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Bienvenidos a todos. Vamos en esta oportunidad a centrarnos en el tema del metabolismo del hierro. El hierro es el tercer metal más abundante en la corteza terrestre. Ingresa al organismo humano únicamente con los alimentos y lo vamos a encontrar en dos estados redox: el hierro ferroso y el hierro férrico.
Es indispensable para la vida y es cofactor de muchas enzimas, como las hemoproteínas, las proteínas no M. La absorción es el principal mecanismo de control de la cantidad de hierro en el organismo e interviene no solo en el transporte de oxígeno por parte de la hemoglobina y electrones a través de los citocromos, sino también, eh, también como catalizador de muchas reacciones que son necesarias para el desarrollo, diferenciación y proliferación celulares, que son reacciones enzimáticas, reacciones del metabolismo oxidativo y de crecimiento celular.
Los requerimientos diarios de hierro en la dieta varían según distintos grupos etarios, como tenemos en esta tabla: en niños de 1 a 5 años se requieren 8 mg/día de hierro; en niños entre 5 y 12, 12 mg/día; en el varón adulto sano, 10 mg/día; en la mujer en edad fértil, 14 mg/día; y en la mujer embarazada, en el último trimestre, aumentan los requerimientos hasta llegar hasta 16 mg/día.
Estos últimos cuatro grupos etarios, desde los niños, vamos a ver que necesitan en muchas situaciones suplementar la dieta con preparados de hierro, ¿por qué? O suceden situaciones particulares que impiden al individuo poder alimentarse correctamente y obtener este nutriente indispensable, porque es una dieta deficitaria en el mismo, porque haya alguna patología de base que esté provocando que haya una deficiencia del mismo, o por ejemplo, en la embarazada, donde los requerimientos aumentan por el propio embarazo.
Como mencionamos anteriormente, el hierro es indispensable para la vida, pero cuando este se encuentra en exceso, pasa de ser indispensable a ser muy tóxico. El hierro puede liberar radicales libres que dañan componentes biológicos esenciales, como son los lípidos, proteínas y ADN, a través del proceso que se llama ferroptosis.
¿Y qué es la ferroptosis? Es una muerte celular no apoptótica mediada por hierro. Para regular una posible alteración en los niveles de hierro, el organismo debe ser capaz de detectar y estimar cuándo existe un déficit o cuándo existe un aumento, el cual debe ser controlado principalmente a través de la absorción de hierro, más que a través de su excreción. Fundamental el mantenimiento de su homeostasis mediante un equilibrio entre lo que es la absorción intestinal y el control de las reservas.
La inexistencia en el ser humano de un sistema capaz de eliminar el exceso de hierro puede facilitar su acúmulo y, con ello, la lesión de tejidos vitales, como son el corazón, el páncreas y el tejido hepático, principalmente. De forma que, cuando la sobrecarga es excesiva, puede poner en peligro la vida del individuo. Hasta este límite llegamos cuando tenemos situaciones de exceso de hierro en el organismo humano.
La falta de hierro constituye un trastorno que es mucho más frecuente que la sobrecarga y sobreviene como consecuencia del agotamiento de los depósitos, las situaciones que denominamos ferropenia, o puede ser por un bloqueo en los depósitos, todas aquellas patologías que cursan con inflamación crónica o defectos en la síntesis de globina, que son las talasemias, y también se observa en defectos en la síntesis de grupo M, la sideroblasemia. En general, todos estos trastornos presentan un comportamiento clínico y biológico similar y pueden cursar con anemia microcítica hipocrómica.
La anemia, que la van a ver un poco más adelante en el curso, pero para tener una idea, anemia es la disminución de la hemoglobina por debajo de los valores considerados normales para una población de la misma edad, sexo y situación geográfica. Y cuando hablamos de los términos microcítico hipocrómico, están relacionados al contenido de hierro del glóbulo rojo. Y la microcitosis, el hierro, al ser fundamental y que sea parte realmente del citoplasma del glóbulo rojo, cuando está en déficit, este glóbulo rojo se vuelve mucho más pequeño. Y cuando tenemos las láminas de sangre con la tinción de Wright-Giemsa, vamos a ver que estos glóbulos rojos en el microscopio se observan mucho más pequeños que lo que son los glóbulos rojos normales, y ese es el término denominado microcitosis.
La hipocromía se refiere al color que adquieren los glóbulos rojos cuando los teñimos con la tinción de Wright-Giemsa, porque la eosina, que es uno de los colorantes que contiene esta tinción, es afín a la hemoglobina. Y si la hemoglobina dentro del glóbulo rojo se encuentra disminuida, no va a estar disponible para que se tiña por la eosina. Entonces, el color del glóbulo rojo va a ser mucho más pálido comparado con lo que es el normal.
Por ello, es muy importante realizar siempre el diagnóstico diferencial antes de iniciar cualquier tipo de tratamiento y muy especialmente la administración de hierro. Entonces, cuando tenemos las necesidades suplidas por absorción intestinal o reutilización del hierro proveniente de los glóbulos rojos senescentes, el 95% de hierro es utilizado en la síntesis de hemoglobina.
