Hepcidin induces intestinal calcium uptake while suppressing iron uptake in Caco-2 cells

        Abnormal calcium absorption and iron overload from iron hyperabsorption can contribute to osteoporosis as found in several diseases, including hemochromatosis and thalassemia. Previous studies in thalassemic mice showed the positive effects of the iron uptake suppressor, hepcidin, on calcium transport. However, whether this effect could be replicated in other conditions is not known. Therefore, this study aimed to investigate the effects of hepcidin on iron and calcium uptake ability under physiological, iron uptake stimulation and calcium uptake suppression. Our results showed that intestinal cell iron uptake was significantly increased by ascorbic acid together with ferric ammonium citrate (FAC), but this phenomenon was suppressed by hepcidin. Interestingly, hepcidin significantly increased calcium uptake under physiological condition but not under iron uptake stimulation. While hepcidin significantly suppressed the expression of iron transporter, it had no effect on calcium transporter expression. This indicated that hepcidin-induced intestinal cell calcium uptake did not occur through the stimulation of calcium transporter expression. On the other hand, 1,25 (OH)₂D₃ effectively induced intestinal cell calcium uptake, but it did not affect intestinal cell iron uptake or iron transporter expression. The 1,25(OH)₂D₃-induced intestinal cell calcium uptake was abolished by CaCl₂; however, hepcidin could not rescue intestinal cell calcium uptake suppression by CaCl₂. Taken together, our results showed that hepcidin could effectively and concurrently induce intestinal cell calcium uptake while reducing intestinal cell iron uptake under physiological and iron uptake stimulation conditions, suggesting its therapeutic potential for inactive calcium absorption, particularly in thalassemic patients or patients who did not adequately respond to 1,25(OH)₂D₃.

สรุปโดยสังเขปว่า มีเนื้อหาเกี่ยวกับ :

       ภาวะกระดูกพรุนเป็นภาวะที่พบได้ในผู้ป่วยที่มีเหล็กเกิน ซึ่งสาเหตุหนึ่งของภาวะดังกล่าว อาจจะมาจากความเป็นพิษของเหล็กต่อเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบผลของเหล็กสองรูปที่พบได้ในร่างกายสิ่งมีชีวิต ได้แก่ เหล็กเฟอร์รัส (Fe²⁺) และเฟอร์ริก (Fe³⁺) ต่อการมีชีวิตรอดและการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก ผลการวิจัยต่อเนื่องนี้พบว่า ในขณะที่เหล็กทั้งสองรูปมีความเป็นพิษต่อเซลล์สร้างกระดูก ทำให้เพิ่มการสร้างอนุมูลอิสระออกซิเจน (reactive oxygen species; ROS) ทำให้เกิดการพักของเซลล์ที่ระยะ G₀/G₁ และลดความสามารถในการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก อย่างไรก็ตาม โดยรวมแล้วเหล็กในรูปเฟอร์ริกมีความเป็นพิษต่อเซลล์สร้างกระดูกมากกว่าเหล็กเฟอร์รัส นอกจากนี้การใช้วิตามินดีและยาขับเหล็ก (iron chelator) ซึ่งมีผลในการเพิ่มขึ้นและลดลงของปริมาณแคลเซียมภายในเซลล์ ยังไม่มีผลต่อการมีชีวิตรอดของเซลล์สร้างกระดูกภายในภาวะเหล็กเกิน แต่เป็นที่น่าสนใจว่าการที่เซลล์ได้รับแคลเซียมจากภายนอกเซลล์กลับสามารถป้องกันการตายของเซลล์สร้างกระดูกภายใต้ภาวะเหล็กเกินได้

ผลที่ได้รับและการนำไปใช้ประโยชน์ :

       เนื่องจากเหล็กทั้งสองรูปแบบในร่างกายมีที่มาที่ต่างกัน ดังนั้นการศึกษาเปรียบเทียบผลของเหล็กแต่ละรูปแบบต่อการมีชีวิตและการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก จึงมีความจำเป็นต่อการพัฒนาแนวทางการป้องกันและรักษาผู้ป่วยกระดูกพรุนในภาวะเหล็กเกินที่มีสาเหตุหลักจากเหล็กแต่ละรูปแบบได้อย่างเฉพาะเจาะจงและมีประสิทธิภาพ การวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการใช้ยาขับเหล็กเพื่อควบคุมภาวะเหล็กเกินในผู้ป่วย ไม่สามารถช่วยชีวิตเซลล์สร้างกระดูกในภาวะดังกล่าวได้ นอกจากนี้ยังมีการนำเสนอผลของการให้แคลเซียมจากภายนอกเซลล์ ซึ่งสามารถช่วยชีวิตของเซลล์สร้างกระดูกในภาวะเหล็กเกินได้ นำไปสู่แนวทางการพัฒนาใช้แคลเซียมเสริมในการป้องกันการตายของเซลล์สร้างกระดูกในผู้ป่วยที่มีภาวะกระดูกพรุนจากเหล็กเกินได้ในอนาคต

แสดงถึงความเชี่ยวชาญในด้าน : ชีวเคมี / ชีววิทยาระดับโมเลกุล

Reference
Phoaubon S, Lertsuwan K, Teerapornpuntakit J, Charoenphandhu N. Hepcidin induces intestinal calcium uptake while suppressing iron uptake in Caco-2 cells. PLoS One. 2021 Oct 13;16(10):e0258433. doi: 10.1371/journal.pone.0258433. eCollection 2021.