Метаболизм железа в норме и при патологии

Е.А. Лукина, А.В. Деженкова

ФГБУ «Гематологический научный центр» Минздрава России, Новый Зыковский пр-д, д. 4а, Москва, Российская Федерация, 125167

Для переписки: Елена Алексеевна Лукина, д-р мед. наук, профессор, Новый Зыковский пр-д, д. 4а, Москва, Российская Федерация, 125167; тел.: +7(495)612-09-23; e-mail: elenalukina02@gmail.com

Для цитирования: Лукина Е.А., Деженкова А.В. Метаболизм  железа в норме и при патологии. Клиническая онкогематология. 2015;8(4):355–361.

DOI: 10.21320/2500-2139-2015-8-4-355-361


РЕФЕРАТ

В обзоре изложены современные представления о физиологической и патологической роли железа, а также основных механизмах регуляции метаболизма железа в организме человека. В последние годы показано, что не только дефицит, но и избыток данного микроэлемента имеют катастрофические последствия для организма, а содержание данного микроэлемента жестко регулируется, что позволяет говорить о гомеостазе железа. Из общего количества железа (3–5 г), содержащегося в организме здорового человека, основная часть входит в состав клеток крови, костного мозга и печени и находится в связанном с белками состоянии, что необходимо для предотвращения цитотоксических эффектов свободных ионов железа. В обзоре приводится краткая информация об основных белках, участвующих в метаболизме железа, и их роли в поддержании гомеостаза данного микроэлемента. Особое внимание уделяется функциональному значению гепсидина, играющего ключевую роль в регуляции внеклеточного содержания железа, и процессам рециркуляции железа. Приводится краткая информация о механизмах развития функционального дефицита железа и его роли в патогенезе анемии хронических заболеваний. Существенное внимание уделяется характеристике состояния перегрузки железом, способам диагностики и средствам коррекции вторичного гемохроматоза.


Ключевые слова: метаболизм железа, ферритин, гепсидин, рециркуляция железа, анемия хронических заболеваний, перегрузка железом.

Получено: 1 июля 2015 г.

Принято в печать: 9 ноября 2015 г.