Las pérdidas diarias de hierro, vamos a ver que varían también según la edad, que van desde 0,04 mg/kg en niños de 0 a 2 años, en niños de 2 a 8, de 0,3 mg/kg. En el adulto tenemos ya pérdidas de 0,9 mg/día y en la mujer fértil, 1,5 mg/día. Vieron la diferencia que hay entre las mujeres y los hombres por un tema hormonal. No es totalmente diferente, tanto las necesidades como las pérdidas, es totalmente biológico.
La distribución del hierro se da en dos compartimentos: uno que es funcional, formado por los numerosos compuestos entre los que se incluyen la hemoglobina, la mioglobina, la transferrina y las enzimas que requieren hierro como cofactor o como grupo prostético, ya sea en forma iónica o como un grupo hemo. Y por otro lado, tenemos el compartimento de depósito, que está constituido por la ferritina y la hemosiderina, que constituyen a su vez las reservas corporales de este metal.
El mantenimiento del equilibrio de estos dos compartimentos precisa que haya una coordinación entre lo que es la absorción intestinal, el transporte de hierro, su utilización y su reserva. El metabolismo del hierro incluye una serie de importantes procesos, como son la regulación de la absorción del hierro intestinal, el transporte de hierro a las células, el almacenamiento del hierro, la incorporación del hierro a las proteínas y el reciclado del mismo tras la degradación de los eritrocitos.
En condiciones normales, al no haber un mecanismo de excreción del hierro activo, la homeostasis del hierro se controla estrictamente a nivel de la absorción intestinal. El contenido medio de hierro en el organismo es de 3 a 4 gramos, distribuido en eritrocitos, macrófagos del sistema retículo endotelial y hígado, médula ósea, músculos y otros tejidos. Se mantiene un equilibrio dinámico por el hierro en la circulación entre todos los compartimentos.
Casi todo el hierro liberado por la descomposición de la hemoglobina de los glóbulos rojos senescentes, alrededor de 20 a 25 mg por día, se reutiliza. O sea, nada se pierde. Todo el hierro que es obtenido de estas situaciones particulares se utiliza, y solo se van a perder entre 1 y 2 mg de hierro por día que deben reponerse con la alimentación. Por lo tanto, el metabolismo del hierro va a constar de distintas etapas, como son la absorción, el transporte, la penetración intracelular, la utilización y la reserva.
El hierro que procede de la dieta se absorbe en el intestino delgado, en especial en el duodeno y primera porción del yeyuno. Funcionalmente, estas dos vías de absorción intestinal de hierro, la del hierro hemo y la del hierro no hemo, vamos a ver qué es lo que estas dos vías van a ser diferentes dependiendo del tipo de hierro al que estemos. La vía del hierro hemo se rige por un mecanismo de difusión pasiva y la segunda, la del no hemo, se regula por el contenido de hierro en el propio organismo, la actividad eritropoyética y el grado de hipoxia.
Vamos a ver que estas vías vamos a tener dentro de lo que es la absorción intestinal tres etapas, donde vamos a tener el paso del hierro a través de la membrana basal de los enterocitos, el paso de hierro a través de la membrana apical de los enterocitos y la regulación global de la absorción. Vamos a ver cada una de estas etapas en lo que tiene que ver con la absorción.
Paso del hierro a través de la membrana apical de los enterocitos. En esta etapa interviene primero una óxido reductasa férrica o citocromo b duodenal, que reduce el hierro de la forma férrica, que es la oxidada, a la ferrosa, que es la reducida, para poder ser absorbido. En segundo lugar, interviene una proteína transportadora denominada de metales divalentes o DMT1, o de resistencia natural asociada a macrófagos, también se llama así. Esta proteína lo que hace es internalizar el hierro que, una vez en el interior del enterocito, puede almacenarse bajo la forma de ferritina o ser transportado hacia el plasma, previo paso a través de la membrana basal.
La proteína DMT1 forma parte integral de la membrana apical del enterocito y realiza el transporte activo de cualquier catión metálico divalente, además del hierro, como son el zinc, el manganeso, el cobre, el cadmio, el cobre, el nitrógeno, entre otros. Asimismo, posee una región IRE, que se denominan por sus siglas en inglés como elementos sensibles al hierro o Iron Responsive Elements, en posición 5 prima de su ARN mensajero, por lo que es regulada por la concentración del hierro de reserva. Así, la concentración de DMT1 aumenta en el estado de ferropenia y disminuye en el de sobrecarga.
La DMT1 también se halla presente en la membrana de los eritroblastos, donde transporta el hierro hacia el interior del citoplasma, previa unión al hierro del complejo hierro-transferrina-receptor de transferrina. Vamos a ver que el hierro no hemo está en alimentos vegetales, como son las verduras, las hortalizas, las legumbres, los cereales, el grano integral, el pan y los frutos secos.
