Iron Overloadと鉄キレート療法

第2章　鉄過剰症の病態と診断

• 3 骨髄不全症における輸血依存性鉄過剰症の病態
  • 1.骨髄不全における鉄過剰症の発症機序
  • 2.鉄過剰の骨髄不全における影響

サマリー

　体内の総鉄量の約3分の2はヘム鉄として存在し，鉄の体内動態は閉鎖系に近い状態でリサイクルされているのが特徴である．すなわち骨髄で赤血球産生に鉄が利用され，老廃赤血球を脾臓のマクロファージが貪食・消化することでヘム鉄が捕獲され，この鉄分が骨髄で再利用されている．この鉄の流れが鉄動態の中心的位置を占め，また，余剰な鉄分を体外に積極的に排泄する機構は存在しない．これより，(1)骨髄での赤血球産生の低下自体が鉄動態の停滞をきたし鉄過剰状態に傾くこと，(2)無効造血時には腸管からの鉄吸収が亢進すること，さらには，(3)輸血療法により大量の鉄分が供給されることで，骨髄不全では容易に鉄過剰症をきたす．骨髄異形成症候群では輸血依存が独立した予後不良因子の１つであることも明らかとなった．また，過剰鉄自体が造血能を抑制することも示唆されている．これより輸血依存の骨髄不全症例には積極的なキレート療法による除鉄が推奨される．

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1．体内の鉄動態の閉鎖性

　健常成人の体内の総鉄量は3,000～4,000mgでその約3分の2はヘム鉄として存在する．また，骨髄で産生され循環している赤血球寿命は120日間であることから，恒常性の維持のためには赤血球全体の120分の1量は日々新たに骨髄で産生される．このため1日に20～25mgの鉄が必要となるが，その大半は老廃赤血球を脾臓の組織マクロファージが貪食・消化し，ヘム鉄を再利用することで供給されている．一方，食餌中からの鉄分の吸収はわずか1～2mg/日であり，体外排泄に関しては腸管粘膜剥離による便中排泄，皮膚上皮剥離，汗，尿中への排泄量と合わせると吸収量と同量の排泄が行われており，きわめて微量な鉄の出納により均衡が保たれている（図1）^1,2)．このように，失血による鉄の喪失がない限り鉄代謝は閉鎖系に近い動態を示し，そのなかでも骨髄におけるヘモグロビン合成，すなわち赤血球産生が体内における鉄動態の中心的位置を占める．鉄の吸収・排泄が微量なレベルで調節されている反面，ヘモグロビン合成を中心としたダイナミックな鉄動態が営まれているのは，鉄が赤血球のみならず生体のすべての細胞に必須な微量金属であると同時に，過剰な鉄はフリーラジカルの産生源としての毒性を有することを反映している³⁾．すなわち，過剰に鉄を取り込まない機構と生体の維持に不可欠な鉄をなるべく体外に排泄しない機構が共存しているといえよう．一方，骨髄異形成症候群（MDS）や再生不良性貧血などの骨髄不全の病態では，鉄動態の主流であるヘモグロビン合成が停滞することで鉄過剰状態に傾く．また，後述するように無効造血のきたすMDSでは腸管からの鉄吸収が亢進し⁴⁾，さらには輸血療法により大量の鉄分が供給される．このように，過剰な鉄を排除する機構を有さない生体の半閉鎖系の鉄動態の特徴から，骨髄不全症では鉄過剰症を容易に発症しやすい（図2）．

体内全体の鉄量は3,000～4,000mgとされ，その約3分の2はヘム鉄として存在する．腸管から吸収される鉄量はわずか1～2mg/日であり，一方，排泄量も1～2mg/日と微量な出納で維持されている．

