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L’epcidina è un peptide epatico che regola l’omeostasi sistemica del ferro. Identificato nel 2001 da tre gruppi attraverso approcci diversi in modelli murini (Nicola G et al, 2001 PubMed; Pigeon C et al, 2001 PubMed) e nelle urine di volontari sani (Park CH et al, 2001 PubMed), rappresenta il regolatore chiave dell’omeostasi sistemica del ferro. L’epcidina è prodotta dagli epatociti a partire da un precursore di 84 aminoacidi (proepcidina) per l’azione di proteasi che danno luogo ad un peptide maturo di 25 aminoacidi. La presenza di 8 cisteine determina la formazione di ponti disolfuro e il ripiegamento della molecola su se stessa a formare una struttura a forcina (Ganz T, 2003 PubMed) a tipo peptide antimicrobico. La trascrizione è un processo regolato e la quantità di messaggero che si forma correla con l’epcidina misurata nel siero o nelle urine.

Mutazioni di epcidina nell’uomo sono estremamente rare e danno luogo a sovraccarico di ferro precoce e grave (emocromatosi giovanile di tipo 2B) (Roetto A et al, 2003 PubMed). Anche nel modello animale la mancanza del peptide provoca sovraccarico di ferro nel fegato, pancreas e cuore (Nicola G et al, 2001 PubMedLesbordes-Brion JC et al, 2006 PubMed). 

Attivazione di epcidina

La sintesi di epcidina è stimolata da ferro e infiammazione. Il ferro agisce attraverso le bone morphogenetic proteins (BMPs) che attivano la trasmissione del segnale attraverso le proteine SMAD. BMP6 regola la sintesi di epcidina, in quanto la sua inattivazione germinale nel topo causa sovraccarico di ferro grave e precoce (Meynard D et al, 2009 PubMed; Andriopoulos B Jr et al, 2009 PubMed). Inoltre BMP6 è trascrizionalmente aumentata nel sovraccarico di ferro e ridotta nella carenza (Kautz L et al, 2008 PubMed). Quando si lega ai suoi recettori BMPR1 e BMPR2 sulla superficie dell’epatocita in presenza del corecettore hemojuvelin (proteina mutata nell’emocromatosi giovanile di tipo 2A) (Papanikolaou G et al, 2004 PubMed) BMP6 attiva la trasmissione del segnale attraverso la fosforilazione di SMAD1/5/8, la formazione di un complesso con SMAD4 che trasloca nel nucleo, dove si lega a sequenze specifiche del promotore di epcidina (Babitt JL et al, 2006 PubMed).

BMP2 è coinvolta nell’attivazione di epcidina, in quanto topi con inattivatione di Bmp2 nelle cellule endoteliali sviluppano sovraccarico di ferro con bassa epcidina (Kock, 2017 PubMed), un effetto che è indipendente da Bmp6 (Canali, Wang et al, 2017 PubMed). Entrambe le Bmp non sono prodotte dagli epatociti, ma dalle liver sinusoidal endothelia cells (LSEC), delineando un crosstalk all’interno delle popolazioni cellulari epatiche (Canali, Zumbrennen-Bullough et al, 2017 PubMed).

La sintesi di epcidina è stimolata anche dall’infiammazione, soprattutto dai lipopolisaccaridi (LPS) e dall’interleuchina 6 (IL-6). Quest’ultima, legandosi al suo recettore (IL-6R) attiva JAK2 che trasmette il segnale attraverso STAT3 (Verga Falzacappa MV et al, 2007 PubMed).

Inibizione di epcidina

La produzione di epcidina è ridotta in condizioni di elevato fabbisogno di ferro per l’attività midollare, quali sideropenia, ipossia ed espansione eritropoietinica.

Nella sideropenia l’attività BMP è soppressa da uno specifico inibitore epatico, matriptasi 2, codificata da TMPRSS6.gene sul cromosoma 22.  Matriptasi-2 è una serin proteasi di membrana che inibisce epcidina, attraverso il clivaggio di hemojuvelin, la proteina co-recettore delle BMP sulla membrana degli epatociti, spegnendo in questo modo il segnale attivatorio. Il gene è stato clonato nel topo “Mask” in cui matriptasi-2 è inattiva per una delezione del dominio catalitico serinprotesico (Du X et al, 2008) PubMed. Il topo Tmprss6 knock out (Folgueras AR et al, 2008) PubMed ha un fenotipo sovrapponibile a Mask: entrambi i topi sono piccoli, perdono il pelo ed hanno un’anemia sideropenica ferro-resistente da eccessiva produzione di epcidina, analoga alla forma umana. Lo studio di questi modelli ha permesso l’identificazione della patogenesi molecolare della IRIDA. TMPRSS6 ha un’importante funzione rin vivo.