La siguiente fase en la absorción del hierro es el paso del hierro a través de la membrana apical de los enterocitos. El hierro hemo solo representa el 10 al 20% del hierro presente en la dieta, pero su absorción es mucho más eficiente que la del hierro no hemo. El hierro hemo proviene principalmente de las carnes rojas y es captado en parte por un proceso de transporte activo a través del transportador HCP1, que es el transportador del hemo 1, presente en la membrana apical del enterocito. El hierro que es liberado, indistinguible del hierro inorgánico, que queda disponible, dependiendo de las necesidades, pasa a ser utilizado en el citoplasma o entregado a la circulación, donde es transportado unido a la transferrina, acoplándose de este modo al circuito interno del hierro.
El hemo liberado de alimentos cárnicos, como la carne de vaca, pescado o pollo, vísceras, embutidos con sangre animal y yema de huevo, principalmente, es soluble y se absorbe muy fácilmente, entrando en la célula intestinal sin alterarse en ella. La enzima hemooxigenasa rompe la protoporfirina IX y libera el hierro. Se acuerdan que el hierro en su estado está dentro de lo que es el anillo de protoporfirina. Este se une a la apoferritina para formar ferritina.
Existen distintos factores que influyen en la absorción del hierro y para lo que es el hierro hemo y no hemo, las situaciones son diferentes. Las principales fuentes de hierro no hemo, como dijimos, son de origen vegetal y en algunos alimentos de origen animal, tales como la leche y el huevo. Se encuentra mayormente en su forma oxidada y unido a diversas macromoléculas. En la dieta habitual hay un predominio de los ligandos inhibidores, los que actúan formando complejos de hierro insolubles.
Entre los inhibidores provenientes de la dieta, uno de los más potentes son los polifenoles, especialmente los taninos, los que están presentes, por ejemplo, en el café, en el té, en otras infusiones y en algunos alimentos vegetales, como son las legumbres, las espinacas, los cereales. La ingestión de té es capaz de reducir marcadamente la absorción del hierro de la dieta y el café presenta un efecto similar pero menos pronunciado. Tienen también un efecto depresor de la absorción los fitatos, el calcio, carbonatos, oxalatos, fosfatos, el salvado, la yema de huevo. No por esto vamos a dejar de comer las cosas que comemos, pero no deja de tener este efecto sobre lo que es el hierro.
De los facilitadores de la absorción de hierro, está el ácido ascórbico, es el que tiene el efecto más notable. Su acción pareciera deberse a que forma complejos solubles con hierro y a que es capaz de reducir el hierro férrico a ferroso, forma que es más absorbible. Como ya lo comentamos, esta vitamina, en relaciones molares con hierro superiores a uno a uno, es capaz de duplicar la absorción de hierro inorgánico de la dieta. Presentan también un efecto favorecedor de la absorción de hierro la carne vacuna, el pescado, algunos aminoácidos como la cisteína, a otros ácidos orgánicos, es el láctico, el cítrico, el málico, el tartárico y azúcares.
Por otro lado, la secreción ácida gástrica tiene un efecto beneficioso al mantener el hierro en su forma reducida o forma ferrosa. Por el contrario, un aumento del pH intestinal, como sucede por la acción de bicarbonato presente en la secreción pancreática, inhibe la absorción del hierro al favorecer la formación de quelatos insolubles. Pero por esta característica de absorción, el hierro hemo no es influenciado por las sustancias favorecedoras o inhibitorias de absorción de hierro, excepto por la presencia de calcio.
La absorción de hierro hemo es más, es aproximadamente entre un 20 a un 25%. Otra particularidad de todo esto es que el hierro en hemo es que la absorción de hemo es menos influenciada por el estado de los depósitos de hierro.
La siguiente fase en la absorción es el del hierro a través de la membrana basal de los enterocitos. En este proceso también intervienen dos proteínas: una cuproproteína con actividad oxidasa llamada hefestina, que realiza la acción inversa a la del citocromo b, y otra transportadora o ferroportina 1. La hefestina es una ferroxidasa análoga a la ceruloplasmina, pero de localización exclusiva intestinal, y cuya función es transformar el hierro ferroso a férrico para que pueda unirse a la ferroportina, proteína integral de la membrana basal del enterocito, que transporta el hierro férrico hacia el plasma, donde se une inmediatamente a la transferrina.
La síntesis de hefestina se haya ligada al cromosoma X y en el metabolismo del hierro es fundamental, ya que sin posibilidad de oxidación no existe salida posible del hierro hacia el plasma ni de almacenamiento intracelular. Tanto la hefestina como la ferroportina 1 poseen regiones IRE con posición 5 prima de su ARN, por lo que son reguladas por la concentración del hierro del organismo.
