Métabolisme du fer et exploration. Thibault Cavey Laboratoire de Biochimie CHU de Pontchaillou Rennes DFGSM2 01/02/17

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1 Métabolisme du fer et exploration Thibault Cavey Laboratoire de Biochimie CHU de Pontchaillou Rennes DFGSM2 01/02/17

2 Métabolisme du fer

3 Le fer Elément essentiel à la vie : 2 valences principales : Fe 2+ et Fe 3+ Propriétés d oxydo-réduction Cofacteur : Protéines de transport de l oxygène (hémoglobine, myoglobine) Enzymes respiratoires Fer à l état libre : risque de toxicité Formation de radicaux libres stress oxydant toxicité tissulaire Mécanismes de défense : Transport dans le compartiment plasmatique : transferrine Stockage cellulaire : ferritine Enzymes et molécules antioxydantes Régulation fine de son métabolisme +++

4 Distribution du fer Quantité de fer dans l organisme : 3 à 4 g (sujet adulte) Répartition quantitative du fer : Fer fonctionnel : Moelle osseuse : hémoglobine (70%) Muscle : myoglobine (10 à 20%) Fer de transport plasmatique, lié à la transferrine (0,1%) Fer des réserves : Foie et rate : ferritine

5 P Brissot, 2015

6 Apports, absorption et pertes Apport alimentaire : mg/j Absorption : 1 à 2 mg/j fonction des réserves en fer et de l importance de l érythropoïèse duodénum proximal 2 formes : héminique (viandes, poissons) > non héminique (végétaux) par acide ascorbique (vitamine C) = cofacteur du cytochrome duodénal b par tannins, phytates, phosphates, oxalates, antiacides Pertes : 1 à 2 mg/j transpiration, desquamation des cellules cutanées et intestinales, chute des cheveux Absence de régulation de l élimination du fer

7 NC Andrews. Blood, 2008

8 Entérocyte Absorption du fer DMT1 (Divalent-Metal Transporter 1) = transporteur Membrane apicale de l entérocyte duodénal Absorption du fer non héminique absorption du Fe 3+ après réduction en Fe 2+ par une réductase membranaire (cytochrome duodénal b) Absorption d autres métaux : Zn 2+, Cu 2+, Cd 2+, Co 2+, Ni 2+, Pb 2+, Mn 2+

9 Entérocyte Fe 2+ : soit stocké sous forme de ferritine intracellulaire soit transporté vers la membrane basolatérale

10 Ferroportine = exportateur de fer cellulaire Entérocyte Exportation du fer Localisation : membrane basolatérale des entérocytes duodénaux : absorption du fer membrane des macrophages : recyclage du fer des GR sénescents membrane des hépatocytes (?) Céruloplasmine et héphaestine membranaire : oxydation du Fe 2+ en Fe 3+

11 Compartiment plasmatique Transferrine = transporteur du fer plasmatique Bêta globuline synthétisée par le foie 2 sites de liaison liant chacun un atome de Fe 3+ quantité totale de la Tf en corrélation inverse avec les réserves en fer Entérocytes Erythroblastes médullaires Rôles maintien de la solubilité du fer transport et libération dans les tissus par liaison au récepteur TfR1 Macrophages (GR sénescents) Foie

12 Apport tissulaire Récepteur membranaire = récepteur 1 de la transferrine glycoprotéine transmembranaire dimérique (MM = 190 kda), capable de fixer 2 molécules de transferrine présence sur toutes les cellules, à l exception des GR matures : 80% de ces récepteurs localisés sur les cellules de la lignée rouge Internalisation : par endocytose Réduction : du fer libéré en Fe 2+ par une réductase (STEAP3) Transport : par DMT1 à travers la membrane endosomale dans le cytoplasme

13 Apport tissulaire Récepteur soluble de la Transferrine (RsTf) = forme circulante, monomérique de 85 kda par perte de ses domaines cytoplasmique et transmembranaire, par phénomène de clivage protéolytique au cours de la maturation érythroblastique bonne corrélation avec : - le nombre de récepteurs membranaires des précurseurs érythroblastiques - l activité érythropoïétique témoin précoce de la carence martiale

14 Réserves tissulaires en fer Ferritine = principale protéine de stockage du fer synthétisée par le foie et les macrophages localisation : foie, rate et moelle osseuse Constitution : noyau : stockage de 4500 atomes de fer enveloppe protéique = assemblage de 24 chaines polypeptidiques : chaines L (Light) basiques - chaines H (Heavy) acides foie et rate moelle osseuse plasma myocarde placenta cellules tumorales

15 Régulation du métabolisme du fer 1- Au niveau intracellulaire : Entrée du fer dans les cellules : récepteurs de la transferrine Stockage intracellulaire du fer : ferritine Régulation post-transcriptionnelle : en fonction [Fer] intracellulaire Stabilité de certains ARN messagers (système IRE/IRP) Adaptation de l entrée, du stockage et de la mobilisation du fer 2- Systémique : Hepcidine

16 Hepcidine Petit peptide de 20 à 25 aa, synthétisé par le foie Rôles : régulateur du métabolisme du fer +++ Mode d action : liaison à la ferroportine dégradation de la ferroportine : absorption intestinale du fer libération du fer par les macrophages et les hépatocytes dans la circulation du fer sérique

17 Hepcidine Stimuli physiologiques régulant positivement et négativement l expression de l hepcidine :

18 Exploration biologique du métabolisme du fer

19 Ferritine Hémoglobine Bilan martial Fer Transferrine Coefficient de Saturation de la Transferrine (CST)

20 Choix des examens du métabolisme du fer Recommandations de l HAS Suspicion d une carence martiale (hémogramme préalable) Ferritine sérique e intention = carence en fer +++ Si inflammation, IRC ou ferritine sérique non contributive Fer sérique CST Transferrine Fer sérique Ferritine sérique Fer sérique

