La hepcidina es una proteína de bajo peso molecular

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1 B I O Q U Í M I C A HEPCIDINA LA MOLÉCULA CLAVE EN HOMEOSTASIS DEL HIERRO Jorge Gutiérrez Bolaños* Introducción La hepcidina es una proteína de bajo peso molecular descrita inicialmente en septiembre de 2000 por Krause y col, en el Instituto para Investigación de Péptidos en Hannover, con el nombre de LEAP-1 (Liver-expressed antimicrobial peptide) es decir, péptido antimicrobiano expresado en el hígado, denominado así porque fue predominantemente detectado en hígado y mucho menos en otros tejidos como en el corazón; pero además numerosos microorganismos mostraron sensibilidad a esta molécula (algunos bacilos, cocos Gram negativos, hongos, etc.). Pero fue en el 2001, cuando la Doctora Christina Park, Tomas Ganz y otros, de los departamentos de Pediatría, Medicina y Patología de la Universidad de California, hicieron la caracterización bioquímica de la molécula y adoptaron el nombre de Hepcidina (hep por su origen hepático y cidina por sus características microbicidas). Posteriormente se demostró que la Hepcidina es secretada por el hígado como respuesta a la sobrecarga de hierro y la inflamación y por el contrario, disminuye la secreción en ferropenia y en aumento de la eritropoyesis. Para el año 2010 se demostró una molécula potente inhibidora de la expresión de la hepcidina, en la Universidad de Heidelberg. * Médico Pediatra Universidad Nacional. Autor del libro Bases Fisiopatológicas del Laboratorio Clínico. Fisiología El hierro es elemento vital necesario para la formación del grupo Hem presente en la molécula de hemoglobina y de mioglobina; numerosas enzimas (catalasas, peroxidasas, triptófano pirrolasa, citocromo oxidasas, deshidrogenasas) y de los citocromos microsomales y mitocondriales. Normalmente el contenido de hierro del organismo de 3 a 4 gramos se mantiene constante a través del equilibrio entre la absorción del hierro de la dieta y las pérdidas fisiológicas del metal. La deficiencia de hierro conduce a numerosas alteraciones, siendo la más notoria, el déficit en la fabricación de hemoglobina con la consecuente anemia. Pero el exceso es extraordinariamente nocivo para las células principalmente del hígado (cirrosis-cáncer) del miocardio, hipófisis y otros órganos. Como el organismo humano no tiene sistema de eliminación fisiológico del hierro, es necesario el control de este metal a nivel de los sitios desde donde puede pasar al torrente circulatorio: a. El enterocito duodenal donde es introducido por el Transportador metálico Divalente a partir del hierro de la dieta. b. El macrófago que ha tomado el hierro proveniente de la destrucción, a los 120 días, de los eritrocitos viejos o dañados. El hierro de la dieta ingresa al enterocito duodenal mediante el Transportador metálico divalente. Aquí la 19

2 mayor parte se une a la apoferritina para formar ferritina la cual es eliminada una vez que se cumpla el ciclo vital del enterocito, a través de las heces. Una pequeña parte (aproximadamente un 10%, que varía según las necesidades del organismo) pasa al medio interno mediante la acción de la Ferroportina, molécula encargada de exportar el metal, luego de que la Efaistina lo convierta de ferroso a férrico. La Efaistina es un proteína de aminoácidos formada de un precursor de aminoacidos. El hierro proveniente de los macrófagos debe ir a la medula ósea para la fabricación de la nueva hemoglobina para los nuevos eritrocitos. La Hepcidina es una hormona producida en el hígado como pre-pro-hepcidina con 84 aminoácidos; luego, los primeros 24 aminoácidos se separan dando la prohepcidina. Posteriormente es secretada en el plasma con solo 25 aminoácidos, la forma activa, con 8 residuos de cisteína y 4 puentes disulfuro, siendo transportada por la Alfa 2-macroglobulina.Una degradación aminoterminal resulta en la producción de 2 pequeñas isoformas de 20 y 22 aminoácidos de función desconocida. La función primordial de la Hepcidina consiste en anular la acción de la Ferroportina: primero se une a ella, luego la internaliza y posteriormente la degrada. En esta forma impide el paso del hierro del enterocito y del macrófago a la circulación general. La hepcidina es secretada por el hígado en respuesta a la sobrecarga de hierro y a la inflamación. La disminución de la hepcidina conduce a sobrecarga de hierro, mientras que su sobreproducción conduce a hipoferremia y la anemia de la inflamación. La hipoferremia aumenta la resistencia del huésped a la infección, pero conduce a la anemia de la inflamación, llamada también anemia de la enfermedad crónica. La hepcidina controla los niveles plasmáticos de hierro regulando la absorción del hierro de la dieta en el intestino, la