Como ya mencionamos, el estado de sobrecarga férrica es altamente tóxico para el organismo, por lo que este posee un mecanismo de defensa basado en la regulación coordinada de diversas proteínas involucradas en la homeostasis de hierro: el receptor de transferrina, la DMT1, la ferroportina, la ferritina, la delta-aminolevulínico sintetasa y la hefestina. El elemento regulador esencial de todo este sistema es la propia concentración de hierro del organismo. Por esto es que constituye en sí misma una señal reguladora. De esta forma, sería la propia concentración de hierro la que induciría variaciones en la concentración de las proteínas de la homeostasis, aumentando o disminuyendo la absorción intestinal.
Entonces, el descenso de hierro: cuando desciende el hierro intracelular, aumenta la síntesis de, por ejemplo, el receptor de transferrina y la DMT1, la ferroportina y la hefestina, y disminuiría la de ferritina y la de delta-aminolevulínico sintetasa. De manera inversa, ante un aumento en la concentración de hierro en el organismo, disminuiría la síntesis de receptor de transferrina y de DMT1, ferroportina y hefestina, y aumenta la de ferritina y la de delta-aminolevulínico sintetasa.
La coordinación de estos procesos corre a cargo de otra proteína que es reguladora del hierro, que se conoce con el nombre de IRP, o en sus siglas en inglés, es una sigla en inglés, es Iron Regulatory Protein. ¿Qué hace esta proteína reguladora? Regula la traducción de los ARN mensajeros de las proteínas involucradas en la regulación a través de la unión a estas secuencias IRE, que son motivos de ARN, que están presentes en los microARN de las mencionadas proteínas, favoreciendo o inhibiendo su producción, su traducción.
¿Qué son estas proteínas reguladoras del hierro? Vamos a ver que tenemos un sistema, el sistema IRE-IRP. Estas proteínas reguladoras del hierro, IRP, reconocen los elementos de respuesta al hierro, que son los IRE, que son regiones conservadas de ARN que se encuentran en las regiones no traducidas de los ARN mensajeros que codifican para proteínas involucradas en el metabolismo de hierro. La expresión de las proteínas que participan en el metabolismo de hierro es regulada traduccionalmente por el sistema regulador de hierro o IRP.
Entonces, las estructuras IRE corresponden a secuencias de nucleótidos conservadas que están constituidas por 28 bases, por una estructura secundaria en forma de horquilla, la que permite interactuar con las proteínas IRP. Este sistema de regulación está conformado por, en primer lugar, los elementos reguladores del hierro, los IRE, que se encuentran en los extremos 5 prima y 3 prima no codificantes de los ARN mensajeros que traducen las proteínas involucradas en el metabolismo de hierro, que son la ferritina, la DMT1, el receptor de transferrina y ferroportina. Así, elementos IRE se encuentran en el extremo 5 prima de los ARN mensajeros de la hefestina y de ferroportina, el extremo 3 prima de los de las ARN mensajeros de el receptor de transferrina y el transportador DMT1.
Las proteínas reguladas por hierro que son las se denominan IRP1, IRP2. La proteína IRP1 es una proteína de 98 kDa, cuya actividad de unión a los elementos IRE es regulada inversamente por la concentración intracelular de hierro, o sea, a menor concentración intracelular de hierro, mayor actividad de la unión a las IRE. Las proteínas IRP poseen un núcleo de hierro y azufre en su sitio activo y puede convertirse reversiblemente en su forma activa o inactiva, que va a presentar la activa cuatro átomos de hierro y cuatro de azufre, y la inactiva, tres de hierro y cuatro de azufre.
Frente a los cambios en la disponibilidad del hierro, vamos a ver estos cambios que suceden en estas proteínas. Bajo condiciones de depresión del metal del hierro, la apo-IRP1 puede unirse con alta afinidad a las secuencias IRE. Contrariamente, cuando el aporte de hierro aumenta, la IRP1 incorpora un átomo de metal al núcleo, adoptando una conformación en la cual es incapaz de interactuar con el ARN, pero posee actividad aconitasa.
La proteína IRP2 de 105 kDa presenta un 6% de homología con la IRP1. No presenta actividad aconitasa. Presenta una actividad de unión constitutiva, es decir, siempre está presente y no depende de la concentración intracelular de hierro.
Los elementos IRE y las proteínas IRP actúan en conjunto para detectar y responder a los cambios en el pool de hierro en el medio intracelular. Este compartimento se ha denominado pool de hierro reactivo y aproximadamente es un 5% del hierro intracelular y que se encuentra unido a péptidos de bajo peso molecular. Cuando existen cambios en este compartimento, es detectado por el complejo IRE-IRP. Las proteínas IRP contienen un núcleo en forma de cubo que les permite detectar el contenido intracelular de hierro.
Cuando el contenido del compartimento de hierro reactivo es bajo, el núcleo se encuentra en su estado conformacional tres hierro, cuatro azufres, es decir, abierto, es como una llave, y la puerta que se abre en estas condiciones se puede unir a los elementos IRE de los ARN mensajeros y así regular su expresión. Cuando la proteína IRP se une al extremo 5 prima no codificante del ARN, se inhibe la traducción, pues bloquea la entrada de la subunidad mayor del complejo traduccional. Pero por otro lado, cuando se une al extremo 3 prima no codificante, se estabiliza el ARN mensajero, ya que impide la acción de las ARN-asas.
