Serum Hepcidin, erythroferrone and soluble transferrin receptor at population level: towards a better definition of some iron related disorders

Iron is an essential element for all living organisms, and it is involved in a variety of vital functions including cellular energy metabolism, anaerobic respiration, synthesis of hemoglobin and nucleotides. On the other hand, free iron is highly reactive and toxic due to its capability to accept and donates electrons and generate oxygen-derived free radicals (Reactive Oxygen Species-ROS). Thus, iron content in the body needs to be tightly regulated. Hepcidin is the principal iron homeostasis regulator by controlling plasma iron levels and total body iron, and its alteration can lead either functional iron deficiency (high hepcidin levels) or iron overload (low hepcidin levels). Erythroferrone (ERFE) is the main erythroid regulator of hepcidin. Increased ERFE levels suppress hepcidin synthesis, thereby mobilizing cellular iron stores for use in heme and hemoglobin synthesis. In ineffective erythropoiesis, pathological overproduction of ERFE by an expanded population of erythroblasts suppresses hepcidin and causes iron overload. Soluble transferrin receptor (sTfR) is a cleaved form of the tissue transferrin receptor 1 (TfR1). sTfR gives information on the functional iron status and its levels are increased in iron deficiency (ID) and when erythropoiesis is stimulated. The main aim of this study was to investigate iron metabolism determinants at population level by the analysis of serum hepcidin, ERFE and sTfR concentrations in 4644 subjects of the Val Venosta population, a homogeneous population in South Tyrol-Italy, as part of a larger project established in 2011 for the investigation of the genetic basis of common chronic conditions associated with human ageing and their interaction with life-style and environmental factors in the general population of South Tyrol (The CHRIS study). Serum hepcidin (20, 24 and 25 isoforms), ERFE and sTfR measurement was performed in the Laboratory of Iron Disorders at the LURM (University Laboratory for Medical Research), by means of an LC-MS/MS approach for hepcidin, and ELISA techniques for ERFE and sTfR. Hepcidin-25 confirmed an age and sex dependent variation, while ERFE showed a less significant age- and gender-dependent variation. Hepcidin-25 correlation 4 analyses showed that it correlates more with ferritin than with serum iron and transferrin saturation, whereas ERFE showed a negative relationship with hemoglobin and red blood cells. The results here presented, such as the establishment of an updated reference range for hepcidin-25 and ERFE levels and the investigation of hepcidin and ERFE variation in different conditions, could have clinical applications, as well as underling the usefulness of these emergent biomarkers for the assessment of human iron status in diagnostic approaches.

Il ferro è un elemento essenziale per tutti gli organismi viventi ed è coinvolto in una varietà di funzioni vitali, tra cui il metabolismo energetico cellulare, la respirazione anaerobica, la sintesi di emoglobina e nucleotidi. Tuttavia, il ferro libero è altamente reattivo e tossico grazie alla sua capacità di accettare e donare elettroni e generare radicali liberi derivati dall'ossigeno (Reactive Oxygen Species-ROS). Pertanto, il contenuto di ferro nel corpo deve essere strettamente regolato. L'epcidina è il principale regolatore dell'omeostasi del ferro, controlla i livelli plasmatici di ferro e il ferro corporeo totale e la sua alterazione può portare sia a carenza di ferro (alti livelli di epcidina) sia a sovraccarico di ferro (bassi livelli di epcidina). L'eritroferrone (ERFE) è il principale regolatore eritroide dell'epcidina. L'aumento dei livelli di ERFE sopprime la sintesi di epcidina, mobilitando così le riserve di ferro cellulare per l'uso nella sintesi di eme ed emoglobina. Nell'eritropoiesi inefficace, la sovrapproduzione di ERFE da parte di una popolazione espansa di eritroblasti, sopprime l'epcidina e causa il sovraccarico di ferro. Il recettore solubile della transferrina (sTfR) è una forma scissa del recettore 1 della transferrina tissutale (TfR1). sTfR fornisce informazioni sullo stato funzionale del ferro e i suoi livelli sono aumentati in caso di carenza di ferro (ID) e quando viene stimolata l'eritropoiesi. Lo scopo principale di questo studio era indagare i determinanti del metabolismo del ferro a livello di popolazione, mediante l'analisi delle concentrazioni sieriche di epcidina, ERFE e sTfR in 4644 soggetti della popolazione della Val Venosta, una popolazione omogenea in Alto Adige-Italia, come parte di un progetto più ampio istituito nel 2011 per lo studio delle basi genetiche delle comuni condizioni croniche associate all'invecchiamento umano e della loro interazione con lo stile di vita e fattori ambientali nella popolazione generale dell'Alto Adige (studio CHRIS). La misurazione dell'epcidina sierica (isoforme 20, 24 e 25), ERFE e sTfR è stata eseguita nel Laboratorio dei Disturbi del Ferro presso il LURM (Laboratorio Universitario di Ricerca Medica), mediante un approccio LC-MS / MS per l'epcidina e tecniche ELISA per ERFE e sTfR.6 L'epcidina-25 ha confermato una variazione dipendente dall'età e dal sesso, mentre l'ERFE ha mostrato una variazione meno significativa. Le analisi di correlazione dell'epcidina-25 hanno mostrato che essa si correla di più con la ferritina che con la saturazione sierica di ferro e transferrina, mentre ERFE ha mostrato una relazione negativa con l'emoglobina e i globuli rossi. I risultati qui presentati, come la definizione di un range di riferimento aggiornato per i livelli di epcidina-25 ed ERFE e lo studio della variazione di epcidina ed ERFE in diverse condizioni, potrebbero avere applicazioni cliniche, oltre a sottolineare l'utilità di questi biomarcatori emergenti per la valutazione dello stato del ferro negli approcci diagnostici.