Poruchy metabolizmu železa II.

Poruchy metabolizmu železa patří mezi nejčastější patologické stavy v klinice. Různý stupeň sideropenie můžeme nalézt až u 60 % žen v gestačním věku (do menopauzy). Nedostatek železa vznikne, existuje-li v organizmu negativní bilance tohoto prvku důsledkem krevních ztrát, nedostatku železa v potravě a/nebo při poruchách jeho vstřebávání a konečně při zvýšených nárocích na přívod železa v pubertě, v těhotenství a při laktaci. Opačným extrémem jsou stavy přetížení organizmu železem nejčastěji u polytransfundovaných nemocných, u některých hemolytických stavů, při inefektivní erytropoéze, u těžkých hepatopatií a u vrozených stavů se zvýšeným vstřebáváním železa, které dnes označujeme jako hereditární hemochromatóza typu I až V. Klasická hereditární hemochromatóza (typ I) byla popsána v 19. století jako tzv. „bronzový diabetes“. Šlo o plně vyjádřenou penetraci vrozené dispozice k přetížení železem (iron overload) s postižením parenchymatózních orgánů (především jater), srdce, kloubů, kůže a endokrinního systému. Hlavní kandidátní gen pro hemochromatózu byl popsán až v roce 1996 Federem et al a byl nazván HFE. HFE gen je lokalizován na 6. chromozomu v blízkosti lokusů HLA systému a vykazuje s geny hlavního histokompatibilního komplexu (MHC) jistou homologii. HFE protein je na buněčné membráně asociován s β₂-mikroglobulinem (β₂m) a tento komplex váže receptory pro transferin. Vazbou komplexu HFE/β₂m na receptory pro transferin (TfR) je ne zcela jasným mechanizmem modulována endocytóza transferinového železa; v literatuře není jednoty, zda je tato endocytóza interakcí komplexu HFE/β₂m s TfR zvyšována nebo snižována. Bylo popsáno již přes 30 mutací i polymorfizmů HFE genu, z nich nejčastější jsou bodové mutace C282Y, H63D a S65C. Mutace C282Y tvoří nejčastější genetický základ pro hemochromatózu v kavkazské populaci - frekvence heterozygotů zde obnáší 5-12 %, homozygotní stav C282Y lze detekovat až u 80 % kavkazoidních pacientů s hereditární hemochromatózou. Klasická HFE hemochromatóza představuje autozomálně recesivní onemocnění s inkompletní penetrací (1-50 %). Byly popsány mutace v dalších genech, kódujících proteiny regulace metabolizmu železa, které zapříčiňují vrozenou dispozici k přetížení organizmu železem pod obrazem tzv. non-HFE hemochromatóz. Klinický obraz non-HFE hemochromatóz se mnohdy liší od klasické HFE hemochromatózy, některé mutace jsou dokonce autozomálně dominantní. V současné době jsou nejdiskutovanějšími tématy mechanizmy, jakými nejrůznější mutace způsobují iron overload, oprávněnost širokého genetického screeningu na HFE C282Y v obecné populaci a vztah poruch metabolizmu železa k rozvoji diabetu, kardiovaskulárních onemocnění a zhoubného bujení. Na tyto otázky se soustřeďuje pozornost řady výzkumných týmů pracujících jak v základním výzkumu, tak i v klinické medicíně, a v blízké budoucnosti budeme nepochybně svědky mnoha dalších objevů a upřesnění odpovědí na závažné otázky vztahu poruch metabolizmu železa a nejfrekventovanějších civilizačních onemocnění.

Klíčová slova:
železo - sideropenie - přetížení železem - hereditární hemochromatóza

Poruchy metabolizmu železa

Poruchy metabolizmu železa patří mezi nejčastější patologické stavy v klinické praxi. V zásadě je můžeme rozdělit na onemocnění zapříčiněná nedostatkem tohoto prvku, na stavy, související s přetížením organizmu železem a na poruchy utilizace železa. Stejně jak platí v klinické medicíně obecně, mohou být tyto poruchy vrozené nebo získané, mnohdy však jde o kombinaci obou příčin.

Sideropenie

O sideropenických stavech hovoříme tehdy, existuje-li v organizmu absolutní nebo relativní nedostatek železa. Relativní a posléze absolutní nedostatek železa vzniká zvýšenými nároky na jeho utilizaci např. při růstu a v pubertě, nebo v těhotenství, kdy zásoby železa, které by za jiných okolností zcela dostačovaly, jsou při nezměněném přívodu železa v potravě relativně rychle vyčerpány. Sideropenie představují celosvětový problém, který je zvláště akcentován v zemích tzv. „třetího světa“, kde je karence železa většinou spojena s karencí jiných biogenních látek i základních živin v důsledku těžké podvýživy většiny tamního obyvatelstva.

Obecně se sideropenie vyvíjí při negativní bilanci železa, kdy příjem železa v potravě a/nebo poruchy jeho vstřebávání nestačí k hrazení fyziologických nebo patologických ztrát, nebo při jeho zvýšené utilizaci. V tab. 1 jsou uvedeny nejčastější příčiny sideropenie v klinické praxi. Je jasné, že karence železa se snadněji vyvine u žen v reprodukčním věku, kdy i fyziologické ztráty tohoto prvku v podobě normálních menses a/nebo gravidity vyžadují vyšší příjem železa potravou. Obecně se nejlépe vstřebává železo, vázané na živočišné bílkoviny (maso, vnitřnosti), vysoký příjem fytátů při jednostranně rostlinné dietě může vést k poruše vstřebávání železa tvorbou těžko rozpustných sloučenin železa.