Por lo tanto, cuando el contenido de elementos IRE e impiden la traducción de la ferritina y la ferroportina 1, esto se traduce por un lado en una disminución en el almacenamiento y por otro lado se produce la estabilización de los mensajeros del receptor de transferrina y del transportador DMT1, lo que aumenta que el hierro se capte. Y cuando el hierro intracelular aumenta, el núcleo de las proteínas IRP cambia de estado conformacional y se vuelve cerrado, donde pierde su capacidad de unirse a los ARN mensajeros y se convierte en la enzima aconitasa citosólica.
Entonces, en esta condición se produce la traducción de los ARN mensajeros del transportador de ferroportina, la desestabilización de los ARN mensajeros del receptor de transferrina y la DMT1. El resultado final de todo esto es un aumento del almacenamiento de hierro y una disminución de la captación del metal por parte de la célula.
Aquí simplemente vemos este sistema: el sistema IRP-IRE-IRP monitorea y responde a los cambios en la cantidad de hierro en el ambiente intracelular. Una molécula de IRP se une a la estructura lazo-tallo de la IRE, localizada en la región no traducida del ARN mensajero. En condiciones de hierro bajo, las IRP se unen ávidamente a ARN. Cuando hay hierro abundante, la unión no ocurre. La unión del IRP al IRE en la región 5 prima bloquea la traducción, mientras que la unión IRP-IRE en 3 prima protege al ARN de la degradación.
Entonces, vamos a ver cada una de estas proteínas por separado. Por un lado, tenemos el transportador de metales divalentes 1 o DMT1. Este transportador transporta un amplio rango de sustancias en valencia dos, como son el hierro, el cobre, el zinc, el manganeso, el cobalto, el níquel, plomo, entre otros. La secuencia del gen MT1 predice una proteína con 12 segmentos de transmembrana de 561 aminoácidos, con sus extremos amino y carboxilo terminal ubicados en el citoplasma, y es expresado ubicuamente.
La expresión de DMT1 es continua, es estimulada por una dieta deficiente en hierro y representaría un mediador clave en la absorción de hierro intestinal. En el ambiente intestinal fisiológicamente hipóxico, el IRP controla la transcripción del factor inducido por hipoxia 2 alfa, al cual a su vez estimula la síntesis de DMT1. Cuando existen niveles bajos de hierro, se produce la síntesis y presencia de DMT1 y hefestina en la membrana apical del enterocito, resultando en la activación e incorporación de hierro y en una actividad basal de transporte independiente de la concentración celular de hierro, dado que por DMT1 sin IR, para el transporte de hierro por DMT1 se requiere que el hierro se encuentre en su forma ferrosa.
Para ello, la enzima citocromo reductasa b duodenal produce esta reducción del hierro luminal. Esta actividad reductasa se ve complementada por la existencia de otras hierro reductasas presentes a nivel de la membrana apical y por la presencia de ácido ascórbico, que es un conocido potenciador de la absorción, como ya mencionamos, por su capacidad de donar electrones a nivel celular, confiriéndole esta capacidad reductora.
Cuando el hierro corporal se encuentra normal o aumentado, el receptor que une a la transferrina, que es el siguiente que vamos a del que vamos a hablar, es una macromolécula central para la regulación de la homeostasis de hierro. Es una glicoproteína de transmembrana tipo II heterodímera. Cada monómero contiene 780 aminoácidos y estos monómeros están unidos por dos puentes disulfuro. Cada monómero tiene la capacidad de unir una molécula de transferrina. Se expresa en los enterocitos de las criptas duodenales y regula la absorción de hierro de la dieta.
Todas las células animales expresan receptor para transferrina, la hepática, la de la placenta, los eritroblastos, exceptuando los eritrocitos maduros. Cuando la concentración del hierro intracelular es normal o está aumentada, este une la transferrina al hierro en estado férrico. La proteína HFE es el producto de expresión del gen de la hemocromatosis hereditaria. La proteína HFE es una glicoproteína de transmembrana de tipo I y contiene 343 aminoácidos. Esta proteína es homóloga a las moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad tipo I, pero existen diferencias, ya que las moléculas del complejo participan en el sistema inmune presentando el péptido antigénico a las células T, pero en cambio la proteína HFE no une péptidos y no realiza funciones inmunes.
Los dominios alfa 1 y alfa 2 se forman por ocho cadenas beta plegadas, dos alfa hélices, las cuales se ubican en la superficie del dominio alfa 3, el cual se une a través de un puente disulfuro a la proteína beta 2 microglobulina. En la superficie celular, la beta 2 microglobulina le sirve a la proteína HFE de anclaje a la membrana plasmática y así es que puede ejercer su efecto regulatorio. La ausencia del puente disulfuro por la mutación C282Y en su secuencia impide la unión de estas dos proteínas y la pérdida de función de la proteína HFE.
