Metabolismo del ferro: Novità dall’ASH 2022

 

Poche ma interessanti le novità sul metabolismo del ferro presentate al Congresso Annuale ASH 2022, svoltosi a New Orleans dal 10 al 13 dicembre 2022.

 

Nella Sessione organizzata dal Comitato Scientifico “Iron and Heme” presieduto da Tom Ganz (UCLA) intitolata “Iron and red cells: a codependent relationship” è stato discusso il ruolo del sensore meccanico PIEZO1 nell’anemia e nel sovraccarico di ferro. I meccano-sensori sembrano molto lontani dall’eritropoiesi: svolgono importanti funzioni neurologiche mediando la sensazione del tatto, del dolore e la posizione del corpo nello spazio (propriocezione). Per la scoperta dei meccano-sensori Ardem Patapoutian (Scripps Research Institute, La Jolla, USA) e David Julius (Università della California) hanno ricevuto il premio Nobel per la Fisiologia nel 2021. Dal punto di vista biologico, i meccano-sensori riconoscono e traducono forze meccaniche in segnali chimici, sfruttando i canali ionici della cellula. E’ interessante notare, sebbene poco noto agli ematologi, che tali canali sono molto importanti anche nei globuli rossi (GR). PIEZO1 è stato infatti individuato come il gene la cui alterazione è responsabile della xerocitosi ereditaria, una rara anemia emolitica, a trasmissione dominante, dovuta nello specifico a mutazioni gain of function (GoF) (Albuisson J et al, 2013; Andolfo I et al, 2013). Ne consegue che i globuli rossi accumulano calcio, e, per compenso, perdono potassio e acqua con conseguente disidratazione. Il nome della patologia deriva per l’appunto dal greco (xeros = secco), con anemia emolitica che si caratterizza per eritrociti piccoli e disidratati. Con il progredire degli anni, i pazienti affetti da xerocitosi sviluppano anche un sovraccarico di ferro, per ragioni rimaste a lungo inspiegate. Shang Ma del gruppo di Ardem Patapoutian ha discusso durante la Scientific Session dell’ASH la genesi di quest’ultimo fenomeno, illustrando quanto recentemente pubblicato su Cell (Ma S et al, 2021), nonché aggiungendo dati sperimentali ancora inediti. Innanzitutto, ha dimostrato che Piezo1 nel modello murino ha la stessa funzione che nell’uomo: l’iper-espressione del gene determina infatti anche nel topo una patologia simile alla xerocitosi con emolisi e, nell’animale invecchiato, sovraccarico di ferro. Il gruppo ha dimostrato che Piezo1 mutato determina sovraccarico marziale solo quando l’iper-espressione del meccano-sensore è costitutiva o limitata al macrofago, ma non se è ristretta a livello epatico o dei precursori eritroidi. Ciò si spiega con il fatto che l’iper-espressione di Piezo1 nel macrofago determina un importante aumento della fagocitosi degli eritrociti, un fenomeno in parte meccanico che richiede la funzione normale di tale sensore. L’aumentato turnover degli eritrociti è in parte compensato dall’attività midollare per cui l’anemia non è generalmente grave, talora persino assente in individui che mostrano solamente segni laboratoristici di emolisi. In ogni caso, l’aumentata liberazione di ferro in circolo determina aumento della saturazione della transferrina e della ferritina, mentre lo stimolo eritropoietico compensatorio induce la produzione di eritroferrone con riduzione dell’epcidina e creando pertanto le premesse per un circolo vizioso che peggiora il sovraccarico epatico di ferro.

Come spesso succede per le malattie rare, anche nel caso della xerocitosi la delucidazione dei meccanismi molecolari ha ricadute pratiche molto più estese che coinvolgono anche condizioni patologiche più frequenti. Infatti, studi genetici di popolazione hanno identificato una microdelezione di 3 nucleotidi (E756del) su PIEZO1, anch’essa in grado di conferire un modesto guadagno di funzione alla proteina, piuttosto frequente nella popolazione africana (fino a un terzo degli africani ne sono portatori). Tale polimorfismo si associa a ridotti livelli di epcidina e aumento della ferritina, potendo quindi rappresentare un fattore predisponente al sovraccarico marziale che spesso si osserva in queste popolazioni, ove invece la classica mutazione “celtica” C282Y dell’emocromatosi è pressoché assente (Girelli D et al, 2022).