Читать статью в PDF pdficon

ЛИТЕРАТУРА

  1. Петров В.Н. Физиология и патология обмена железа. Львов: Наука, 1982. 224 c. [Petrov VN. Fiziologiya i patologiya obmena zheleza. (Physiology and pathology of iron metabolism.) L’vov: Nauka Publ.; 1982. 224 p. (In Russ)]
  2. Finch CA, Huebers HA. Iron metabolism. Clin Physiol Biochem. 1986;4:5–15.
  3. Richardson DR. Role of iron in cell cycle progression and cellular proliferation. Book of Abstracts. BioIron; 2005:7.
  4. Roetto A, Camaschella C. New insights into iron homeostasis through the study of non-HFE hereditary haemochromatosis. Best Pract Res Clin Haematol. 2005;18:235–50. doi: 10.1016/j.beha.2004.09.004.
  5. Sussman HH. Iron in cancer. Pathobiology. 1992;60:2–9. doi: 10.1159/000163690.
  6. Идельсон Л.И., Воробьев А.И. Железодефицитная анемия. Руководство по гематологии. Под ред. А.И. Воробьева. В 3 томах. М.: Ньюдиамед, 2005. Т. 2. С. 171–90. [Idel’son LI, Vorob’ev AI. Iron-deficiency anemia. In: Vorob’ev AI, ed. Rukovodstvo po gematologii. (Manual of Hematology.) In 3 vol. Moscow: Newdiamed Publ.; 2005. Vol. 2. p. 171–90. (In Russ)]
  7. Porter JB. Monitoring and treatment of iron overload: state of the art and new approaches. Sem Hematol. 2005;42(2 Suppl. 1):14–8. doi: 10.1053/j.seminhematol.2005.01.004.
  8. Kuntz E, Kuntz H-D. Haemochromatosis. In: Hepatology – Principles and Practice. Berlin: Springer-Verlag; 2002. p. 556–65.
  9. Ilickstein H, El RB, Shvartsman M, Cabantchik ZY. Intracellular labile iron pools as direct targets of iron chelators: a fluorescence study of chelator action in living cells. Blood. 2005;106:3242–50. doi: 10.1182/blood-2005-02-0460.
  10. Corce V, Renaud St, Cannie I, et al. Tumoral vectorization of new iron chelators for antiproliferative activity: biological properties of polyaminoquinolines. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Poster #230.
  11. Guyader CD, Thirouard A-S, Erdtmann L, et al. Liver iron is surrogate marker of severe fibrosis in chronic hepatitis. J Hepatol. 2007;46:587–96. doi: 10.1016/j.jhep.2006.09.021.
  12. Camaschella C. Iron and hepcidin: a story of recycling and balance. Hematol Am Soc Hematol Educ Program. 2013;2013:1–8. doi: 10.1182/asheducation-2013.1.1.
  13. Sikorska K, Romanowski T, Stalke P, et al. Association of Hepcidin mRNA Expression With Hepatocyte Iron Accumulation and Effects of Antiviral Therapy in Chronic Hepatitis C Infection. Hepat Mon. 2014;14(11):e21184. doi:10.5812/hepatmon.21184.
  14. Raha AA, Vaishnav RA, Friedland RP, et al. The systemic iron-regulatory proteins hepcidin and ferroportin are reduced in the brain in Alzheimer’s disease. BMC Neuroscience. 2015;16(1):24. doi: 10.1186/2051-5960-1-55.
  15. Xu X, Pin S, Gathinji M, et al. Aceruloplasminemia: an inherited neurodegenerative disease with impairment of iron homeostais. Ann N Y Acad Sci. 2004;1012:299–305. doi: 10.1196/annals.1306.024.
  16. Moreau C, Devedjian J, Kluza J, et al. Targeting brain chelatable iron as therapeutic strategy for parkinson’s disease. Translational and clinical studies. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #52.
  17. Collingwood J, Finnegan M, Visanji N, et al. Brain iron and MRI in Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, and Multiple System Atrophy. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #67.
  18. Долгов В.В., Луговская С.А., Почтарь М.Е. Лабораторная диагностика нарушений метаболизма железа. СПб.: Vital Diagnostics, 2002. 51 c. [Dolgov VV, Lugovskaya SA, Pochtar’ ME. Laboratornaya diagnostika narushenii metabolizma zheleza. (Laboratory diagnosis of impaired iron metabolism.) Saint Petersburg: Vital Diagnostics Publ.; 2002. 51 p. (In Russ)]
  19. Cabantchik ZY, Brener W, Zanninelili G. LPI-labile plasma iron in iron overload. Best Pract Res Clin Haematol. 2005;18:277–87. doi: 10.1016/j.beha.2004.10.003.
  20. Cheng Y, Zak O, Aisen P, et al. Structure of the human transferring receptor-transferrin complex. Cell. 2004;116:483–5. doi: 10.1016/s0092-8674(04)00130-8.
  21. Левина А.А., Андреева А.П., Замчий А.А. Определение концентрации ферритина в сыворотке крови радиоиммунным методом. Гематология и трансфузиология. 1984;5:57–60. [Levina AA, Andreeva AP, Zamchii AA. Evaluation of serum ferritin levels using radioimmunoassay technique. Gematologiya i transfuziologiya. 1984;5:57–60. (In Russ)]