Esta proteína HFE interactúa con el complejo receptor de transferrina-transferrina-hierro al pH de la superficie de la célula, que es un pH aproximadamente de 7,4. Por lo tanto, se forma un complejo cuaternario entre lo que es la HFE y este complejo entre el receptor del hierro y la transferrina, el cual es endocitado y el pH endosomal provoca que el hierro se libere desde la transferrina y esta última se transforma en apotransferrina unida al receptor, que se recicla en la superficie celular, donde el pH básico de la sangre gatilla su disociación. La molécula HFE se disocia del receptor de transferrina en el interior del endosoma y se piensa que la HFE induce cambios estructurales que facilitan la liberación del hierro del complejo hierro-transferrina a pH ácido.
Algunas funciones de la HFE son: participar en la captación del hierro, participar en la liberación del hierro intracelular, ya sea disminuyendo la afinidad del receptor-transferrina y anular la endocitosis del receptor.
Otro elemento que participa en la homeostasis de hierro es el transportador de ferroportina 1, también denominado IREG1 o proteína transportadora de metales 1. Este transportador exporta hierro y zinc, pero no otros metales divalentes como el manganeso, el cobre, el cadmio. La localización de la ferroportina 1 en las células y tejidos es consecuente con su función de exportación de hierro desde la célula. En el duodeno está presente en los enterocitos maduros y ausente en las criptas. En el hígado se encuentra presente preferentemente en las células de Kupffer y esto podría explicar por qué en individuos con hemocromatosis hereditaria las células de Kupffer no contienen bajos niveles de hierro en comparación con el resto de las células del hígado.
El ARN mensajero del transportador de ferroportina posee en su región 5 prima un sitio IRE para la unión de las IRP, por esto sugiere que este ARN mensajero sería inhibido en condiciones de hierro intracelular disminuido. En individuos hipotransferrinémicos, la ferroportina 1 se encuentra elevada a nivel duodenal, debido a que estos individuos, al presentar una anemia severa, necesitan un aumento rápido de la carga de hierro que se obtiene mediante la estimulación del transportador por reguladores eritropoyéticos. Su regulación postraduccional es principalmente mediada por la hormona hepcidina.
Esta hormona se une al transportador, inhibiendo su actividad transportadora e induciendo la internalización y posterior degradación en compartimentos lisosomales. Por lo tanto, el defecto de la regulación de hepcidina es una disminución de la salida de hierro desde las células hacia la circulación. La hipoxia aumenta la expresión del ARN mensajero de la ferroportina 1 en enterocitos y macrófagos, mediado principalmente por la HIF-2 alfa, la molécula de hipoxia.
La hefestina, que es una proteína homóloga a la ferroxidasa multiobracero ceruloplasmina, tiene un peso molecular de aproximadamente 130 kDa y su dominio transmembrana en el extremo C terminal. Se localiza en la membrana basolateral del enterocito y está asociada al transportador ferroportina 1. El transportador le entrega a la hefestina hierro y esta se encarga de su oxidación. Una vez oxidado el hierro y en el plasma, es unido a la transferrina plasmática, que lo transporta en circulación hacia distintos tejidos.
Tanto la hefestina como la ceruloplasmina requieren de cobre para ser enzimáticamente funcionales, lo que explicaría en parte la deficiencia en la absorción de hierro cuando existe deficiencia de cobre. El hierro hemo es la principal forma funcional de hierro en las células eucariotas. En los mamíferos, el 60% del hierro total es hierro hemo. El grupo hemo es parte de grupos prostéticos de la hemoglobina, como ya mencionamos, la mioglobina, citocromo, catalasas, peroxidasas, o hialuronidasa, y también participa en procesos metabólicos como la transcripción, traducción y diferenciación celular.
El hierro hemo proveniente principalmente de las carnes rojas es captado en parte por a través de endocitosis mediada por difusión pasiva y transporte activo saturable y dependiente de la temperatura, indicativo de un transportador. Este último sería realizado por el transportador HCP1, presente en la membrana apical del enterocito.
La hepcidina es una hormona sintetizada principalmente en el hígado y tejido adiposo. Es un péptido catiónico rico en cisteínas que fue detectado primeramente en la orina, entonces se observó que presentaba una actividad antimicrobiana. La hepcidina tiene un regulador en el tráfico de hierro. Su expresión se ve disminuida en condiciones de deficiencia de este metal y en condiciones que requieren una gran cantidad de hierro disponible, en lactopoyesis aumentada, embarazo, lactancia. Por el contrario, se presenta en mayor expresión de la hormona cuando existe un exceso, disminuyendo la absorción intestinal y promoviendo su almacenamiento principalmente en macrófagos y hepatocitos. Además, se ha determinado que su expresión aumenta en condiciones de inflamación, tal como se produce en la obesidad y en estados infecciosos.