Laboratorně nacházíme u pacientů s karencí železa celé spektrum nálezů od latentní sideropenie po manifestní sideropenickou anémii. Snížené až vyčerpané zásoby železa signalizuje pokles feritinu v séru, při dále pokračující depleci klesá i saturace transferinu, současně se zvyšuje koncentrace transferinu v krvi, stoupá i tzv. TIBC (total iron binding capacity) krve. Ve fázi manifestní sideropenické anémie dochází k poklesu koncentrace hemoglobinu, vyvíjí se hypochromie erytrocytů a mikrocytóza. V této fázi většinou již pozorujeme výraznější klinické příznaky sideropenie - zvýšenou únavnost, poruchy koncentrace, dušnost při větší či menší námaze, známky tkáňové sideropenie v podobě padání vlasů, snížené kvality nehtů až k obrazu koilonychie, slizniční změny v oblasti jícnu mohou vést až k poruchám polykání, změny v žaludeční sliznici mohou vést k projevům atrofické gastritidy, což dále zhoršuje karenci železa. Časnou laboratorní známkou deplece železa je zvýšení protoporfyrinu v erytrocytech.

Nověji lze k diagnostice sideropenie využít i stanovení koncentrace solubilních TfR v séru (sTfR), u sideropenie dochází k jejímu zvýšení. Zvláště v kombinaci se stanovením koncentrace feritinu lze uvedená vyšetření využít i k detekci sideropenie u kombinovaných stavů - například u nefrogenní anémie na léčbě erytropoetinem. Většina autorů doporučuje vypočítat takzvaný feritinový index, kdy se koncentrace sTfR dělí logaritmem koncentrace feritinu, jelikož samotné zvýšení hladiny sTfR v séru není specifické pro sideropenii - můžeme je nalézt u všech stavů se zvýšenou erytropoézou (např. u hemolytických anémií).

Léčebným postupem u sideropenie je jednak snaha o odstranění její příčiny a zároveň zvýšený přívod železa, nejčastěji v podobě perorálních tablet. Jedině v případě výrazné poruchy vstřebávání a/nebo intolerance této léčby (nutno však vyzkoušet více preparátů) jsme nuceni sáhnout k parenterální aplikaci železa v podobě intramuskulárních nebo intravenózních injekcí. V těchto indikacích je však nutno celkovou dávku parenterálního železa přesně vypočítat, abychom eliminovali možnost nežádoucích vedlejších účinků.

Přetížení organizmu železem

Úvod

Přetížení organizmu železem vzniká při pozitivní bilanci tohoto prvku, zapříčiněné zvýšeným vstřebáváním a/nebo přívodem železa, dále při zvýšeném katabolizmu hemoglobinu u hemolýz a inefektivní erytropoézy a konečně při poruchách transportu železa z buněk. Při hemolytických anémiích, zvláště při vrozených hemoglobinopatiích, je prokázáno i zvýšené vstřebávání železa v duodenu, pravděpodobně důsledkem signalizace přes erytropoetický regulátor. Nejčastější příčiny a mechanizmy vzniku přetížení organizmu železem jsou uvedeny v tab. 2.

V klinické praxi v našich podmínkách jsou daleko nejčastějšími příčinami „iron overload“, mnohočetné transfuze u nejrůznějších typů anémií, nereagujících na jinou léčbu, a dále hereditární hemochromatóza. V dalším textu se budu věnovat převážně problematice hereditární hemochromatózy.

U anémie chronických onemocnění (ACD - Anemia of Chronic Diseases) jde o sekundární poruchu utilizace Fe, kdy je železo zadržováno v RES a je obtížněji dostupné pro erytropoézu. Ve většině případů ACD lze detekovat zvýšenou expresi genu pro hepcidin (negativní regulátor transportu železa přes membrány enterocytů a buněk monocyto-makrofágového systému - viz níže). Lze v tom spatřovat snahu organizmu o obranu proti příčině ACD - železo je takto odebráno nejen erytropoéze, ale i neoplastické či infekční buňce. Nejčastějšími příčinami ACD jsou chronické záněty, infekty a neoplazie. Mechanizmus vzniku ACD je však složitější než pouhá porucha utilizace Fe a je často multifaktoriální.

Těžké hepatopatie jakékoliv etiologie (alkoholická cirhóza, chronické hepatitidy, Wilsonova nemoc aj) jsou spojeny se zvýšeným ukládáním železa do hepatocytů. Je známou skutečností, že abúzus alkoholu potencuje hypersiderózu jater u pacientů s hereditární hemochromatózou.

U sideroblastických anémií nacházíme primárně či sekundárně porušenou utilizaci Fe s typickým nálezem prsténčitých či jinak patologických sideroblastů při barvení na nehemové Fe v kostní dřeni. Sekundární sideroblastické anémie detekujeme nejčastěji u neoplazií, chronických zánětů nebo po některých lécích a chemikáliích. Častěji však jde o tzv. primární nebo idiopatické sideroblastické anémie, které jsou dnes řazeny k tzv. myelodysplastickým syndromům (MDS). Podrobnější rozbor této problematiky však překračuje rámec této práce.

Hereditární hemochromatóza

Metabolizmus Fe je výrazně pozměněn u osob s hereditární hemochromatózou (HH). Jde o většinou autozomálně recesivní onemocnění, při němž jsou tito jedinci ohroženi nadměrným ukládáním Fe do parenchymatózních orgánů. Sideróza orgánů se klinicky manifestuje širokým spektrem nespecifických symptomů, typický plně vyjádřený obraz v podobě „bronzového diabetu“, tradovaný v učebnicích, je spíše vzácný. HH představuje model primárního přetížení organizmu železem v důsledku poruchy regulace metabolizmu železa a je ji nutno odlišit od sekundárního iron overload a od stavů zapříčiněných parenterálním přívodem nadměrného množství železa do organizmu [58]. V tab. 3 jsou uvedeny klinické symptomy, spojené s manifestací hereditární hemochromatózy.