liberación del hierro reciclado de la hemoglobina por los macrófagos y el movimiento del hierro guardado en los hepatocitos. Durante el embarazo, la hepcidina fetal controla la transferencia del hierro de la madre a través de la placenta, al feto. A su vez, los niveles de hepcidina son regulados por el hierro hepático y por la necesidad de eritropoyesis mediada por la oxigenación hepática. El hierro es liberado del enterocito y de los macrófagos para su paso al plasma, mediante la ferroportina, única molécula exportadora de hierro en los mamíferos, presente en los enterocitos absortivos, en los macrófagos, en los hepatocitos y en las células placentarias. Cada día ingresan al plasma 20 a 25 miligramos de hierro provenientes de los eritrocitos viejos destruidos, liberados de los macrófagos por la ferroportina; y 1 a 2 miligramos provenientes de la dieta, liberados de los enterocitos mediante la ferroportina igualmente. La hepcidina inhibe esta liberación en ambos sitios al unirse a la ferroportina, conduciéndola al interior de la célula para luego degradarla. La hepcidina es regulada por varia moléculas incluyendo HFE (gen de la hemocromatosis hereditaria), la hemojuvelina y el receptor 2 de transferrina. Es decir que el hierro regula la secreción de hepcidina, la cual a su vez controla la concentración de ferroportina en la superficie celular. El receptor de transferrina 2 puede actuar como un sensor del hierro circulante y por tanto regulador de la expresión de la hepcidina, en la cual participan además el gen de la hemocromatosis hereditaria, el de este receptor y el de la hemojuvelina. La salida del hierro por la ferroportina depende de una oxidasa cúprica pero sobretodo de la Hefaestina localizada en la membrana basolateral del enterocito que convierte el hierro ferroso en férrico para la incorporación del hierro en la transferrina. La hefaistina fue identificada por primera vez por el Dr. Christopher Vulpe de la Universidad de California en 1999 y así la llamó por Hefesto, Dios griego del trabajo en metales. Dosificación Corrientemente no hay un método de referencia para medida de Hepcidina en sangre u orina. En 2009 se realizó el primer encuentro internacional con este fin con la participación de 12 laboratorios de 6 países del primer mundo en el Departamento de Química Clínica de la Universidad de Nijmegen de la misma ciudad en Holanda, con recomendaciones para estandarizar los diferentes métodos presentados. Tomas Ganz había desarrollado en la Universidad de California en 2008 un inmunoensayo para su dosificación, con muy buenas perspectivas y que permitió establecer estos parámetros en sangre entre los percentiles 5 y 95: Hombres: 29 a 254 nanogramos por centímetro cúbico con una media de 65 Mujeres: 17 a 286 nanogramos por centímetro cúbico con una media de 49 Mostrando una buena correlación con la cifra en orina y con la cifra de ferritina. 20

3 Asumiendo una cretininemia normal de l mg/cc y de hepcidina 100 ng/cc, la relación normal es aproximadamente de ng/mg de creatinina. En su estudio encontró en orina también en sujetos normales, una media de 500 ng/mg de creatinina. Este 95% retenido en riñón se explica, o bien porque no atraviesa el filtro glomerular o porque es reabsorbida y degradada en túbulos proximales. Se demostró en 2009 en la Universidad de Nijmegen que la tasa de filtración glomerular no es un determinante mayor en los niveles de hepcidina 25; en contraste, las isoformas 20 y 22 se acumulan en pacientes con daño renal. Durante la inflamación, la retención de hierro ocurre en los macrófagos y en el bazo pero no en el hígado. El aumento de depósitos de hierro y la inflamación inducen la producción de hepcidina; mientras que la hipoxia, la anemia, la deficiencia de hierro, el aumento de la eritropoyesis y la eritropoyetina disminuyen la sín tesis. Fisiopatología La interacción de hepcidina-ferroportina puede ser central en la fisiopatología de la hemocromatosis hereditaria y en la anemia de la inflamación. La mayor parte de las hemocromatosis se caracterizan por deficiencia de hepcidina o menos frecuentemente por mutaciones autosómicas dominantes, de ferroportina.o de hemojuvelina, este último un probable regulador de la síntesis de la hepcidina. Las anormalidades en la regulación de la Hepcidina han sido implicadas en dos importantes entidades clínicas: la hemocromatosis hereditaria y la anemia de la inflamación o anemia de la enfermedad crónica. La regulación de la expresión de la hepcidina tambén está alterada en anemias crónicas secundarias a hemolisis (Talasemia mayor) o en aumento de eritropoyesis anormal (anemias diseritropoyéticas) en las cuales hay sobrecarga de hierro y mala distribución de él. En estos pacientes, los niveles