E’ interessante notare che, analogamente a quanto noto per altri geni responsabili di anemie ereditarie, polimorfismi di PIEZO1 parrebbero protettivi nei confronti dell’infezione malarica (Ma S et al, 2018; Nguetse CN et al, 2020), sebbene questo dato sia controverso e possa essere limitato alle forme gravi con interessamento cerebrale piuttosto che a tutte le forme di malaria (Thye T et al, 2022). In ogni caso, lo speaker ha presentato dati che suggeriscono un ruolo più generale di PIEZO1 non solo nell’eritropoiesi (per una review si veda Caulier A e Garcon L, 2022), ma anche nella nicchia emopoietica e soprattutto nella linfopoiesi (Shen B et al, 2021).

 

La seconda presentazione di Robin Van Bruggen del Centro Trasfusionale Sanquin di Amsterdam era indirettamente correlata al ferro in quanto ha offerto una nuova versione dei meccanismi fisiologici di sequestro e successiva degradazione nei macrofagi splenici degli eritrociti senescenti, meccanismi non ancora del tutto chiariti. Durante studi volti a migliorare le condizioni del sangue trasfuso (considerando che il 20% viene distrutto nelle prime 24 ore) gli Autori hanno osservato che nella milza (ove la distruzione attesa giornaliera è dell’ordine di miliardi di globuli rossi), la percentuale di macrofagi che inglobano globuli rossi integri è sorprendentemente ridotta (circa il 3%). Usando metodiche di imaging in vivo ed esperimenti di trasfusione con emazie biotinilate, il gruppo di ricerca di van Bruggen ha dimostrato che gli eritrociti senescenti, trattenuti nella polpa rossa per effetto dell’architettura stessa della milza e dalla esposizione di molecole di adesione (CD44, Lu/BCAM), sono soggetti ad emolisi e si liberano del contenuto interno trasformandosi in “ghosts” (Klei TRL et al, 2020). I ghosts, vale a dire membrane residuali prive di emoglobina, si evidenziano all’interno di macrofagi e in tessuto splenico umano ottenuto da interventi chirurgici. E proprio questi ghosts sembrano essere il target della fagocitosi dei macrofagi della polpa rossa, piuttosto che gli eritrociti senescenti intatti, che sono risparmiati. A conferma di questo processo emolitico gli autori hanno riscontrato deplezione di aptoglobina e emopessina (proteine leganti l’Hb libera) nel sangue refluo dalla milza. L’elevata espressione del recettore CD163 nei macrofagi potrebbe essere correlata proprio al recupero della Hb legata alle molecole scavenger, aptoglobina e emopessina, anche ai fini del riciclo del ferro. Uno dei meccanismi che gli Autori sottolineano è l‘interazione tra il marker Lu/BCAM, espresso dagli eritrociti invecchiati e la laminina a5 abbondantemente espressa nella polpa rossa dalla matrice extracellulare a cui i GR si legano in vitro e potrebbero legarsi anche in vivo, grazie alla capacità di attraversare le fenestrature delle cellule endoteliali. ll meccanismo fisiologico identificato sarebbe anche importante in alcune forme di anemia tra cui l’anemia della malaria.

 

L’ultima presentazione di Sarah Atkinson (University of Oxford and Kenya Medical Research Institute, Kifili) ha discusso gli studi condotti nell’Africa centrale sulla correlazione tra anemia sideropenica e malaria. Studi osservazionali precedenti avevano suggerito l’idea provocatoria che la malaria stessa sia una possibile causa di anemia sideropenica. L’autrice ha confermato questa teoria usando l’approccio genetico definito “Mendelian randomization” studiando la prevalenza di anemia sideropenica in soggetti eterozigoti per Hb S, una condizione nota per ridurre il rischio di infezione malarica (Muriuki JM et al, 2021). Inoltre ha presentato dati iniziali da studi di associazione Genome Wide (GWAS) che evidenziano SNIP associate a parametri del ferro esclusive della popolazione africana, verosimilmente selezionate dalla infezione malarica secondo la linea “Malaria shaped the iron genome in Africa”, già evidenziata da studi classici di resistenza alla malaria in patologie eritroidi classiche.