Patofyziologický mechanizmus HH není přesně znám, jde především o poruchu regulace vstřebávání Fe v gastrointestinálním traktu (vadný tzv. „slizniční blok“ nebo porucha negativních zpětných vazeb rezorpce Fe). Devadesátá léta minulého století byla svědkem intenzivní snahy o identifikaci genů zodpovědných za tuto poruchu. Z dřívějších studií bylo zřejmé, že kandidátní gen nebo geny pro HH budou ležet v blízkosti lokusů hlavního histokompatibilního komplexu (MHC - maior histocompatibility complex). Posléze byl izolován a identifikován gen, ležící 4,5 Mb telomericky od HLA-A lokusu, který byl nazván nejprve HLA-H a posléze HFE gen [15,51]. Další výzkumy prokázaly, že daleko nejčastější genetickou příčinou HH jsou mutace v HFE genu. V převážné většině případů se jedná o bodovou mutaci G845A, která má za následek záměnu aminokyselin Cys282Tyr = C282Y.

Frekvence heterozygotních nosičů mutace HFE C282Y se v kavkazské populaci odhaduje na 5-12 %, frekvence hemochromatózy, diagnostikované na bázi vyšetření parametrů metabolizmu železa, se zde pohybuje mezi 1 : 200 až 1 : 400. Homozygotní stav HFE C282Y lze detekovat u 80-100 % těchto pacientů [25].

Další mutací, spojenou s HH, je záměna H63D v molekule HFE (mutace HFE H63D). Její frekvence u kavkazské populace obnáší až 25 %, u HH je však méně frekventovaný než HFE C282Y. Asi u 5 % pacientů s HH je nalézán smíšený heterozygotní stav C282Y + H63D. Třetí detekovanou mutací HFE genu je S65C, její význam pro rozvoj manifestní HH je však méně jasný, nejspíše i zde půjde o dvojité heterozygoty C282Y + S65C.

Vzácně byly identifikovány další mutace v intronových i exonových oblastech HFE genu, jde například o mutaci E168X, detekovanou u heterozygotních C282Y nosičů severského původu [52]. Současný výčet mutací a polymorfizmů, detekovaných v oblasti HFE genu, obnáší více než 30 drobných molekulárních odchylek od sekvence wild type HFE genu, jejich klinický význam je v současnosti nejasný a jejich frekvence nízká [58]. Některé z nich (např. HFE*09 T314C a HFE*10 G277C) se nacházejí v oblasti HFE genu, kódující oblast ovlivňující afinitu HFE proteinu k TfR, jiné (např. HFE*04 v intronu 4) mohou zkreslovat diagnostiku běžných HFE mutací. HFE mutace se nyní nově označují symboly HFE* 01… HFE*25…, přičemž nejčastější 3 jsou označeny jako HFE*01 (G845A = C282Y), HFE*02 (C187G = H63D) a HFE*03 (A193T = S65C) [25].

Mechanizmus, jakým porucha funkce HFE zapříčiňuje zvýšenou akumulaci železa, není znám. Nově je však postulována možnost, že HFE protein po vazbě na TfR spíše zvyšuje endocytózu transferinového železa do buněk, včetně prekurzorových buněk duodenálních krypt. Porucha funkce HFE proteinu by zde vedla k sideropenii buněk krypt s rezultujícím předprogramováním enterocytů ve smyslu sníženého množství železa v organizmu [37,56].