2．無効造血時における腸管からの鉄吸収の亢進

　無効造血をきたすMDSでは骨髄での赤血球産生に伴う鉄利用の亢進により，腸管からの鉄吸収の亢進が予想され，これも鉄過剰症の発症に関与していると考えられている．実際，一部の不応性貧血（refractory anemia；RA）の診断時の血清フェリチン値は輸血未施行の状態でも上昇している⁴⁾．
　食餌中の鉄の吸収はヘム鉄，非ヘム鉄を問わず十二指腸で行われる（図1）．Fe³⁺は上皮細胞表面の鉄還元酵素duodenal cytochrome b（Dcytb）によりFe²⁺に還元され二価金属のトランスポーター蛋白DMT‐1（divalent metal transporter‐1）を通過して上皮細胞内に取り込まれる（DMT‐1はFe²⁺のみを透過し，Fe³⁺は透過しない）⁵⁾．一方，ヘム鉄はポルフィリン環のままHCP1と呼ばれるトランスポーターを介して取り込まれる．腸管上皮細胞の基底側にはferroportin 1（FPN‐1）と呼ばれるエクスポーター蛋白が存在し，Fe²⁺を血中に放出している^6,7)．FPN‐1と共役して働くhephaestin（Hp）という鉄酸化酵素の作用によりFe²⁺はトランスフェリンに結合できるFe³⁺に酸化され，トランスフェリン鉄として全身に供給される⁸⁾．いったん，吸収された鉄の大部分は15秒以内で門脈に達する．トランスフェリンと結合した鉄は前述のとおり骨髄中の赤芽球にトランスフェリン受容体を介して結合し，細胞内に取り込まれヘム合成に利用されるが，一部は肝，脾臓を中心とする実質臓器にフェリチン蛋白内に貯蔵される．
　無効造血をきたすサラセミアと溶血性貧血をきたす遺伝性球状赤血球症との比較では，両疾患ともに骨髄での赤芽球産生の亢進を反映する血漿鉄消失時間は健常成人に比較して短縮しているものの，鉄の腸管吸収はサラセミアでは健常人に比較して約10倍に，遺伝性赤血球症の8.5倍に増加上昇していた⁴⁾．腸管からの鉄吸収は単に骨髄での赤芽球形成のみに依存しているのではなく，骨髄内溶血（無効造血）が関与していることが示唆されている．この現象において，いかなる分子機構が関与しているかは明確ではない．サラセミアのモデルマウスでは，鉄過剰状態に傾いているにもかかわらず，肝臓におけるヘプシジンのmRNA発現が低下し，蛋白発現量も正常マウスに比較して低下している⁹⁾．ヘプシジンは肝で産生されるペプチドホルモンで，腸管からの鉄吸収と網内系からの鉄の放出を抑制する負の調節因子として機能している¹⁰⁾．したがって，ヘプシジンの低下は，通常は骨髄における赤芽球増殖の亢進時，例えば低酸素状態，出血，エリスロポエチンの投与時などで認められる¹¹⁾．このようなサラセミアにおけるヘプシジン発現量の低下は，腸管からの鉄吸収の亢進状態の機序のひとつと考えられている．一方，MDS RA症例の腸管における鉄吸収率の実際の成績はないが，無効造血が亢進しているRAの病態ではサラセミアと同様に鉄吸収の亢進をきたしていると予想される．

3．輸血による鉄過剰症と臓器障害

　赤血球輸血1単位あたり約100～125mgの鉄が含まれている．輸血依存症例で，仮に10日～2週間に1回の頻度で慢性的に赤血球輸血を必要とする患者では，1日あたり平均30～35mgの鉄が過剰に蓄積されていく¹²⁾．輸血により輸注された赤血球は，その後老廃赤血球となりマクロファージで貪食され，ヘム鉄も分解されてFe³⁺となり，血漿中のトランスフェリンと結合することにより循環系へと戻る．しかし，トランスフェリンが飽和状態の場合には，非トランスフェリン結合鉄（non‐transferrin‐bound iron；NTBI）として迅速に肝やほかの実質臓器に取り込まれる¹³⁾．
　ここで，個々の細胞レベルの鉄代謝に着目すると，細胞内の遊離鉄イオンはクエン酸やATPと結合して低分子鉄複合体を形成する．通常，余剰の鉄はフェリチン分子の殻内に貯蔵されるが，一部はFe ²⁺，Fe³⁺などの自由鉄として存在し，ヘムや含鉄酵素に必須な金属としての役割を果たす．しかし，余剰な自由鉄の存在はラジカル産生を増強させ細胞毒として働くため，通常フェリチン内に捕獲・隔離され，その濃度はきわめて低くなるように調節されている¹⁴⁾．しかし，過剰量の鉄が細胞内に負荷されると，この中和機能では不十分となり細胞内自由鉄が増加する．自由鉄は遷移金属元素であることから酸素や過酸化水素と反応し，活性酸素種（reactive oxygen species；ROS）を生成する．余剰の自由鉄により産生されるROSはリソソーム膜，細胞膜，核膜，ミトコンドリア膜などを傷害するほか，蛋白，核酸に働いてこれらを変性，切断することで細胞毒性を発揮する¹⁵⁾．特にFe²⁺はH₂O₂とのフェントン反応により1電子が授与され，Fe³⁺とOH^-＋・OHが生成される．・OH（ヒドロキシラジカル）は最も毒性の強いフリーラジカルでDNAの変異を惹起する．また，脂質は・OHにより電子を奪われ，脂質ラジカル（L・）を生成する．このラジカルはさらに連鎖的脂質酸化反応を促進し，さらなる脂質ペルオキシラジカル（LOO・），過酸化脂質（lipid peroxidation；LOOH）を誘導し，これらがリソソーム膜を傷害する．これより細胞内消化を司る小器官であるリソソームから各種加水分解酵素が細胞内に漏出され細胞死が誘導される．また，過酸化脂質はtransforming growth factor β₁（TGF‐β₁）の産生を亢進し，各臓器の線維化を促す（図3）¹⁶⁾．
　輸血依存症例では，累積輸血量が増加するにつれて肝臓の線維化，心筋線維の変性，心肥大，糖尿病，皮膚の色素沈着，性腺機能障害などが起こってくる．1,146例にのぼるサラセミア患者の調査では，死亡症例248例の直接死因は71％が心不全で，6％が肝不全であった¹⁷⁾．また，476例のMDSにおいて，急性白血病化への移行を除いた死因の51％は心不全であった¹⁸⁾．これより長期輸血による二次性ヘモクロマトーシスにおいて，患者の生命予後に最も影響を及ぼすのは，心臓への鉄沈着であると考えられる¹⁹⁾．通常，肝臓における含鉄量は乾燥重量1gあたり1.2mg以下であるが，赤血球輸血により含鉄量が7mg以上になると鉄過剰による肝臓の線維化や糖尿病の発症頻度が高くなる．累積輸血量が35単位を超えると乾燥重量1gあたり7mgの鉄の沈着が肝臓で認められる．また，15mg以上では心不全による死亡率が急激に増加する²⁰⁾．一方，Shaferらはサラセミアを除く輸血依存の成人血液疾患患者15例（鉄芽球性貧血5例，赤芽球癆3例，再生不良性貧血3例，不応性貧血2例，骨髄線維症2例）を対象に鉄過剰症に関する調査を行った²¹⁾．輸血開始後4年以内に鉄過剰状態が観察され，輸血量は平均120単位（60～210単位）．うち10名の患者に肝臓生検が行われ，正常者の7倍から26倍量の鉄沈着と門脈領域の巣状の線維化を認めた．しかし，左心室機能の低下は一部の大量輸血を受けた冠動脈病変合併例に留まった．5例すべてにおいて耐糖能の低下を認め，下垂体機能の低下を伴った症例が12例中10例に認められた．これらの症例の鉄沈着の病理組織像は特発性ヘモクロマトーシスのものときわめて類似していた．Takatokuらは本邦における輸血療法依存の鉄過剰症292例（MDS152例，再生不良性貧血90例，赤芽球癆15例，骨髄線維症13例，その他28例）の後方視調査を行った．平均輸血量は61.5単位で，うち75例の死亡例において心不全が24％，肝不全が6.7％で，これらの死亡例の97％で血清フェリチン値が1,000ng/mL以上であった²²⁾．

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1．MDSにおける予後不良因子としての鉄過剰症

　骨髄不全で長期的な輸血療法を必要とする症例では，サラセミアと同様に輸血による二次性ヘモクロマトーシスによる臓器障害が生命予後に影響すると考えられている．近年，MDSでも輸血依存が独立した予後不良因子であることが明らかとなった²²⁾．
　Cazzolaらは37例の鉄芽球性貧血において輸血依存例の予後は非依存症例に比較して有意に短縮していることを報告した²³⁾．また，イタリアのグループによるMDS 476例の解析では，輸血依存症例では輸血量に依存して生存期間の短縮ならびに白血病移行率が高いことが報告されている²⁴⁾．特にRA症例ではほかのMDS病型に比較して，輸血量，血清フェリチン値と生存期間に強い負の相関が認められた（図4A, B）．これはRA症例の中央生存期間が100カ月以上と比較的長期間にわたり，輸血依存症例では累積輸血量が増加することと関連していると思われる．その後これらの症例をMDSのWHO分類に従って層別化を行い，各群における予後因子解析を行った結果でも，輸血依存の有無は独立した予後不良因子として挙げられた¹⁸⁾．急性白血病移行で死亡した症例を除くと心不全（51％），感染症（31％），出血（8％），肝硬変（8％）が直接の死因となる．特に輸血依存症例では心不全死が50カ月の観察期間において有意に高い⁴⁾．MDSの予後因子のなかでは，染色体異常を示す核型の比重が大きいことが知られている．しかし，MDSのInternational Prognostic Scoring System（IPSS）²⁵⁾による染色体核型の(1)予後良好群，(2)中間群，(3)不良群，の各3群においても輸血依存例は非依存例に比較して生存期間の短縮がみられた¹⁸⁾．これをふまえてMDSの予後因子として，(1)芽球比率，(2)染色体異常，(3)輸血量依存性に着目し，(1)の芽球比率に関してはWHO分類の病型を採用し，各予後予測因子の重みづけをイタリアとドイツのグループとで共同で行い，新たな予後予測のスコアリングスシステム（WPSS）が作成された²⁶⁾．3つの変数のスコアを合計することにより，5つのリスク群：very low（score 0），low（1），intermediate（2），high（3～4），very high（5～6）に層別化され，各群の生存期間の中央値はそれぞれ表1に示す通りである²⁶⁾．
　また，骨髄破壊的前処置を伴う同種造血幹細胞移植症例においても，移植前の血清フェリチン値はその後の移植成績に大きく影響することがArmandらによる後方視解析で示されている²⁷⁾．単施設内の590症例において鉄過剰で骨髄破壊的前処置により移植に臨んだ場合には，治療関連死，肝中心静脈閉塞症（veno‐occlusive disease；VOD）の発症頻度が有意に高くなり，全生存期間と無病生存期間の短縮にも反映される．これらの成績は，鉄過剰症を合併する造血器疾患においては，移植前の積極的な除鉄療法を支持する成績でもある．

