анемий, передающихся от поколения к новым поколениям и не поддающихся лечению только приемом железа.

К сказанному следует также добавить, что содержание гепсидина в крови определятся с помощью метода ИФА. Изучение изменений данного показателя, совместно с исследованиями разных параметров эритроцитов, уровня гемоглобина в крови, а также ряда белков острой фазы воспаления внесет существенный вклад в развитие гематологии, заставит клиницистов учитывать возможности развития анемии у больных с хроническими заболеваниями, которые к тому же сопровождаются оксидативным стрессом.

У здоровых добровольцев, по данным Tomas Ganz, Gordana Olbina, Domenico Girelli, Elizabeta Nemeth and Mark Westerman (Blood, 15 November 2008, Vol. 112, No. 10, pp. 4292–4297), концентрация гепсидина в крови у мужчин колеблется в пределах 29–254 ng/mL (n=65), а у женщин несколько ниже – 17–286 ng/mL (n=49), (р<0,001). Самая низкая концентрация данного гормона составляла 5 ng/mL. Уровень гепсидина в крови коррелирует с содержанием ферритина. У больных с ЖДА концентрация гепсидина в крови была очень низкой. У больных с хроническим воспалением (C-reactive protein >10 mg/ dL), миеломой, хронической почечной патологией, наоборот, концентрация гепсидина была очень высокой. По мнению авторов, измерение уровня гепсидина в крови является очень перспективным маркером, особенно при затруднениях отделения физиологических изменений от патологических нарушений, а также для выявления генетических дефектов, в том числе в случаях ювенильного гемохроматоза, уточнения этиологии заболеваний, обусловленных нарушением метаболизма железа. Но, конечно, можно себе представить картину, какое появится противодействие со стороны производителей железных препаратов, когда, в результате правильной диагностики анемий и этиопатогенетической терапии, железо будет все больше ржаветь на складах аптек. Через это человечество когда-нибудь научится проходить.

«Узелки на память»:

— Гемоглобин – действительно единственный переносчик кислорода в организме.
— При снижении уровня гемоглобина падает не только снабжение тканей кислородом, но также снижается эффективность борьбы с закислением крови и выведение углекислого газа из организма.
— Не всегда нормальные цифры общего гемоглобина означают благополучие с доставкой кислорода к органам и тканям.
— При обнаружении сниженного гемоглобина в анализах у больного не спешите кричать, что у него ЖДА, и немедленно приступать к назначению ему препаратов железа и только железа.
— Медицина, как и сама жизнь, – это сложная штука; истина, как правило, не лежит на поверхности разных протоколов и стандартов, ее необходимо хорошенько поискать. И вы обязательно найдете причину!

Литература
1. Ganz T. Hepcidin, as key regulator of iron metabolism and mediator of anemia of inflammation. Blood. 2003; 102: 783–8. 
2. Торшин В.А., к.м.н., доцент кафедры биохимии РМАПО, г. Москва (Метгемоглобинемия. Клинико-лабораторные параллели). 
3. Andriopoulos B. and Pantopoulos K. (2006). Hepcidin generated by hepatoma cells inhibits iron export from co-cultured THP1 monocytes. J. Hepatol. 44, 1125–1131. 
4. De Domenico I., Ward D.M., Musci G., Kaplan J. (2006). Iron overload due to mutations in ferroportin. Haematologica 91, 92–95. 5. De Domenico I., Ward D.M., Nemeth E., Vaughn M.B., Musci G., Ganz T., Kaplan J. (2005). The molecular basis of ferroportin-linked hemochromatosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 8955–8960. 
6. E. Cadet, M. Gadenne, D. Capront, J. Rochette / Donnes recentes sur metabolisme du fer: un etat de transition / La revue de medecine interne 26 (2005), 315–324. 
7. Park C.H., Valore E.V., Waring A.J., Ganz T. Hepcidin, a urinary antimicrobial peptide synthesized in the liver. J Biol Chem. 2001; 276: 7806–10. . 
8. Pigeon C., Ilyin G., Courselaud B. et al. A new mouse liver-specific gene, encoding a protein homologous to human antimicrobial peptide hepcidin, is overexpressed during iron overload. J Biol Chem. 2001; 276: 7811–19. 
9. Ganz T. Hepcidin, a key regulator of iron metabolism and mediator of anemia of inflammation. Blood. 2003; 102: 783–18. 
10. Roetto A., Papanikolaou G., Politou M. et al. Mutant antimicrobial peptide hepcidin is associated with severe juvenile hemochromatosis. Nat Genet. 2003; 33: 21–22.