séricos de hepcidina están severamente disminuídos a pesar de la sobrecarga sistémica de hierro. Anemia de la inflamación Por lo menos 3 mecanismos contribuyen a la anemia de la enfermedad crónica o anemia de la inflamación: a. La retención del hierro proveniente de los eritrocitos normalmente destruidos, en el sistema de macrófagos. b. La presencia de citoquinas inflamatorias que inducen sobreexpresión de hepcidina. c. Los pacientes con anemia de la enfermedad crónica, tienen una respuesta disminuída a la eritropoyetina. La inflamación en general induce la expresión de la hepcidina mucho más cuando se trata de un proceso crónico, por ejemplo la inflamación de una enfermedad autoinmune (artritis reumatoide) o de una infección prolongada (tuberculosis), dando como resultado la disminución del paso del hierro del enterocito y del macrófago a la circulación general y por consiguiente como resultado anemia que inicialmente puede ser normocítica pero tambien microcítica hipocrómica. Este fenómeno se realiza en general por acción de moléculas que detectan el fenómeno inflamatorio como la Interleucina 6 y otras citoquinas inflamatorias. Por el contrario, en condiciones usuales, el paciente con anemia por déficit de hierro, tendrá disminuída la expresión de la Hepcidina como mecanismo para procurar un mayor paso de hierro a la sangre. Los individuos con anemia de la enfermedad crónica y anemia por déficit de hierro tienen significativamente niveles más bajos de hepcidina que los que tienen la anemia de la enfermedad crónica. Los que tienen las dos, son capaces de absorber hierro de la dieta y movilizar hierro de los macrófagos, en contraste con los casos de anemia de la enfermedad crónica. La hepcidina circulante afecta el tráfico de hierro en ambas entidades pero responde más a la demanda eritropoyética de hierro que a la inflamación. Por consiguiente, la determinación de Hepcidina puede ayudar a diferenciar entre la anemia de la enfermedad crónica y la debida a enfermedad crónica más deficiencia de hierro. Esta diferenciación es muy importante porque el suplemento de hierro es benéfico en el caso de la anemia combinada, pero puede ser deletérea en los pacientes con la anemia de la enfermedad cónica, especialmente si ellos tienen condiciones subyacentes del tipo de infecciones o cáncer. En la práctica clínica esta diferenciación no es fácil puesto que en ambas hay disminución de hierro sérico y de la saturación de transferrina. Además, los niveles de ferritina son difíciles de interpretar durante la inflamación, porque la expresión de ferritina es inducida por sobrecarga de hierro y citoquinas inflamatorias. 21

4 La relación entre los receptores solubles de transferrina sobre el logaritmo de la ferritina puede ser útil, (menos de 1, en anemia de enfermedad crónica; más de 2 si se acompana de deficiencia de hierro) pero no ha sido ampliamente usada en la práctica clínica. Hemocromatosis Es una condición hereditaria de disregulación de la absorción del hierro que conduce a sobrecarga total del hierro en el organismo con daño secundario tisular en muchos órganos: hígado (cancer-cirrosis), hipófisis (hipogonadismo), páncreas, corazón, etc. En general el pronóstico a largo plazo es incompatible con la vida pero con tratamiento adecuado antes de que ocurran las alteraciones celulares, permite una expectativa de vida normal. Se consideraba la hemocromatosis hereditaria como un desorden monogénico, pero luego se supo que puede ser producida por alteración en por lo menos 5 genes que intervienen en el metabolismo del hierro: 1. El gen clásico de la hemocromatosis hereditaria (HFE). 2. El gen que codifica para la Hepcidina (HAMP). 3. El gen que codifica para la Hemojuvelina (HJV). 4. El gen que codifica para el Receptor de transferrina 2 (TfR2). 5. El gen que codifica para Ferroportina (SLC40A1). El comienzo de las manifestaciones clínicas es en la cuarta a quinta década de la vida, con excepción de la denominada hemocromotasis juvenil. La hemocromatosis juvenil es causada por mutaciones en el gen de la Hemojuvelina o en el de Hepcidina. Estos pacientes tienen niveles urinarios indetectables de hepcidina. La ferroportina es el receptor a través del cual la hepcidina ejerce sus efectos sobre los niveles sericos de hierro; con mutaciones que inactivan la ferroportina se conduce a una forma de Hemocromatosis hereditaria llamada enfermedad por Ferroportina. En la hemocromatosis hereditaria, se altera la expresión de la hepcidina y es inapropiadamente baja para el nivel de depósitos de hierro. La falta de hepcidina o la resistencia a la molécula conduce además a regulación alterada del depósito de hierro en los macrófagos, con excesiva liberación del hierro a la circulación; así mientras los macrófagos normalmente tienen un importante rol en depósito de hierro, los macrófagos en pacientes con hemocromatosis hereditaria paradójicamente contienen poco hierro a pesar de sobrecarga del mismo en otros tejidos. El aumento patológico de los niveles de hierro en el organismo se detecta clásicamente con la cifra de transferrina y la de saturación de transferrina. Habrá sobrecarga de hierro cuando la ferritina sérica pase de 100 nanogramos por centímetro cúbico y la saturación de transferrina sobrepase el 45%. Utilidad de la dosificación de hepcidina 1. Distinción entre la anemia de la enfermedad crónica y esta anemia combinada con déficit de hierro. 