A：WHO分類に応じて診断されたMDS426例における輸血必要量（単位/4週）と生存期間．
U PRC：1U PRC＝日本の2単位に相当．
B：輸血依存例における血清フェリチン（sFerr）値と生存期間．
上段：RA/RARS/5q‐.
下段：RCMD（refractory cytopenia with multilineage dysplasia）/RCMD‐RS（RCMD with ringed sideroblasts）.
（文献18より一部改変引用）

表1　WHO分類に基づいたMDS予後スコアリングシステム（WPSS）

変数	0	1	2	3
WHO分類	RA，RARS，5q‐	RCMD，RCMD‐RS	RAEB‐1	RAEB‐2
核型*	Good	Intermediate	Poor	―
輸血依存性**	No	Regular	―

＊：Good：正常，‐Y，del （5q），del （20q），Poor：complex，chromosome 7 anomalies，Intermediate：その他の異常．
＊＊：4カ月間で，少なくとも8週に1度の輸血が必要．

スコアの合計	0	1	2	3～4	5～6
グループ	very low	low	intermediate	high	very high
生存期間中央値（月）	136	63	44	19	8

（文献26より改変引用）

2．鉄過剰による造血抑制

　過剰鉄自体の造血能への影響に関しては不明な点が多い．Jensenらは除鉄のためのキレート療法を継続することでMDSにおける血球減少が回復することを報告している^28,29)．MDS11例（RA6例，RARS2例，RAEB2例，MDS‐AML1例）にデフェロキサミンの投与を最大60カ月間にわたり継続した結果，64％（11例中7例）で貧血の改善を認め，46％で輸血療法から離脱可能となった（図5）．この効果は貧血の改善に留まらず血小板減少の改善が64％（11例中7例）で，好中球数の上昇が78％（9例中7例）で観察された．また，血球減少が回復した症例では，造血能の指標のひとつである血清トランスフェリン受容体濃度³⁰⁾が上昇したことからも骨髄造血能の回復が示唆される²⁹⁾．有効な除鉄効果が得られ，かつ，長期に継続した場合には造血能の回復につながることを示している．このことは逆に，鉄過剰状態が造血能の低下に直接あるいは間接的に関与しているともいえる．しかし，現時点ではその機序を明確に説明できるデータはない．
　RARSの造血前駆細胞内ではミトコンドリアフェリチンが過剰に発現しており，赤芽球系への分化を誘導するGATA‐1転写因子の発現が低下している．さらにはミトコンドリアフェリチンの過剰発現はproapoptoticに働くチトクロームc，Bid，BaxのmRNAの発現増強と連動しており，赤血球系への分化の阻害とアポトーシス誘導に関与していることが示されている³¹⁾．ヘム合成障害により使用されない余剰な鉄がミトコンドリアフェリチンとして蓄積し，これが血球のアポトーシス誘導による無効造血に関連していることを示唆している．また，トランスフェリン非結合鉄の増加は過酸化脂質の増加を誘導し，骨髄中の単核球のアポトーシスを亢進させる³²⁾．Hep3B細胞にデフェロキサミンを添加培養すると，エリスロポエチンのプロモーター活性を制御するHIF‐1（hypoxia‐inducible factor 1）の発現を誘導し，エリスロポエチン産生を亢進させることも報告されている³³⁾．腎不全による透析患者において，デフェロキサミンの投与はエリスロポエチンによる貧血改善効果を増強する効果も報告されている³⁴⁾．また，MDS7例中5例でデフェロキサミン（1～4g）投与後12時間で血清中のエリスロポエチン濃度の有意な上昇を認めた．ただし，このエリスロポエチン上昇の反応性とその後のデフェロキサミン長期投与による血球減少改善効果には相関を認めなかった²⁹⁾．
　これら一連の成績は，過剰の鉄が造血抑制に直接的あるいは間接的に関与し，キレート療法による除鉄が造血能の回復に寄与することを示唆している．

輸血依存のMDS11例に対してデフェロキサミンの長期投与を行った．
（文献29より一部改変引用）

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• 4　遺伝性ヘモクロマトーシスにおける鉄過剰症の影響／林　久男，巽　康彰，服部亜衣

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