Nový pohled na regulaci metabolizmu železa včetně mechanizmu, jakým by deficit funkčního HFE proteinu mohl vést k manifestaci „iron overload“, přinášejí poznatky o nově objevené regulační molekule zvané hepcidin. Gen HAMP, kódující peptidový hormon hepcidin, leží v oblasti 19q13 a jeho exprese se zvyšuje při zvýšeném přívodu železa v dietě a při zánětech (protein akutní fáze). Přímým produktem exprese HAMP genu je propeptid čítající 84 aminokyselin, který dále podléhá enzymatickému štěpení ve zralé peptidy, dlouhé 20, 22 a 25 aminokyselin. Zralé peptidy jsou syntetizovány v játrech, v enterocytech a monocyto-makrofágovém systému, kde působí jako negativní regulátory transportu železa přes buněčné membrány ven z buněk. V makrofázích navíc zastává funkci antimikrobiálního agens. Při zvýšené expresi hepcidinu klesá transport železa přes bazolaterální membrány enterocytů a dochází k zadržování železa v monocyto-makrofágovém systému. Ukazuje se, že HFE protein může působit jako induktor a/nebo regulátor exprese HAMP genu. Myší modely HFE hemochromatózy a studie u lidí prokázaly, že HFE-deficientní homozygoti vykazují neadekvátně nízkou expresi HAMP genu navzdory přetížení organizmu železem [19]. U HFE hemochromatózy se rovněž železo ukládá převážně v hepatocytech a Kupfferovy buňky vykazují zvýšený „loading“ železem až v pozdějších stadiích rozvoje HH, což je kompatibilní se sníženou funkcí hepcidinu v těchto jaterních makrofázích. Nicolas et al publikovali velmi zajímavou studii na myších modelech HFE hemochromatózy. U myších homozygotů Hfe -/- (Hfe- = nulová alela Hfe genu) byla detekována výrazně nižší exprese Hamp genu ve srovnání s Hfe +/+ linií při zátěži železem v potravě. Linie Hfe -/- byla poté zkřížena se 3 liniemi myší, konstitutivně zvýšeně exprimujícími Hamp gen. Zkřížené linie Hfe -/- Hamp ++/++ myší nevykazovaly známky přetížení organizmu železem, jinými slovy konstitutivně zvýšená exprese hepcidinu zabránila u Hfe -/- linie zvýšené akumulaci železem [43]. Muckethaler et al vyšetřovali expresi genů u myších modelů lidské hemochromatózy (Hfe -/- nebo Hfe 845A/845A homozygoti) pomocí mikroarray IronChip, obsahujícího 300 genů, kódujících proteiny přímo či nepřímo zasahující do metabolizmu železa. Exprese byla vyšetřena ve vzorcích duodenální sliznice a jaterní tkáně, byla sledována odpověď na přetížení organizmu železem u Hfe- a Hfe 845A homozygotů ve srovnání s normálními Hfe wild type zvířaty. Významné rozdíly byly pozorovány v duodenální expresi Cybrd1 a hefestinu (vyšší exprese u Hfe mutací) a zejména v jaterní expresi Hamp genu, jehož exprese byla snížena, zatímco Hfe wild type pokusná zvířata reagovala na přetížení železem zvýšením exprese genu pro hepcidin. Autoři navíc nepotvrdili zvýšenou expresi DMT1 a feroportinu u Hfe mutovaných myších linií [38]. Pacienti s konstitutivně nebo neoplasticky zvýšenou expresí HAMP vykazují známky na železo refrakterní anémie s defektem vstřebávání železa enterocyty a s retencí železa v monocyto-makrofágovém systému podobně jako pacienti s anémiemi při chronických zánětech [19]. Na druhé straně byly již popsány mutace v HAMP genu, zapříčiňující brzkou klinickou manifestaci juvenilní hemochromatózy typu 2b [50]. Vzhledem k těžkému obrazu přetížení železem, který se navíc u postižených jedinců manifestuje do 30. roku života, hraje velmi pravděpodobně hepcidin jednu z vedoucích rolí v regulaci homeostázy železa. Spekuluje se i o možnosti terapeutického využití hepcidinu v prevenci přetíženín organizmu železem u pacientů s HH [43].

Nově jsou nalézány mutace v dalších genech, kódujících jiné regulační proteiny homeostázy železa. V současnosti se proto HH rozděluje do 5 typů, které se liší nejen lokalizací mutací, ale často i klinickým obrazem. Typ 2 až 5 se někdy označuje jako non-HFE hemochromatóza. Na rozdíl od frekventovaných HFE*01-*03 mutací jsou ostatní HFE i non-HFE mutace vzácné. Současný pohled na genetiku HH shrnuje tab. 4.

Juvenilní hemochromatóza, HH 2. typu, HFE2

JH představuje vyhraněnou klinickou jednotku. Muži i ženy jsou postiženi stejnou měrou, klinický obraz závažného přetížení organizmu železem je zřetelný již kolem 20. roku života. V popředí potíží je hypogonadotropní hypogonadizmus a závažná kardiomyopatie, která bez léčby vede k brzké smrti důsledkem kardiálního selhání. Typickým biochemickým nálezem u JH je extrémně zrychlená akumulace Fe, pohybující se kolem 3-4 mg za den. U HFE hemochromatózy obnáší tato akumulace signifikantně méně - kolem 1 mg za den. Genetické studie prokazují vazbu JH na chromozomální oblast 1q21 a donedávna nebyl znám gen, jehož mutace je zodpovědná za extrémně zvýšenou akumulaci Fe u JH. Dle zcela recentní publikace Leeové et al se zdá, že alespoň u některých případů JH asociované s chromozomální oblastí 1q lze nalézt mutace v nově objeveném a klonovaném genu pro hemojuvelin [32].

V současnosti Roetto et al popsali rodinu s JH, u níž nebyla zřejmá vazba na 1q21, nýbrž na 19. chromozom. Další analýzou se podařilo identifikovat 2 mutace v genu HAMP, ležícím v oblasti 19q13, který kóduje peptid hepcidin. Ve studiích na zvířatech byl prokázán jasný vztah mezi defekty hepcidinu a fenotypickými projevy, typickými pro HH. JH se proto v současné době rozděluje do 2 skupin, označovaných jako HH 2a a HH 2b - viz rovněž tab. 5 [12,42,43,50].

Hereditární hemochromatóza 3. typu, HFE3

Jedná se o vzácné autozomálně recesivní onemocnění, zapříčiněné mutacemi v genu pro TfR2. TfR2 patří spolu s TfR a PSMA (Prostate Specific Membrane Antigen) do TfR proteinové rodiny. TfR2 je exprimován ve 2 formách, označených jako alfa a beta. Analýzy pomocí nothern blotting prokázaly expresi alfa transkriptu především v játrech a méně v sliznici gastroduodena, beta forma je exprimována v nízké koncentraci ve všech tkáních a je detekovatelná pouze RT-PCR (reverse transcriptase PCR) [27]. Vysoká exprese TfR2alfa byla prokázána rovněž v erytroidních progenitorových buňkách, kde podléhá down-regulaci při erytropoetinem navozené diferenciaci in vitro. Mechanizmus regulace exprese TfR2 na transkripční a translační úrovni je nejasný, protože na rozdíl od genu pro TfR neobsahuje mRNA pro TfR2 IRE, a není tak pod vlivem IRPs. TRF2 je schopen vázat transferin, avšak s nižší afinitou než TfR. TfR2 na rozdíl od TfR neváže HFE protein in vitro a hraje velmi pravděpodobně v metabolizmu železa odlišnou, i když závažnou roli. Exprese TfR a TfR2 byla studována například na K562 buněčné linii a byl prokázán opačný vliv železem nasyceného transferinu - zatímco exprese TfR byla potlačena, exprese TfR2 byla zvýšena. Navíc nebyl prokázán vliv nedostatku nebo nadbytku železa na expresi TfR2 [48]. Bylo již popsáno několik mutací v genu pro TfR2, spojených s klinickým obrazem HH [11,22,35,48]. Na myším modelu lidské hemochromatózy, kdy byla insercí myšího homologu lidské Y250X mutace (tfr Y245X) vytvořena tfr2 -/- (tfr knock-out) myš, byla prokázána kauzální souvislost defektu TFR2 s fenotypem přetížení organizmu železem [17]. Nově objevená mutace R105X (nonsense mutation) zapříčiňuje v homozygotním stavu obraz HH s manifestací v adolescentním věku [30]. Lze shrnout, že TfR2 hraje významnou regulační roli v metabolizmu železa a že jeho mutace zodpovídají za vzácnou formu HH 3. typu. Některé mutace a polymorfizmy TfR2 jsou uvedeny v tab. 6.

Hereditární hemochromatóza 4. typu, HFE4, ferroportin disease

Jde o skupinu autozomálně dominantních onemocnění, u nichž v důsledku parciální insuficience feroportinu vázne export železa z buněk RES. Navzdory poruše funkce feroportinu není porušen transport Fe přes enterocytovou bariéru, u některých typů navíc dochází i k časnějšímu ukládání Fe v buňkách parenchymatózních orgánů pro vadný transport Fe i z těchto buněk. Poměrně typickým nálezem je normální, nebo i lehce snížená saturace transferinu železem, sérové železo může být i sníženo. Nacházíme zde izolovanou hyperferitinemii, obrážející hypersiderózu RES. Je již popsáno několik mutací feroportinového genu, zatím však není jasné, proč u části pacientů dochází k přetížení převážně buněk RES-u a u jiných jsou zároveň postiženy i parenchymatózní buňky. Gen pro feroportin leží v oblasti 2q32 a nazývá se rovněž SLC11A3 (solute carrier family 11, member A3). Všechny dosud popsané mutace SLC11A3 genu leží buď v oblasti kódující transmembránové domény feroportinu 1 a 3, nebo extracelulární kličku (konec helixu 3). Zajímavá je delece 485-487del TTG, která má za následek deleci valinu Val162del v oblasti 3 valinových repeticí (160-162) v transmembránové doméně feroportinu s následnou poruchou jeho funkce. Uvádí se, že vzhledem k tomu, že tato mutace vzniká nejspíše mechanizmem slipped strand mispairing, bude velmi pravděpodobně nejčastější ze všech mutací SLC11A3 genu a možná bude tvořit i genetický podklad většiny non-HFE hemochromatóz [4,12,47,49,57]. Tab. 7 shrnuje nejčastější mutace genu pro feroportin.

HFE5

Japonští autoři detekovali bodovou mutaci v 5´UTR IRE oblasti genu FTH1, kódujícím syntézu těžkého řetězce feritinu. Jde o autozomálně dominantní mutaci A49T. Tato mutace zvyšuje vazebnou afinitu IRE pro IRP1 a IRP2, což vede ke snížené translaci mRNA pro H-feritinový řetězec s rezultující sníženou feroxidázovou aktivitou a zvýšeným influxem železa do buněk [26].

Zatím nedořešena je problematika etiopatogeneze tzv. africké formy hemochromatózy. Tato choroba se často vyskytuje u určitých černošských populací v subsaharské oblasti Afriky. V těchto komunitách se hojně konzumuje pivo, vařené v železných nádobách, což vede ke zvýšenému výskytu hepatálních lézí, pravděpodobně v důsledku velmi vysokého příjmu železa spolu s alkoholem. Pátrání po genetickém podkladu hemochromatózy u těchto nemocných bylo však zatím neúspěšné, rodinné studie však naznačují podíl genetických faktorů na manifestaci této formy přetížení železem. Na rozdíl od klasické HH zde nacházíme akumulaci železa primárně v Kuppferových buňkách, zajímavá je i skutečnost, že africká forma hemochromatózy byla detekována i u Afroameričanů žijících v USA v naprosto rozdílných podmínkách ve srovnání se subsaharskou oblastí Afriky [23].

Lze dále předpokládat, že v blízké budoucnosti budou jednak objeveny další regulátory metabolizmu Fe, a jednak budou detekovány další patogenní mutace v kandidátních i nekandidátních genech a oblastech DNA, mající za následek přetížení organizmu železem.

Z hlediska selekce nejfrekventovanějších mutací zapříčiňujících HH je vzhledem k jejich vysoké frekvenci v kavkazské populaci pravděpodobné, že v minulosti přinášely svým nositelům určitou výhodu. Situace je zde analogická s výskytem jiné frekventované kavkazské mutace - totiž mutace R506Q v genu pro koagulační faktor V (FV Leiden), která zapříčiňuje mírný hyperkoagulační stav. Obě mutace jsou nejvíce detekovány v populacích severských zemí. Lze si představit, že mírně zvýšená srážlivost krve a zvýšené vstřebávání Fe z potravy zvýhodňovalo své nositele ve tvrdých severských podmínkách boje o potravu, teritorium a přežití. V současnosti se však podmínky zevního prostředí v průmyslově rozvinutých zemích dramaticky změnily ve smyslu nadbytku potravy a nedostatku přímého boje a pohybu, a původně výhodné mutace se tak staly spíše nevýhodnými, jelikož ohrožují své nositele hyperkoagulací a přetížením orgánů železem.

Přes výrazné pokroky ve výzkumu HH zůstává nedořešena a nezodpovězena řada závažných otázek týkajících se přesného mechanizmu vzniku, penetrace a možností prevence HH. V době prvých popisů případů HH v 19. století se HH považovala za vzácnou chorobnou jednotku. Ve světle výrazně vysoké frekvence HFE mutací v kavkazské populaci se objevila v odborné literatuře tvrzení, že jde o vůbec nejčastější vrozenou metabolickou poruchu s vysokou morbiditou i mortalitou. Další výzkumy však ukázaly, že klinická penetrace u homozygotních nositelů HFE mutace C282Y není vysoká a pravděpodobně nepřesahuje 5 %. Současné studie se však liší jak populačním složením vyšetřených souborů, tak i kritérii pro diagnózu iron overload a pro klinickou manifestaci, tj. skutečnou klinickou penetraci nejčastějších HFE mutací. Lze si představit kontinuum od pouhého homozygotního nosičství C282Y mutace přes prokázané odchylky v metabolizmu železa až ke klinické manifestaci hereditární hemochromatózy v podobě poškození parenchymatózních orgánů železem. Intermediální fenotyp HH představují parametry metabolizmu železa - saturace transferinu železem a koncentrace feritinu v séru. Cut-off hladiny pro saturaci transferinu (TS - transferrin saturation) se pohybují od 45 do 62 %, cut-off hodnoty pro sérový feritin od 125 μg/l po 200 μg/l pro ženy a od 250 μg/l po 325 μg/l pro muže. Je však nutno latentní přetížení organizmu železem potvrdit nejméně 1krát opakovaným vyšetření TS a feritinu, jelikož například až u 45-85 % vyšetřených osob se při 2. vyšetření nedaří prokázat zvýšenou TS [23]. Je rovněž zřejmé, že i u většího počtu osob, jejichž laboratorní hodnoty se pohybují nad arbitrárně stanovenými cut-off limity, nemusí dojít ke klinické manifestaci HH. Odhaduje se, že klinické příznaky HH vykazuje asi 1/3 až 1/2 pacientů s prokázaným iron overload. Studií, které prospektivně sledovaly soubory osob s pozitivními testy metabolizmu železa, je překvapivě málo. Navíc jen málo studií objektivně prokazovalo stav přetížení organizmu železem buď jaterní biopsií, nebo kvantitativní flebotomií. Bradley et al shrnuli poznatky ze studií, které prokazovaly iron overload výše jmenovanými vyšetřeními a konstatují, že u 58 % mužů a 44 % žen s objektivně prokázaným iron overload byl detekován 1 nebo více z následujících příznaků klinické manifestace HH: jaterní fibróza nebo cirhóza, hepatomegalie, kardiomyopatie, artropatie, diabetes, nitrobřišní bolest. Základním nedostatkem všech těchto studií je však vcelku překvapivá neexistence kontrolního souboru, což dosti komplikuje konečnou interpretaci výše uvedených nálezů [8,23].

Beutler et al vyšetřili v roce 2002 v rámci zdravotní studie v San Diegu v Kalifornii 41 038 osob. Bylo odhaleno 0,4 % (152/41 038) C282Y homozygotů, u nichž byla studována klinická penetrace ve srovnání s kontrolní skupinou s normálním 282 HFE genotypem. Byl zjištěn 2krát vyšší výskyt elevace AST (8 % versus 4 %) a elevace plazmatického kolagenu typu IV jako markeru jaterní fibrózy (26 % versus 11 %). U C282Y homozygotů nebyl shledán statisticky významný zvýšený výskyt příznaků ve smyslu slabosti, atralgií, impotence, hyperpigmentace kůže nebo diabetu [6]. Při bližším rozboru studie však lze konstatovat, že 75 % mužských a 40 % ženských homozygotů vykazovalo TS nad 50 %, zvýšená hladina feritinu (nad 250 μg/l u mužů a nad 200 μg/l u žen) byla detekována u 76 % mužských a 54 % ženských homozygotů. U 25 % C282Y homozygotů byla navíc detekována zvýšená hladina kolagenu typu IV. Autoři odhadli klinickou penetraci u C282Y homozygotů na asi 1 % s tím, že jak laboratorní známky iron overload, tak nepřímé známky hepatopatie (jaterní biopsie nebyly provedeny) dle jejich názoru neměly větší vliv (little or no effect) na přežití, což je diskutabilní. Navíc 45 z 152 homozygotů bylo již léčeno venepunkcemi pro laboratorně prokázané přetížení železem [41].

Olynyk et al vyšetřili v roce 1999 v rámci populační studie 3011 osob a nalezli 16 (0,5 %) C282Y homozygotů.Všech 16 homozygotů vykazovalo laboratorní známky iron overload ve smyslu hladiny feritinu nad 300 μg/l, u 15 se saturace transferinu pohybovala nad 45 %. U 11 těchto homozygotů byla provedena jaterní biopsie a u všech byl nalezen zvýšený jaterní index železa [44].