2. Monitorear el éxito terapéutico de suplementaciones de hierro aún antes de observar aumento de los niveles de hemoglobia. 3. Diagnóstico del déficit de hierro, antes de que aparezca la anemia microcítica hipocromica, o la disminución de la ferritina y de la saturación de transferrina. 4. Puede ayudar a predecir y monitorear la respuesta al hierro endovenoso y la terapia con eritropoyetina en la anemia de la insuficiencia renal. 5. En un futuro potencial terapéutico con antagonistas de la hepcidina para tratamiento de la anemia de la inflamación o para hepcidina exógena para tratamiento de la hemocromatosis. 6. Detección de deficiencia de hierro en la inflamación, en la cual los tradicionales parámetros del estado del hierro, ferritina y saturación de transferrina no son útiles. 7. Estudio de las hemocromatosis. BibliografÍa Mleczco-Sanecka K., Casanovas G. y col. SMAD controls iron metabolism as a potent inhibitor of hepcidina expression. Blood 2010;115: Young B., Zaritzky J. Hepcidin for Clinicians. Clin J Am Society of Nephrology. 2009; 4: Collins J., Wessling-Resnick M. et al. Hepcidin Regulation of Iron Transport. Journal of Nutrition. 2009; 138: Kim E. and Han O. Asociation of Ferroportin-1 with Hephaestin in human intestinal cells. The FASEB Journal. 2007; 21: Krause A., Neitz S. et al. LEAP-1, a novel highly disulfidebonded human peptide, exhibits antimicrobial activity. Febs letters.2.000; 480: Peters H., Laarakkers C. et al. Serum hepcidin-25 in patients with chronic kidney disease are independent of glomerular filtration rate. Nephrol Dial Transplant ;25: Peslova G., Petrak J. et al. Hepcidin, the hormone of iron metabolism, is bound specifically in blood.blood ;113:

5 Zhang D.L., Hughes R.M. et al. A ferroportin transcript that lacks an iron-responsive element enables duodenal and erythroid precursor dlls to evade translational repression. Cell Metab.2.009;9: Theurl I., Aigner E. et al. Regulation of iron homeostasis in anemia of chronic disease and iron deficiency anemia: diagnostic and therapeutic implications.blood. 2009; 113: Fleming R., Bacon B. Orchestation of iron hemostasis. N Engl JMed.2.005; 352: Aguilar-Martínez P.,Yu Lok C. et al. Juvenile hemochromatosis caused by a novel combination of hemojuvelin G320V/ RI76C mutations in a 5-year old. Haematologica.2007; 92: Allen K. et al. Iron Overload-Related Disease in HFE hereditary Hemochromatosis. N Eng J Med. 2008; 358: Pietrangelo A. Hereditary Hemochromatosis-A new look at an Old Disease. N Engl J Med ; 350: Vulpe C.D. et al. Hephaestin, a ceruloplasmine homologue implicated in iron transport, is defective in the sla mouse. Nat. Genet. 1999; 21: Bergamaschi G. et al. Serum hepcidin : a novel diagnostic tool in disorders of iron metabolism. Haematologica.2009; 94: McLaren G. et al. Hereditary hemochromatosis: insights from de Hemochromatosis and iron Overload Screening (HEIRS) Study. Hematology. 2009; Dec G.W. Anemia and Iron Deficiency-New Therapeutic Targets in Heart Failure? N Engl J Med.2009; 361: Keel S. et al. The Microcytic Red Cell and the Anemia of Inflammation. N Engl J Med. 2009; 361: Ka C. et al. Phenotypic and functional data confirm causality of the recently identified hemojuvelin p.r176 missense mutation. Haematologica. 2007; 92: Swinkels D. et al. Hepcidin: a new tool in the management of anaemia in patients with chronic kidney disease? NDT 2008; 23: De Domenico I. et al. Regulation of iron acquisition and storage: consequences for iron- linked disorders. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9: Zhang A. et al. Iron Homeostasis: Recently Identified Proteins Provide Insight into Novel Control Mechanisms. J. Biol. Chem. 284: Park C. et al. Hepcidin, a Urinary Antimicrobial Peptide Synthesized en the Liver.J Biol Chem. 2001; 276: Nemeth E. et al. Hepcidin Regulates Cellular Iron Efflux by Binding to Ferroportin and Inducing its Internalization. Science 2004; 306: Results of the first international robin for the quantification of urinary and plasma hepcidin essays: eed for standardization. Haematologica. 2009; 94: