可溶性转铁蛋白受体和铁代谢在临床上的应用

[关键词] 转铁蛋白;受体;铁代谢

[中图分类号] R446.1[文献标识码] A[文章编号] 1004-8650(2009)09-134-04

铁以三种不同的方式分布于人体:大多数的铁(约80%)参与转运氧的血红蛋白和储存氧的肌红蛋白,还有几种存在于细胞氧化和呼吸链的酶中。过剩的铁与铁蛋白和含铁血黄素结合以备使用,因为游离的铁对细胞是有毒性的。只有相当少的铁(约0.1%)在血液循环中被运输,它们与转铁蛋白结合,从“产地”—与具有生理功能的铁结合的蛋白(例如:在骨髓中合成的血红蛋白)被运往“储存地”(例如:肝中的铁蛋白)。在健康的人体中,每天从食物中摄取大约1mg的铁,并且有等量的铁丢失。红细胞含有大多数的铁(约2500mg),另外有少部分但是必不可少的(约500mg)铁提供给肌肉和酶,使它们进行正常活动。过剩的铁与铁蛋白结合,储存在不同的细胞中。可溶性转铁蛋白受体(sTfR) 是存在血清中完整的膜TfR单体的截断形式,sTfR 的测定具有广泛的临床意义,它不仅可用于评估机体铁状况和红细胞生成速率,而且有助于肿瘤性疾病诊断和疗效的评价。

1sTfR概述

TfR 是细胞膜转运蛋白,广泛分布于机体多种细胞,在增殖活跃的肿瘤细胞、合成Hb的幼红细胞及胎盘绒毛滋养层合体细胞膜上TfR数目尤为丰富,而sTfR 是存在血清中完整的TfR单体的截断形式。组织细胞的生成发育都需要铁的参与,组织细胞摄取铁是通过细胞表面的TfR介导,以胞饮内吞模式进行,即携带铁的转铁蛋白(Tf)与细胞表面的TfR 结合形成复合体,以胞饮的形式进入细胞,细胞内pH值降至5.5或更低时铁被释放进入细胞质,而Tf-TfR 经胞吐作用返回至细胞表面。随着Tf与TfR间结合力的降低,二者解离,Tf回至血液,进入新一轮运铁循环。TfR 的调节分为转录和转录后两个阶段。转录的上调和下调主要取决于细胞增殖分化速度。转录调节不依赖铁,而转录后TfR 的mRNA受到细胞内铁浓度的调控[1]。

2sTfR的测定和影响因素

2.1TfR测定

近年来测定sTfR有针对TfR单克隆抗体及Tf-TfR复合物的多克隆抗体建立的酶联免疫吸附法(ELISA)、酶联免疫分析法(IdeATM sTfR IEMA)、免疫荧光测定法、自动免疫比浊法( IdeA sTfR-IT assay) 及干血浆斑点测定法,测定sTfR的商品化试剂有R&Dsystem 和Clinigent 试剂盒及RamcoLaboratories 的TfR 酶联免疫试剂盒,用不同的试剂和方法测出的sTfR 正常参考范围不一。以Clinigent 试剂盒为例,其测定方法为IdeATM sTfR IEMA ,此试剂盒采用鼠抗人sTfR 单克隆抗体,基于非竞争夹心酶联免疫分析技术,首先将20μl待测血清加入200μl 缓冲液的微量滴定盘中,室温下孵化1 h ,然后洗去未结合抗原,再加入200μl碱性磷酸酶结合的抗sTfR ,经孵育1 h ,再次洗涤,加入200μl基底液,30min孵育后滴定酸终止反应,405nm 显色反应后查标准曲线,可得到sTfR含量。用此法测出参考值为(1.3-3.3) mg/L[2] 。IdeAsTfR2IT assay 测定sTfR 更为省时,方法更为简便。

2.2TfR 影响因素

已有研究报道健康人群sTfR水平与年龄、居住环境有一定的关系。Choi等[3]研究发现新生儿sTfR 为(4.95±1.24) mg/ L、婴幼儿为(4.51±1.12) mg/L、学龄前儿童为(3.02±0.76) mg/L,至17岁时为(2.09±0.55)mg/L、成年人为(2.13±0.51)mg/L,可见新生儿sTfR 明显高于成人,随年龄增长sTfR逐渐下降接近成年人,这可能与幼儿生长发育需要的红细胞生成速率高于成人有关。Allen等[4]发现不同肤色人群sTfR 水平不同,61例黑肤色人群为(20.9±5.2)nmol/L,164例白肤色人群为(19.1±4.8)nmol/L ,前者明显高于后者,同时也发现居住的地理位置其海拔高度对sTfR有明显的影响,对分别居住于美国丹佛、明尼阿波利斯和布鲁克林三个地区人群sTfR 检测结果分别为(20.8±5.4)nmol/L(78例)、(19.4±4.8)nmol/L(25 例)和(18.7±4.7)nmol/L(69例),显示所生活的海拔高度越高的人群其sTfR浓度越高,这可能与人群所处环境对需氧增加而出现的代偿性反应有关,另外他们的研究也显示sTfR 水平与性别无明显的相关性。Choi等[5]对355例正常妊娠不伴有明显贫血或铁缺乏的妇女进行了sTfR及相关铁指标的检测,发现孕早期sTfR 与非孕妇无显著差异,随着孕程的进展,sTfR 进行性上升,产后1-4周迅速下降,至产后12-16周恢复至非妊娠状态,sTfR 能较敏感地反映潜在的铁缺乏和红细胞生成增加。Khumalo等[6]在178例志愿者口服维生素C(VitC)1-2g/d 前后测定血清sTfR 和铁蛋白(SF) ,发现SF无明显变化, 而服用VitC 3 d后sTfR 显著降低,其原因可能是VitC在细胞内可抑制溶酶体内铁向含铁血黄素转变,造成非储存铁增加,VitC 也可促进铁调节蛋白表现出乌头酶活性与铁反应元件解离, 从而实现对TfR 负调控。另外sTfR 虽然为血浆蛋白,但受蛋白质营养不良的影响较小。

3sTfR 临床意义

3.1评估铁状态

SF反映机体储存铁水平,sTfR反映组织缺铁程度,sTfR/SF的升高往往提示缺铁,而下降可反映铁过剩。SF和sTfR的联合测定为群体铁状况评价提供了最佳实验检测手段,可用于人群中贫血病因的调查。

3.1.1 造血组织早期缺铁的诊断:缺铁性贫血(IDA)是体内慢性渐进性缺铁的发展后果,缺铁一般经过3个阶段即铁减少期(ID)、红细胞生成缺铁期(IDE)和缺铁性贫血(IDA)。Skikne等[7]对志愿者作连续放血试验,动态监测各项铁参数,结果发现:在储存铁减少阶段,SF迅速降低,sTfR仅轻微升高;随储存铁完全耗竭而组织缺铁时,sTfR迅速升高,并与组织缺铁的严重程度呈正相关,当组织缺铁达5mg/L(相当于丢失1-2U全血)时,sTfR升至正常值的2倍,而其他铁参数如红细胞游离原卟啉(FEP),血清铁(SI),总铁结合力(TIBC),转铁蛋白饱和度(TS)等均未见明显改变,而发展至IDA时,血清sTfR可上升至正常的3-4倍,认为sTfR是惟一能对IDA做出诊断的敏感指标,可反应造血组织早期缺铁。

3.1.2 判断慢性病贫血(ACD)是否合并IDA:ACD 常继发于慢性感染、炎症和恶性肿瘤性疾病,铁代谢障碍是其发生机制之一,实验室检查特点为:SI、TIBC、TS均降低,骨髓铁粒幼红细胞减少,FEP升高且红细胞呈小细胞低色素改变,而SF和骨髓铁染色正常或增加。当ACD和IDA并存时, 常规用的铁参数SF无法准确反应IDA,因为SF为急性时相反应蛋白,在炎性状况下升高,这种变化影响了对贫血病因的判断,而骨髓铁染色虽然为诊断缺铁的金标准,但其为一创伤性检查。Kivivuori等[8]对30例慢性关节炎青少年患者测定了sTfR、SF、TS和Hb,结果发现伴有不同程度的贫血患者15例,其中13例sTfR高于正常值上限而8例SF、TS均在正常范围,且在13例sTfR高于正常上限的患者中,sTfR水平与患者Hb和平均红细胞容积成负相关,故认为在ACD患者中,炎症干扰了SF对机体铁水平的反应,而sTfR能较正确地反应铁缺乏状况。

Asobayire等[9]也对来自非洲高发疟疾和感染疾病的1573例测定了Hb、SF、C反应蛋白(CRP)和sTfR,将CRP作为机体有感染的标记,结果发现41%-63%的妇女和儿童伴有铁缺乏,20%-39%的妇女和儿童存在IDA。学龄儿童和成人TfR与CRP的相关系数分别为0.065 和-0.065 ,远远低于SF与CRP的相关系数0.221和0.197,并且学龄儿童疟疾的发生与TfR相关系数为0.007 而与SF为0.132 ,从而证实sTfR不受感染和疟疾的影响,是评价ACD患者是否缺铁的有效指标。由此可见,sTfR是一种新的反映机体储存铁状况的指标,能准确评估ACD患者体内储存铁,从而预知患者是否需要同时补铁治疗。

3.1.3 反映铁超载:已有研究表明过量铁也可对机体产生危害, 遗传性血色病患者存在铁负荷过多,其SF明显超过正常值水平。为研究机体sTfR是否在铁过剩时也同样有反应性下降, Khumalo等[10]对来自津巴布韦农村的150例测定了SF、TS和sTfR, 发现23例铁过剩组(SF>300 μg,TS>60%),sTfR为(1.55±0.61)mg/L,明显低于正常对照组(2.26±0.72)mg/L和缺铁组(2.83±1.14)mg/L。Looker等[11]也研究发现铁过剩组sTfR和sTfR/SF分别低于正常对照组的10%和24% ,认为当机体铁过剩时,sTfR会受到生理活动的调节而下降,认为sTfR也是评估机体铁过剩的有效指标,可以用sTfR评估富铁人群的铁状态。

3.2细胞生成评价

sTfR水平可反应骨髓幼红细胞增生情况。Huebers等[12]报道在红系增生低下患者中sTfR降低,如再生障碍性贫血患者sTfR为正常人的47% ,肾功能衰竭患者sTfR为正常人的60% ,骨髓移植前接受化疗药物治疗患者sTfR为正常人的46% ,而红系造血增生性血液病sTfR可升高,如自身免疫性溶血性贫血患者sTfR为正常人的3倍,遗传性球形红细胞增多患者sTfR为正常人的4.5倍,血红蛋白H病为正常值3倍,β2地中海贫血,血红蛋白E病sTfR可高至正常值的8.5倍。慢性肾脏病患者因促红细胞生成素(EPO) 减少而产生肾性贫血,Ahluwalia等[13]在用EPO治疗肾性贫血中发现,sTfR升高20%以上患者中,92%Hb在用药一周后升高,认为sTfR可用于评价慢性肾病使用EPO的疗效,监测红细胞的生成。

3.3肿瘤性疾病的辅助诊断和疗效评价

研究发现肿瘤细胞膜表面表达大量TfR,林菊生等[14]以亲和素生物素过氧化物酶结合物测定了30例肝细胞癌组织和6例正常组织TfR,结果癌巢表现为深染棕色而癌周间质免疫染色阴性,表明肝癌细胞表达大量的TfR而癌周间质细胞不表达。Whitney等[15]用单克隆抗体免疫法也发现肺癌中76%腺癌和93%鳞癌TfR表达阳性,而正常肺组织不表达,且TfR表达强阳性组生存率与弱阳性和阴性组有显著差别,提示TfR可能是非小细胞肺癌不良预后的指标。

Dowlati等[16]测定了32例肺癌患者肿瘤细胞表面TfR和血清sTfR,并对22例慢性阻塞性肺病患者测定sTfR,结果两者血清sTfR水平无显著差别,且肺癌患者血清sTfR与肿瘤细胞TfR表达和肿瘤大小无明显相关。陈怀宇等[17]检测17例晚期恶性肿瘤患者血清sTfR,发现12例正常,2例升高分别伴有上消化道大出血和脾功能亢进,而3例已经ECT证实有全身转移患者低下,提示晚期恶性肿瘤患者sTfR 未能反应性增高。但在血液系统肿瘤中对sTfR测定结果的报道不一,Klemow等[18]报告的11例急性非淋巴细胞白血病均无sTfR的升高,Bjerner等[19]测定了82 例淋巴瘤患者sTfR并作骨髓铁染色,结果发现在无任何铁指标异常的淋巴瘤患者sTfR有升高。曾利等[20]检测急性淋巴细胞白血病(ALL)初治组sTfR为(24.73±12.38)nmol/L,急性髓系白血病(AML)初治组sTfR为(27.09±19.37)nmol/L,与正常对照组sTfR(30.49 ±9.78) nmol/L间差异无显著性。而4 周化疗后ALL完全缓解(CR)组为(55.41±22.01)nmol/L,AML的CR组为(50.71±20.99)nmol/L,均明显高于初治组,而8周末ALL CR组和AML CR组接近对照组,长期CR组则与正常对照组无差异,sTfR在白血病化疗前后变化显著,可作为临床化疗效果判定的参考指标。

3.4铁代谢和可溶性转铁蛋白受体(sTfR)是功能性缺铁的最灵敏的标志物

体内铁的平衡可被一些情况破坏,例如,铁需求量的增多(生长发育、怀孕);铁供应的不足(营养不良/素食、吸收功能紊乱)或是体内铁过度丢失(急慢性出血,如月经过多、胃溃疡出血):大多数(70%或更多)的缺铁都是由贫血造成的,这种贫血的特征是红细胞变小和血红蛋白的量过少。缺铁会影响几项生理功能:肌肉功能减退、对于神经系统来说就是注意力不集中和学习能力下降、温度调节功能受影响、细胞介导的免疫反应缺陷以及对孕妇来说缺铁会引起早产。

然而,由不同原因造成的贫血应采用不同的治疗方法。血红蛋白或红细胞生成的不足可由营养缺陷(缺铁、叶酸盐或维生素B12)、慢性炎症或原发性骨髓病造成。另外,还有一些原因,如溶血、脾机能亢进、血丢失增加和血浆扩容剂的增容作用。

另一方面,铁不能过量补充,过量补充铁也会造成损害。铁过多负荷的最常见的病有:血色素沉着症,它是常染色体隐性遗传病。这种病的患者,由于肠对铁的过量吸收并以与铁蛋白结合的形式储存在肝、心脏和胰中,损害该脏器的功能。治疗方法包括周期性静脉放血,以增加铁丢失,直到储存铁(铁蛋白的量)以及补充到组织的铁量(转铁蛋白饱和度或可溶性转铁蛋白受体)都达到正常。对评价铁代谢来说,测定不同的参数以了解不同状态的铁的情况是必不可少的。铁蛋白反映了储存铁的情况,它在血浆中的浓度与细胞内总的铁蛋白储存量成一定的比例关系。转铁蛋白在“储存地”和“吸收地”之间运输铁,还将铁运往骨髓以产生血红素。由转铁蛋白的饱和度可知被利用铁的百分率,这一百分率将随着缺铁而降低,随着铁的超负荷而升高。参与正常生理活动的铁/生成水平的铁的总量可由可溶性转铁蛋白受体(sTfR)的量来反映。这种可溶性的细胞受体可介导结合了铁的转铁蛋白进入红细胞样细胞前体。循环的可溶性受体与带受体的细胞的密度成一定比例,随着对铁的需求量的增加和红细胞量的增多而增多。若要把铁供给网织红细胞(红细胞前体),结合了Fe3+的转铁蛋白与细胞膜上的受体结合,然后在受体的作用下进入细胞。在细胞内,铁与其他的铁结合蛋白结合,如血红蛋白、铁蛋白。然后,受体和转铁蛋白再次回到细胞表面,此时的未结合铁的转铁蛋白与受体脱离。

大多数的化验室如今用血清中的铁来评价铁的状态,包括总铁结合能力、转铁蛋白饱和度和铁蛋白。然而,这些参数有一些局限性:在紧张状态或受感染的情况下,血清中铁的水平就会降低。并且血清中铁的波动也非常大,在几天间,甚至一天之内的差别也会很大,这会影响总铁结合力和转铁蛋白饱和度的值。总铁结合力的特异性较高,但是灵敏度较差。转铁蛋白饱和度不能区分缺铁性贫血和其他慢性疾病引起的贫血。测定铁蛋白的主要缺点是,在炎症状态下铁蛋白的量也会升高。因此,在这样的情况下,即使缺铁,铁蛋白水平也会表现为正常,甚至稍高于正常。所有的这些局限性都可以在改用测定可溶性转铁蛋白受体来评价铁水平时被克服。

转铁蛋白受体是一穿膜的糖蛋白,它倾向于结合已经结合了2价铁的转铁蛋白,并且通过受体介导的内吞作用进入细胞。所有的体细胞都在其表面表达转铁蛋白受体,但75%-80%的转铁蛋白受体存在于骨髓的红细胞样细胞的前体中。肝和胎盘的组织中转铁蛋白受体的密度也很高。转铁蛋白受体的细胞外部分经剪切后成为可溶性转铁蛋白受体,它与细胞上的受体的浓度成一定的比例。

测定可溶性转铁蛋白受体的主要目的是诊断是否缺铁。由于它是一个极为灵敏的标志物,诊断结果可与慢性疾病引起的贫血相区别。又由于它与红细胞生成的量有关,因此它可作为监测红细胞生成治疗效果的最早的标志物。

在缺铁性贫血发生时(此时的临床症状还不明显),铁的消耗殆尽首先表现为铁蛋白水平的降低,但此时可溶性转铁蛋白受体的水平仍然正常。在第二阶段,缺铁造成了血红蛋白生成障碍,此时的贫血就伴有小红细胞和血红蛋白的量不足。随着这些参与正常生理功能的铁的缺乏,可溶性转铁蛋白受体在血清中的浓度就增加了。用铁蛋白水平诊断贫血有一定的局限性,是因为它只能用来表征贫血初期短时间内的行为,不能区分缺铁性贫血和其他慢性疾病引起的贫血。另外,缺铁性贫血和其他慢性疾病引起的贫血可同时存在(复合性贫血)。区分缺铁性贫血和慢性贫血的金标准是测定骨髓中的可染铁。但这是一项创伤性检查,会令病人感到紧张。如果改为测定可溶性转铁蛋白受体就可很方便地区分缺铁性贫血和慢性贫血。

测定可溶性转铁蛋白受体这一参数的另一作用是监测红细胞生成素的治疗效果。红细胞生成素是由肾脏产生的激素。当氧饱和度在组织中降低时,产生红细胞生成素的机制被激活。红细胞生成素又反过来作用于骨髓产生红细胞。在许多肾病中,红细胞生成素的产生不足,导致慢性贫血的形成。如今基因重组的红细胞生成素产品已能对癌症、类风湿病和AIDS病人的贫血进行矫正。红细胞生成素治疗的目的就是增加血红蛋白的数量,使其接近正常的范围。但是要由血红蛋白的增加看到治疗的效果需要几个星期的时间,并且药物的剂量也是因人而异的。而可溶性转铁蛋白受体的水平可以在最短的时间内体现治疗的效果,比血红蛋白的量的增加早4个星期。

除了缺铁和红细胞生成素治疗外,可溶性转铁蛋白受体还与溶血性贫血、脊髓发育不良和血红蛋白病(如:珠蛋白生成障碍性贫血)有关。要从都有红细胞生成素增多这一症状的疾病中区分缺铁,可以很容易地用可溶性转铁蛋白受体-F index的方法做到这一点。可溶性转铁蛋白受体-F index的值只有在缺铁的时候会增高,其他情况下都保持正常。

4小结

最后,总结一下,可溶性转铁蛋白受体诊断相关性的基础是:

4.1它可区分缺铁性贫血和其他慢性疾病引起的贫血。

4.2它可区分仅仅是由于储存铁的耗尽引起的疾病还是由于缺铁引起的红细胞生成增加。

4.3它作为评价儿童、运动员、孕妇以及炎症和恶性肿瘤患者的铁水平是一项非常可靠的参数。

4.4在红细胞生成素治疗中,可以很好地预期治疗效果。

4.5与急性期的反应和肝功能不相关。

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(收稿日期2009-06-01)