Několik studií nenalezlo sníženou frekvenci C282Y u seniorských populací, což hovoří proti tvrzení o vysoké morbiditě i mortalitě homozygotů. Zajímavá z tohoto pohledu je i francouzská studie Coppinové et al, prokazující vysokou frekvenci HFE mutací u 100letých probandů [6,14,59]. Rodinné studie dále prokázaly různou klinickou penetranci u homozygotních nosičů C282Y mutace - někteří homozygotní příbuzní probandů s HFE hemochromatózou zůstávají asymptomatičtí do vysokého věku, zatímco u jiných se genetická dispozice klinicky manifestovala [1]. Lze shrnout, že penetrace HFE genotypu u homozygotů je velmi pravděpodobně pod vlivem dalších genetických i zevních faktorů a je nižší, než se původně předpokládalo, i když často není přesně definováno, co se pojmem penetrace myslí (laboratorní známky iron overload?, hepatopatie?, plně vyjádřený klasický obraz „bronzového diabetu“?). Analýzou všech dostupných dat se proto penetrace HFE hemochromatózy v současnosti odhaduje v širokém intervalu mezi 1-50 % [23]. Ve světle výše uvedených skutečností byly revidovány návrhy na všeobecné genetické testování populace na nejčastější HFE mutace. V současnosti se nepovažuje za přesvědčivě prokázané, že by toto testování přineslo výraznější užitek, avšak problematika není definitivně uzavřena s tím, že nové klinické studie by měly vnést více jasna do závažných otázek benefitu obecného populačního screeningu na HH [23].

Definitivně není uzavřena ani problematika testování v rámci rodinných příslušníků probandů s klinickou manifestací HH. Zcela jistě nelze stanovit diagnózu HH pouze na základě vyšetření HFE genotypu, je nutno zohlednit i opakované vyšetření parametrů metabolizmu železa, eventuálně i dalších faktorů, jelikož homozygotní rodinní příslušníci probandů s manifestní HH vykazují různou míru a frekvenci klinické penetrace C282Y genotypu [1]. Penetrace jiných než C282Y HFE genotypů se odhaduje ještě níže než 1 % a genetické poradenství u takto stigmatizovaných osob je proto ještě obtížnější. Stanovování HFE genotypu u dětí z postižených rodin není dle současných poznatků o klinické manifestaci HFE hemochromatózy ve středním a vyšším věku indikováno [2,9].

Další závažnou nedořešenou otázkou zůstávají mechanizmy, jakými se liší jednotlivé typy HH co do orgánové lokalizace iron overload.

Velmi zajímavý je rovněž vliv HFE mutací na manifestaci kardiální i extrakardiální aterosklerózy. Data shromážděná řadou klinických studií nejsou jednoznačná, ale zdá se, že převažují informace negující vliv HFE mutací a poruch metabolizmu železa na manifestaci vaskulárních onemocnění, i když poslední dobou byly publikovány práce, podporující vliv přetížení organizmu železem na rozvoj aterosklerózy [3,5,7,10,13,18,28,29,34,36,45,46,54,55,60].

Kancerogenní vliv přetížení organizmu železem je jednoznačně prokázán u hepatocelulárního karcinomu, který představuje nejzávažnější komplikaci siderogenní jaterní cirhózy. Uvádí se, že riziko vzniku hepatocelulárního karcinomu je u pacientů s cirhózou na bázi hemochromatózy u mužů starších 55 let až 200krát vyšší oproti kontrolní populaci [58]. O hemochromatózou podmíněné kancerogeneze v jiných orgánech a lokalizacích není dostatek důkazů. Vzhledem k vlivu Fe na proliferaci a diferenciaci buněk však studie kancerogenního efektu přetížení organizmu Fe dále pokračují [21].

Nejasnou oblastí je i vliv přetížení organizmu železem manifestací diabetes mellitus. Zatím není jednoznačně prokázána oprávněnost genetického screeningu na HH u pacientů s cukrovkou, byly však nalezeny korelace mezi parametry přetížení železa a inzulinovou rezistencí [16,20].

Důležitou problematikou je co nejpřesnější kvantifikace stupně přetížení organizmu železem. Jaterní biopsie přináší informace nejen o stupni a typu postižení jaterního parenchymu (u HH vidíme železo nejvíce v hepatocytech a tíže siderózy klesá centrilobulárně, u sekundárních přetížení jsou více postiženy elementy RES), ale i o doprovodné fibróze, cirhóze, alkoholickém postižení apod. Siderózu lze kvantifikovat vyjádřením tzv. jaterního indexu železa - hepatic iron index (HII). HII vypočítáme, dělíme-li množství železa v jaterní sušině, vyjádřené v mikromolech na gram sušiny (LIC - liver iron concentration) věkem pacienta. Je prokázáno, že HII nad 1,9 nacházíme u pacientů s významným přetížením organizmu železem, vyžadujícím neodkladnou léčbu [40]. Jaterní biopsie je však invazivním vyšetřením, a proto jsou zkoumány možnosti neinvazivního stanovení stupně přetížení. Koncentrace feritinu v séru jen volně koreluje se stupněm iron overload, protože je pod vlivem řady dalších faktorů (zánět, stupeň poškození jater, neoplazie a další), a je proto méně spolehlivým nástrojem kvantifikace přetížení a hodí se nejlépe pro sledování terapie - viz níže. V současnosti je nejpřesnější metodikou kvantifikace jaterního iron overload měření magnetické vnímavosti parenchymu na principu stanovení paramagnetické odpovědi tkáně, evokované aplikací konstantního magnetického pole na oblast jater. Paramagnetická odpověď je měřena pomocí SQUID (superconducting quantum interference device) a přístroj se nazývá susceptometr (susceptibility = vnímavost). Validační experimenty prokázaly excelentní shodu mezi stanovením LIC z jaterní biopsie a SQUID metodikou. Nevýhodou je vysoká cena a omezená dostupnost vyšetření (v současnosti pouze 4 susceptometry na celém světě), přístrojem navíc nelze měřit obsah železa v myokardu. Magnetická rezonance je méně přesná než susceptometrie, je však dobře dostupná a lze jí kvantifikovat i siderózu myokardu. CT je jen málo spolehlivou metodou stanovení obsahu železa v tkáních, a v současnosti se proto v této indikaci nedoporučuje [24].