Epcidina è ridotta tipicamente nelle iron loading anemias come la beta talassemia dove il segnale per l’assorbimento del ferro supera il segnale inibitorio dei depositi di ferro. Il meccanismo è stato chiarito di recente. Il primo candidato proposto a trasmettere l’informazione tra il midollo eritroide ed il fegato è stato il growth differentiation factor 15 (GDF15). Questa citochina è stata ritrovata in dosaggio molto elevato nel siero di soggetti talassemici ed anche in altre condizioni caratterizzate da eritropoiesi inefficace quali l’ anemia congenita diseritropoietica di tipo 1 e le mielodisplasie. Il siero di pazienti talassemici sopprime in vitro la sintesi di epcidina in linee di epatoma e tale soppressione non si verifica se il siero viene deprivato di GDF15 (Tanno T et al, 2007) PubMed. Dati più recenti suggeriscono per questa citochina un effetto parziale sulla soppressione di epcidina e danno maggior significato al suo dosaggio come possibile marcatore di eritropoiesi inefficace (Tanno T et al, 2010) PubMed. Il regolatore eritroide principale è eritroferrone (ERFE), una proteina prodotta dagli eritroblasti midollari (murini ed umani) quando stimolati da eritropoietina (Kautz et al, 2014 PubMed). Si tratta di un membro della famiglia C1q/TNF espresso da diversi tessuti ma incrementato dopo stimolo eritropoietinico solo nei tessuti emopoietici. Nel modello murino l’espressione di ERFE si incrementa poche ore dopo somministrazione di EPO o dopo salasso, prima della soppressione di epcidina, che avviene dopo 12-15 ore. Tale meccanismo non si verifica nel topo Erfe KO, che presenta solo una lieve e precoce flessione della espressione di epcidina. Non è noto il meccanismo molecolare attraverso cui ERFE inibisce epcidina, ma la produzione è soppressa già dopo 12-15 ore dall’uso di eritropoietina e l’effetto richiede la contemporanea soppressione del pathway principale BMP/SMAD (Camaschella C et al, 2016 PubMed).
Del tutto recentemente è stato dimostrato che epcidina può essere soppressa con meccanismo epigenetico, sia in condizioni di carenza di ferro che nella espansione eritropoietica da stimolo eritropoietinico (Pascricha, 2017 PubMed). Il contributo dell’epigenetica nel determinare la soppressione di epcidina in termini quantitativi è però ancora da definire.

Funzione di epcidina

Epcidina inibisce il rilascio di ferro alla transferrina circolante in quanto si lega alla proteina transmembrana ferroportina, determinandone l’internalizzazione e la degradazione lisosomiale (Nemeth E et al, 2004) PubMed. Ferroportina è l’unico esportatore cellulare del ferro, molto espresso nelle cellule che rilasciano ferro alla circolazione, come gli enterociti duodenali, i macrofagi, gli epatociti e il trofoblasto. Nel duodeno il ferro supera la membrana basolaterale ad opera della ferroportina con la cooperazione dell’ossidasi efestina. Nel macrofago l’attività ossidasica è fornita da ceruloplasmina. Il legame con epcidina nei macrofagi e negli enterociti duodenali, blocca il rilascia del ferro alla circolazione (Figura I) Ferroportina è anche upregolata trascrizionalmente dall’eme e soppressa dall’infiammazione mentre è regolata post-trascrizionalmente dalle iron regulatory proteins (IRPs), in quanto possiede un elemento IRE (iron responsive element) nella regione 5’UTR per cui segue la stessa regolazione di ferritina.

Figura I. Schema del meccanismo di azione di epcidina e della sua regolazione ferro-dipendente. La sintesi epatica di epcidina è regolata dal ferro mediante BMP6 che, in presenza del corecettore hemogiuvelin (HJV) si lega ai recettori BMPRI e II attivando la trasmissione del segnale mediante fosforilazione (P) delle proteine SMAD. Il complesso SMAD attivato migra nel nucleo dove si lega a sequenze speciali del promotore di Epcidina (HAMP). L’epicdina viene secreta nella circolazione e si lega all’esportatore del ferro ferroportina nelle cellule duodenali e nei macrofagi promuovendo l’internalizzazione e la degradazione lisosomiale della ferroportina. In questo modo l’assorbimento intestinale ed il suo rilascio di ferro dal macrofago vengono bloccati (modificata da Camaschella Nat Genet 2009;41:386-8). A seguito dell’incremento della transferrina (TF) diferrica, HFE, normalmente legato a TFR1, si lega a TFR2, in questo modo partecipando all’attivazione di epcidina, con meccanismo ancora non definito (?).

Epcidina può essere dosata sul siero o sulle urine con tecniche diverse: le più usate sono la spettrometria di massa ed ELISA (Kroot JJ et al, 2010) PubMed. Tuttavia i kit attualmente disponibili sono utilizzabili solo a scopo di ricerca (Girelli et al, 2016 PubMed).

L’identificazione di epcidina ha rivoluzionato la fisiopatologia dei disordini del metabolismo del ferro e permesso di reinterpretare i disordini genetici da sovraccarico e carenza di ferro. E’ possibile che in futuro rivoluzioni anche la diagnostica e la terapia di questi disordini (Nemeth E, 2010) PubMed.

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