Существует точная регуляция обмена железа

Основными факторами, влияющими на обмен железа, являются потребности гемопоэза, пищевой фактор и уровень запаса металла в тканях. Количество железа в организме поддерживается тремя основными путями:

1. Регуляция всасывания в кишечнике.

2. Поддержание рециркуляции железа эритроцитов.

3. Регуляция количества поступающего в клетку железа.

Функции гепсидина

Среди белков-регуляторов обмена железа к настоящему времени наиболее хорошо изучен гепсидин (hepcidin), олигопептид из 25 аминокислот. 

В норме гепсидин синтезируется в печени при достаточном количестве железа в гепатоците и особенно при его перегрузке железом. Эффектом пептида в клетках-мишенях является интернализация и деградация белка ферропортина, отвечающего за выход ионов железа в кровь:

  • в энтероците действие гепсидина приводит к тому, что большая часть железа остается в клетке, запасается в ферритине и теряется при слущивании кишечного эпителия,
  • при действии гепсидина на макрофаги и гепатоциты происходит задержка железа внутри этих клеток.

При патологических состояниях гепсидин повышается в крови на фоне воспалительных процессов и бактериальных инфекций, т.к. он является белком острой фазы. Усиление синтеза происходит под действием провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-1α, TNF-α), наиболее эффективным из которых является интерлейкин-6. Образующийся избыточный гепсидин, уровень которого может повышаться в сотни раз (!), блокирует выход железа из макрофагов, гепатоцитов и энтероцитов, вызывая тем самым гипоферремию. Недостаток железа в крови приводит к снижению эритропоэза – развивается "анемия воспаления" ("анемия хронических заболеваний").

Влияние гепсидина на железо
Действие гепсидина на обмен железа

Система IRE/IRP

Регуляцию поступления железа в клетку обеспечивает система IRE/IRP (англ. IREiron-responsive element - железочувствительный элемент и IRPiron-responsive element-binding proteins - белок, связывающийся с железочувствительным элементом). Основой регуляции является наличие особого участка на матричной РНК - железочувствительного элемента IRE, связывающего специфичный к нему белок IRP.

В данном случае используется способность молекул IRP связываться с участком IRE соответствующих мРНК для двух белков – рецептора трансферрина и ферритина. При этом в комплексе с железом IRP не активен и не присоединяется к мРНК, без железа - может присоединяться.

1. Присоединение IRP к мРНК рецептора трансферрина ближе к ее 3'-концу защищает мРНК от разрушения РНКазами, действующими с 3'-конца мРНК: 

  • при низкой концентрации железа в клетке белок IRP является активным, присоединяется к мРНК и, как следствие, мРНК рецепторов трансферрина существует дольше, образуется больше белков-рецепторов и повышается поток железа в клетки.
  • при высоком содержании железа в клетке белок IRP присоединяет железо, становится неактивным, с мРНК связаться не может и, соответственно, не защищает ее от разрушения. Синтез рецепторов к трансферрину не происходит, дополнительное железо клеткой не захватывается.
Регуляция синтеза рецепторов трансферрина
Регуляция синтеза рецепторов к трансферину

2. Взаимодействие IRP с мРНК ферритина происходит ближе к 5'-концу, т.е. там где начинается трансляция:

  • при низком содержании железа в клетке присоединение "пустого" активного белка IRP к мРНК для ферритина со стороны 5'-конца не позволяет ей участвовать в процессе трансляции и синтезе новых молекул ферритина,
  • когда концентрация железа в клетке возрастает, оно присоединяется к IRP, снижает его сродство к мРНК и позволяет синтез ферритина.
Регуляция  ферритина IRP/IRE
Регуляция синтеза ферритина

Конечным результатом при наличии железа в клетке является исчезновение рецепторов к трансферрину с мембраны и увеличение синтеза молекул ферритина, депонирующего железо. При отсутствии железа активируется синтез рецепторов к трансферрину и захват железа из крови, и подавление синтеза запасающего белка ферритина.