Léčbou volby HH jsou pravidelné flebotomie se snahou dosáhnout redukce zásob železa až k dolní hranici normy. Doporučuje se takzvaná kvantitativní flebotomie, kdy je množství železa odebrané flebotomií korelováno s hladinou feritinu v séru. Poměr mezi stavem zásob železa a koncentrací feritinu v séru je totiž individuální a může se u různých pacientů dost lišit. Zpočátku je nutné provádět flebotomie nejméně každý týden, udržovací flebotomie po snížení koncentrace feritinu jsou vhodné několikrát ročně za kontrol parametrů metabolizmu železa, přičemž by koncentrace feritinu v séru měla být udržována pod 50 μg/l. Léčba desferioxaminem a jinými chelátory železa není u naprosté většiny pacientů s HH indikována, ale nachází své uplatnění u jiných typů iron overload, zvláště u vrozených hemoglobinopatií provázených hemolýzou (například u pacientů s talasemií).

Leitmanová et al publikovali v roce 2003 studii skupiny 130 pacientů s HH, zařazených do programu pravidelných flebotomií v Department of Transfusion Medicine, W. G. Magnuson Clinical Center v Bethesdě. 76 % probandů bylo homozygotních pro mutaci HFE C282Y, u zbytku byla HH diagnostikována na bázi vyšetření intermediálního fenotypu (tj. opakovaně patologických biochemických parametrů metabolizmu železa), jiné HFE i non-HFE mutace nebyly vyšetřovány. Jediným kritériem zařazení pacientů do flebotomického programu byla genotypicky a/nebo fenotypicky prokázaná hereditární hemochromatóza, výběr nebyl ovlivněn požadavky na vhodnost pacientů k dárcovství krve. Někteří pacienti byli již v minulosti léčebně flebotomizováni nebo pravidelně darovali krev. Medián počtu flebotomií, nutných k dosažení endpointu v podobě snížení středního objemu erytrocytů (MCV) o 3 % pod bazální hodnotu, obnášel 22 (rozsah 7-99). Flebotomie byly realizovány 1 nebo 2krát týdně. Pacientům, dojíždějícím ze vzdálenějších oblastí, byla nabídnuta možnost dvojité přístrojové erytrocytaferézy. V momentě dosažení endpointu byly hodnoty feritinu všech pacientů pod hranicí 30 μg/l a saturace transferinu byla menší než 30 %. 76 % pacientů z celého souboru splňovalo kritéria pro dárcovství, a odebraná krev byla proto použita k transfuzním účelům. 1402 donací erytrocytárních transfuzních přípravků získaných touto cestou proběhlo bez jakýchkoliv komplikací. Dárci s HH byli ve srovnání s běžnými dárci lépe motivováni k opakovaným donacím, a navíc někteří udávali i větší komfort odběrů v transfuzním centru oproti flebotomiím prováděným dříve mimo toto centrum. Dva roky po zahájení flebotomického programu přispívali dárci s HH 14 % všech donací významným způsobem k výrobě erytrocytárních transfuzních přípravků. Autoři uzavírají, že centralizací flebotomické léčby HH do transfuzních center získá transfuzní služba cenný pool pozitivně motivovaných dárců, všichni pacienti s HH pak mohou profitovat z profesionálně prováděných manuálních i přístrojových flebotomií vycvičeným personálem transfuzní služby [33]. Nemalou výhodou je i možnost provádění přístrojových aferéz, které mohou oproti manuálním flebotomiím odčerpat přibližně 2násobné množství železa a jsou navíc vhodné i u pacientů, kteří manuální flebotomie špatně tolerují [39].

Vzácné poruchy

Vzácně se vyskytující mutace a jejich fenotypická exprese jsou shrnuty v tab. 8 [31,53]. Podrobnější rozbor těchto poruch překračuje rámec této práce.

Závěr

Poruchy metabolizmu železa se v současnosti nacházejí v centru zájmu řady výzkumných týmů, pracujících jak v základním výzkumu, tak i v klinické medicíně. Vzhledem k ubikvitárnímu výskytu tohoto důležitého biogenního prvku nepřekvapí možná asociace poruch metabolizmu železa s rozvojem kardiovaskulárních onemocnění, diabetu, zhoubného bujení i poruch imunity, možnost ovlivnění vyšší nervové činnosti apod. Závažnou otázkou je oprávněnost genetického screeningu na nejfrekventovanější mutace HFE genu, zvláště v kavkazoidních populacích; hlavní překážkou zavedení tohoto finančně náročného vyšetření je nejednotnost panující v písemnictví v otázce penetrace HFE genotypu. Na druhé straně se ukazuje, že pacienti s prokázanou HH mohou být s výhodou léčeni pravidelnými venepunkcemi na transfuzních odděleních. Na řadu výše položených otázek se dočkáme odpovědi jen díky soustředěné práci vědeckých týmů, mnohdy založené na široké interdisciplinární spolupráci.

MUDr. Jan Novotný

www.fnbrno.cz

e-mail: novotnyj@fnbrno.cz

Doručeno do redakce: 27. 8. 2004

Přijato po recenzi: 26. 10. 2004