  22. Lukina EA, Levina AA, Mokeeva NA. The diagnostic significance of serum ferritin indices in patients with malignant and reactive histiocytoses. Br J Haematol. 1993;83:326–9. doi: 10.1111/j.1365-2141.1993.tb08289.x.
  23. Denz H, Orth B, Huber P, et al. Immune activation and anemia of chronic disorders. Blood. 1993;81:1404–9.
  24. Gunshin H, Mackenzie B, Berger UV, et al. Cloning and characterization of mammalian proton-coupled metal-ion transporter gene. Nature. 1997;388:482–8. doi: 10.1038/41343.
  25. Mims MP, Guan Y, Pospisilova D, et al. Identification of a human mutation of DMT1 in a patient with microcytic anemia and iron overload. Blood. 2005;105(3):1337–42. doi: 10.1182/blood-2004-07-2966.
  26. Napier I, Ponka P, Richardson DR. Iron trafficking in the mitochondrion: novel pathways revealed by disease. Blood. 2005;105:1867–974. doi: 10.1182/blood-2004-10-3856.
  27. D’Angelo G. Role of hepcidin in the pathophysiology and diagnosis of anemia. Blood Res. 2013;48(1):10–5. doi: 10.5045/br.2013.48.1.10.
  28. Hellman N, Gitlin JD. Ceruloplasmin metabolism and function. Ann Rev Nutr. 2002;22:439–58. doi: 10.1146/annurev.nutr.22.012502.114457.
  29. Fuqua B, Darshan D, Frazer D, et al. Severe defects in iron metabolism in mice with double knockout of the multicopper ferroxidases hephaestin and ceruloplasmin. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #24.
  30. Krause A, Neitz S, Magert HJ, et al. LEAP-1, a novel highly disulfide-bonded human peptide, exhibit antimicrobial activity. FEBS Lett. 2000;480(2):147–50. doi: 10.1016/s0014-5793(00)01920-7.
  31. Park CH, Valore EV, Waring AJ, et al. Hepcidin: a urinary antibacterial peptide synthesized in the liver. J Biol Chem. 2001;276:7806–10. doi: 10.1074/jbc.m008922200.
  32. Ganz T. Hepcidin – a regulator of intestinal iron absorption and iron recycling by macrophages. Best Pract Res Clin Haematol. 2005;18:171–82. doi: 10.1016/j.beha.2004.08.020.
  33. Pigeon C, Ilyin G, Courselaud B, et al. A new mouseт liver-specific gene, encoding a protein homologous to human antimicrobial peptide hepcidin, is overexpressed during iron overload. J Biol Chem. 2001;276(4):7811–9. doi: 10.1074/jbc.m008923200.
  34. Hunter HN, Fulton DB, Vogel HJ. The solution structure of human hepcidin, a antibicrobial activity that is involved in iron uptake and hereditary hemochromatosis. J Biol Chem. 2002;277:37597–603. doi: 10.1074/jbc.m205305200.
  35. Harrison-Findik D, Lu S, Zmijewski E. Regulation of hepcidin transcription by reactive oxygen species and hypoxia. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Poster #6.
  36. Luo Q, Cheng Ch, Wang D, et al. Regulation of intracellular iron homeostasis under hypoxia. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Poster #166.
  37. Means RT, Krantz SB. Progress in understanding the pathogenesis of anemia of chronic disease. Blood. 1992;80:1639–44.
  38. Gardenghi S, Casu C, Renaud T, et al. Investigating the role of cytokines and hepcidin in anemia of inflammation. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Poster #138.
  39. Nairz M, Ferring-Appel D, Schroll A, et al. Iron regulatory proteins mediate macrophage innate immunity against salmonella. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #34.
  40. Kautz L, Nemeth E, Ganz T. The erythroid factor erythroferrone and its role in iron homeostasis. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #30.
  41. Frazer D, Wilkins S, Whitelaw N, et al. Hepcidin-independent iron recycling in a mouse model of haemolytic anaemia. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #32.
  42. Gerhard G, Still Ch, Wood C, et al. Primary hepatic iron overload in extreme obesity is common and not associated with metabolic abnormalities. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #58.
  43. Miyanishi K, Tanaka Sh, Kobune M, et al. Increased hepatic oxidative DNA damage in patients with nonalcoholic steatohepatitis who develop hepatocellular carcinoma. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Poster #227.
  44. Kobune M, Kikuchi S, Iyama S, et al. Iron chelation therapy improves oxidative DNA damage in hematopoietic cells derived from transfusion-dependent myelodysplastic syndrome. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Poster #93.
  45. Jones E, Allen A, Evans P, et al. Differences in hepcidin regulation distinguish mild and severe phenotypes of e-beta thalassaemia. The abstract book of 5th Congress of the International Bioiron Society; 2013. Podium #27.