El mecanismo por el cual la hepcidina ejerce su efecto sobre la absorción intestinal a nivel sistémico es a través de la modulación de la actividad del transportador de ferroportina 1 en la membrana basal de los enterocitos, en los hepatocitos y macrófagos, principalmente. La hepcidina se une al transportador ferroportina 1, inhibiendo su actividad y posteriormente induciendo su endocitosis y posterior degradación del transportador de lisosomas. De esta manera, la interacción hepcidina-ferroportina 1 regula eficientemente el flujo de hierro desde la célula hacia el plasma y el hierro almacenado en todos los tejidos.
El transporte plasmático, intracelular, la mayor parte del hierro que penetra en la sangre después de la absorción se une a transferrina. La transferrina es una beta-globulina plasmática de 79 kDa que posee dos fragmentos glucídicos con ácido siálico, es una glicoproteína. La vida media de la transferrina circulante es de 8 días y su principal órgano productor es el hígado, aunque también puede ser sintetizada por células de la glándula mamaria, testículos, sistema nervioso central, adipocitos, macrófagos.
La síntesis de transferrina hepática parece estar regulada por la concentración de hierro intracelular, de forma que cuando disminuye la transferrina aumenta. Cuando tenemos una disminución de hierro y de depósitos, aumenta la transferrina. Por ello, en la anemia ferropénica, el descenso del hierro plasmático va acompañado siempre de un aumento de la transferrina y de su capacidad de saturación, porque no hay hierro. La transferrina transporta el hierro y no hay hierro disponible, se va a saturar más rápidamente por el poco hierro que está disponible, entonces aumenta.
Cada molécula de transferrina es capaz de fijar dos átomos de hierro, pero solo en forma oxidada, por lo que antes de unirse la transferrina, el hierro es oxidado por una ferroxidasa plasmática que es la ceruloplasmina. No todas las moléculas de transferrina circulante se hallan saturadas por el hierro, sino que existe una proporción variable de moléculas de apotransferrina con una molécula de transferrina o de la cantidad de hierro. De manera que en la anemia ferropénica predominan las formas apotransferrina, mientras que los estados de sobrecarga predominan.
Diferencias clínicas: la concentración plasmática de transferrina oscila entre los 250 y 450 mg/dL y en la práctica clínica esta suele venir referida a la cantidad de hierro que es capaz de fijar el plasma o capacidad de saturación de la transferrina, dado que todo el hierro circulante, que es la sideremia, se haya fijado a la transferrina. Y en un individuo normal, la sideremia oscila entre 50 y 140 mg/dL. Solo el 30-35% de la transferrina circulante se haya saturada por el hierro.
El grado de saturación de transferrina por el hierro o índice de saturación de la transferrina constituye un factor que regula la intensidad de la eritropoyesis, de forma que disminuye drásticamente cuando es inferior al 16% (eritropoyesis ferropénica) y se desvía hacia el hígado cuando es superior a 90% (por hemosiderosis hepática).
El hierro penetra en el interior del citoplasma celular, previa unión de la transferrina al receptor de transferrina, presente prácticamente en todas las células del organismo. Las células con mayor número de receptores de transferrina son las que requieren un mayor consumo de hierro, como los eritroblastos y reticulocitos, o las que intervienen activamente en su mecanismo de reutilización, como por ejemplo los hepatocitos.
El receptor de transferrina es una glicoproteína integral compuesta por dos subunidades, cada una unida por un puente de disulfuro. Cada subunidad puede fijar una única molécula de transferrina, es decir, dos moléculas de transferrina por unidad de receptor. La síntesis del receptor se haya íntimamente ligada a la ferritina por un mecanismo de regulación genética común en el cromosoma 3, que resulta activado por la ferropenia e inhibido por el grupo hemo.
La afinidad del receptor por la transferrina depende del grado de saturación de esta, de forma que es mínima cuando la apotransferrina y máxima para la diferrotransferrina. La penetración del hierro en el interior de las células, por ejemplo, eritroblastos, o internalización, se realiza en cuatro etapas, caracterizadas por un proceso de endocitosis reversible, en el cual existe una primera etapa donde hay una formación del complejo transferrina saturada-receptor de transferrina en la superficie de la célula.
Una segunda etapa donde hay finalización del complejo transferrina-hierro-receptor, muy probablemente unido a la proteína HFE, mediante endocitosis con formación de una vesícula (siderosoma). La endocitosis de la transferrina por los eritroblastos presenta una actividad inversamente relacionada con la síntesis de hemo, de manera que cuando disminuye en la ferropenia, aumenta la entrada de hierro en los eritroblastos y viceversa, cuando aumenta, disminuye.
La tercera etapa es la liberación del hierro de la transferrina por acidificación del siderosoma a un pH de 5,3 y transporte del mismo hacia el citoplasma por acción de la proteína DMT1. El hierro liberado formará parte del compartimento lábil intracelular que se usará en los diferentes procesos metabólicos, por ejemplo, en la formación de hemo y grupos hierro-azufre en la mitocondria, almacenamiento en ferritina y otras.
Una cuarta etapa es el desplazamiento de la vesícula ferritina libre de hierro hacia la superficie de la célula y liberación de la apotransferrina hacia el plasma por exocitosis, con reconstitución de los receptores de transferrina que pueden ser reutilizados.
¿Cómo se incorpora el hierro a nivel intracelular? Por un lado, tenemos lo que ya mencionamos cuando dimos las clases de hematopoyesis: el islote eritroblástico funcional, constituido por un macrófago rodeado de eritroblastos en médula ósea. Se produce la entrada directa de hierro desde los macrófagos a los eritroblastos a través de un proceso de invaginación o endocitosis. El 80% del hierro intracelular se utiliza para la síntesis de hemoglobina y el 20% restante es depositado en el plasma como ferritina y hemosiderina.
En el interior de la célula, el hierro es almacenado en forma de ferritina o bien es incorporado a las hemoproteínas (la hemoglobina, la mioglobina, los citocromos) o enzimas que poseen grupos hierro-azufre, como es la aconitasa u otros grupos, dando lugar al denominado ciclo mitocondrial del hierro. En este ciclo del hierro hay dos vías importantes: síntesis de grupo hemo, que es regulada por la enzima delta-aminolevulínico sintetasa, por eso sus defectos originan depósitos de hierro en la mitocondria, como es la anemia sideroblástica congénita, y de los grupos hierro-azufre, que es regulada por la frataxina. Déficit de esta enzima provoca una situación que se denomina la ataxia de la reserva de hierro.
El almacenamiento de hierro en el organismo se realiza mediante la proteína de depósito que es la ferritina. La ferritina es capaz de almacenar en su núcleo hasta 4500 moléculas de hierro oxihidroxifosfato. Las deposita de esa forma. La vida media de una molécula de ferritina es aproximadamente de 60 horas y cuando su número se haya en exceso es captada por los lisosomas, en cuyo interior se degrada a atina y el núcleo de hierro-hidroxi se transforma en hemosiderina, un compuesto insoluble y amorfo con mayor contenido de hierro que la ferritina, pero de recambio metabólico mucho más lento. Y a diferencia de la ferritina, la hemosiderina tiende a formar agregados que pueden visualizarse mediante una tinción específica que utilizamos en el laboratorio para ver los depósitos de hierro, que es la tinción de Perls.
Prácticamente todas las células del organismo y líquidos biológicos contienen ferritina, especialmente las que tienen funciones específicas relacionadas con la síntesis de hemoglobina, por ejemplo, los centroblastos, o con el metabolismo del hierro y su reserva, los macrófagos y los hepatocitos. Los hepatocitos son los encargados de almacenar el hierro, mientras los macrófagos obtienen el hierro a partir del reciclaje del hemo, de donde es liberado después de la eritrofagocitosis. Los hepatocitos lo obtienen directamente del plasma, principalmente a través de la vía receptor-transferrina-transferrina.
En resumen, puede decirse que el complejo sistema de compartimentalización del hierro en el organismo está finamente regulado por cuatro factores: el dietético, el hierro de reserva, eritropoyético y hipóxico. En el factor dietético o la dieta, la cantidad de hierro presente en la dieta constituye un importante factor regulador, ya que se ha demostrado que después de varios días de una ingesta excesivamente rica en hierro se produce un bloqueo de la mucosa intestinal a la absorción.
El factor hierro de reserva es un hecho bien demostrado que la cantidad de hierro de los depósitos constituye un sensor, ya que cuando, ya que en el caso de ferropenia, puede duplicarse o triplicarse la absorción intestinal del hierro. El factor eritropoyético se refiere a las necesidades de la eritropoyesis para regular la absorción de hierro independientemente del hierro de reserva. Este mecanismo puede ser responsable del aumento de la absorción de hierro en caso de anemia debida a eritropoyesis ineficaz, como sucede en los síndromes talasémicos microcíticos congénitos y anemias sideroblásticas.
No son tejidos adyacentes, es posible que existan reguladores solubles circulantes en el plasma que serían capaces de actuar directamente en la absorción de hierro. Entre ellos se ha considerado la hepcidina como el mejor candidato para realizar esta función.
Bueno, ya todo esto que vimos en lo que tiene que ver con la biología del hierro, su absorción a nivel intestinal y su regulación por parte de distintas proteínas del organismo, llegamos al punto de poder determinar en el laboratorio la concentración no solo de hierro, sino también de todos aquellos componentes que participan en el metabolismo del hierro. Por un lado, tenemos la sideremia, que es la concentración de hierro plasmática, que tiene un valor de referencia entre 41 y 141 microgramos/dL. La transferrina, 200 a 400 mg/dL. La ferritina varía en mujeres y en hombres: en mujeres es entre 10 y 150, y en hombres es entre 29 y 248. Índice de saturación de transferrina oscila entre 20 y 50%. Y el receptor de la transferrina entre 9,6 y 29,6 nanomoles/L.
Les dejo la bibliografía recomendada para poder profundizar en este tema.