Nella sessione orale dedicata al metabolismo del ferro e alle sue patologie Sant-Rayn Pasricha (Melbourne University) ha presentato in anteprima i risultati di un trial clinico controllato randomizzato con ferro carbossimaltoso e.v. in donne del Malawi al secondo trimestre di gravidanza (REVAMP) dimostrando il miglioramento dell’anemia con la terapia endovenosa e la fattibilità di un programma del genere in un setting particolarmente disagiato. Il protocollo dello studio è stato pubblicato (Harding R et al, 2022) e il lavoro è attualmente in fase di revisione.

Sheridan Helman e colleghi hanno studiato il trasporto di ferro dalla placenta, un processo cruciale per lo sviluppo del feto, per capire quale sia la ferrossidasi interessata. Nell’adulto, le ossidasi rame-dipendenti legate alla membrana cellulare (ceruloplasmina nel macrofago e SNC; efestina nel duodeno) sono state tradizionalmente implicate nel processo di ossidazione attraverso cui il ferro ferroso (Fe2+) è ceduto alla transferrina circolante come ferro ferrico (Fe3+). Gli Autori hanno studiato tre proteine espresse nella placenta e candidate a questo ruolo usando modelli murini in cui le singole proteine erano inattivate. Hanno escluso ziclopen, precedentemente proposta per questo ruolo, e ceruloplasmina. Al contrario, quando inattivavano efestina il trasporto di ferro al feto era mantenuto, ma i feti sviluppavano un’anemia microcitica dovuta a redistribuzione del ferro al fegato. L’incapacità di ossidare il ferro ferroso e quindi di legarlo alla transferrina in assenza di efestina determinava quindi un incremento del ferro non legato alla transferrina (non-transferrin-bound–iron, NTBI). L’NTBI è captato avidamente dal fegato e da altri parenchimi, ma non dai precursori eritroidi che sono dipendenti esclusivamente dal ferro transferrinico.

Infine, dati preliminari interessanti di cui verosimilmente si parlerà in futuro dopo ulteriori studi sono stati presentati da:

• Daniel Srole (UCLA) sui domini molecolari di eritroferrone, che potrebbe avere più funzioni oltre quella di sequestro di BMP per l’inibizione di epcidina.
• Antonella Nai (San Raffaele, Milano) sulle alterazioni metaboliche dell’eritropoiesi nella beta-talassemia e sulla potenziale correzione indotta dalla delezione del recettore 2 della transferrina.
• Tatsuya Morishima (Kumamotu University) sul ruolo della traduzione dei tRNA mitocondriali nell’eritropoiesi terminale.

 

Bibliografia

 

• Albuisson J, Murthy SE, Bandell M, et al. Dehydrated hereditary stomatocytosis linked to gain-of-function mutations in mechanically activated PIEZO1 ion channels. Nat Commun. 2013;4:1884.
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• Caulier A, Garçon L. PIEZO1, sensing the touch during erythropoiesis. Curr Opin Hematol. 2022;29:112-118.
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• Muriuki JM, Mentzer AJ, Mitchell R, et al. Malaria is a cause of iron deficiency in African children. Nat Med. 2021;27:653-658.
• Nguetse CN, Purington N, Ebel ER, et al. A common polymorphism in the mechanosensitive ion channel PIEZO1 is associated with protection from severe malaria in humans. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020;117:9074-9081.
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• Thye T, Evans JA, Ruge G, et al. Human genetic variant E756del in the ion channel PIEZO1 not associated with protection from severe malaria in a large Ghanaian study. J Hum Genet. 2022;67:65-67.