21 Choix des examens du métabolisme du fer Recommandations de l HAS Suspicion d une surcharge en fer Evaluation initiale (double vérification) Ferritine sérique CST Suivi d un traitement déplétif par saignées (efficacité) Ferritine sérique

22 Précautions : Phase pré-analytique dosage à distance d une inflammation aigue variations nycthémérales du fer sérique et de la saturation de la transferrine : prélèvement le matin à jeun prélèvement à heure fixe en cas de suivi écarts entre les différentes techniques : dosages dans le même laboratoire en cas de suivi Phase pré-analytique : sérum sur tube sec plasma sur tube héparinate de lithium Ne pas utiliser de tubes EDTA, citrate ou oxalate = risque de complexe du fer

23 Fer sérique Méthode chimique par colorimétrie : 3 étapes Dissociation des ions Fe 3+ du complexe transferrine-fer à l aide d acides ou de détergents : ph < 2 complexe transferrine fer apotransferrine + Fe 3+ Réduction des ions Fe 3+ en ions Fe 2+ : ascorbate Fe 3+ Fe 2+ Réaction des ions Fe 2+ conduisant un complexe coloré : Fe 2+ + FerroZine complexe coloré chromogène à haut coefficient d extinction moléculaire

24 Transferrine sérique et coefficient de saturation de la transferrine Transferrine sérique Méthodes immunochimiques Capacité Totale de Saturation de la Transferrine = CTST Capacité Totale de Fixation de la Transferrine = CTFT CTST (µmol/l) = transferrine (g/l) 25 * coefficient 25 : obtenu à partir de la MM de la transferrine (2/ ) où est le PM de la transferrine et 2 le nombre de valences pour le fer Coefficient de Saturation de la Transferrine (CST) CST (%) fer sérique (µmol/l) 100 CTST (µmol/l)

25 Fer sérique & Coefficient de Saturation de la Transferrine (CST) Variations physiologiques : variations nycthémérales chez l enfant et le sujet âgé, chez la femme variations menstruelles : après menstruations

26 Fer sérique & Coefficient de Saturation de la Transferrine (CST) Variations pathologiques : Hyposidérémie et du CST : anémie par carence en fer : carence d apport, malabsorption intestinale, hémorragies, augmentation des besoins anémie chronique : inflammations, infections, hémopathies, cancer Hypersidérémie et du CST : surcharges en fer héréditaires ou secondaires hépatopathies (cytolyse, hépatite, cirrhose, IHC), OH chronique lyses cellulaires : hémolyse, myolyse hémopathies malignes

27 Valeurs usuelles : Fer sérique (µmol/l) Nouveau né, nourrisson Enfant (> 1an) Homme Femme 8 28 Transferrine (g/l) CTF (µmol/l) CST (%) Nouveau-né (0 4j) : 1,6 2,8 (Tietz 2001) Nourrisson enfant (3M 10 ans) 2 4 (SFVB 2001) Adulte (H ou F) 2-3,2 (SFBC 2001 > 60 ans 1,9 3,75 (Tietz 2001) Adulte (H ou F) (SFVB 2001) Enfant (1 an puberté) (SFVB 2001) Nouveau-né : (SFVB 2001) Nourrisson enfant (SFVB 2001) Adulte H (SFVB 2001) Adulte F (SFVB 2001)

28 Ferritine sérique Méthode immunochimique : utilisation d Ac anti-ferritine L Valeurs usuelles : µg/l 0 10 j j mois mois mois Homme Femme Variations physiologiques : absence de variations nycthémérales chez l enfant, la femme en période d activité génitale activité génitale = ménopause =

29 Ferritine sérique Variations pathologiques Hypoferritinémie : carence martiale Hyperferritinémie : syndrome inflammatoire : CRP cytolyse hépatique ou musculaire : ASAT/ALAT, CPK OH chronique syndrome dysmétabolique : lipides, glycémie hyperthyroïdie : T3, T4, TSH fer et CST normaux hémochromatose surcharge en fer secondaire (transfusions) hémolyse confirmée fer et CST

30 Récepteur soluble de la Transferrine (RsTf) Marqueur sensible et précoce de la carence en fer : reflet des besoins en fer des précurseurs de la lignée érythrocytaire = statut en fer fonctionnel Le dosage n est pas affecté par les processus inflammatoires Indications spécifiques : diagnostic d une anémie par carence martiale associée à une maladie chronique (inflammatoire, néoplasique ) évaluation de l efficacité de l érythropoïèse, en cas d anémie, en association avec le taux des réticulocytes

31 Récepteur soluble de la Transferrine (RsTf) Variations pathologiques du RsTf : aplasie médullaire anémie de l IRC surcharge en fer poly transfusion du RsTf : carence en fer inflammation chronique avec carence martiale et ferritine normale ou hémolyses chroniques (AHAI, drépanocytose ) thalassémies anémies mégaloblastiques polyglobulies secondaires

32 Hepcidine : Exploration du bilan martial Secteurs spécialisés Méthodes de dosage : difficulté de mise au point (petit peptide, nombreux ponts disulfures) RIA, LCMS, immuno-enzymatique Fer non lié à la transferrine : = en cas suspicion de surcharge en fer, avec du CST (> %) avidement capté par les cellules parenchymateuses (foie, pancréas, cardiaques) : toxicité par production d espèces radicalaires oxygénées CHF (Concentration Hépatique en Fer) : réalisée sur PBH, dosage par SAA ou ICP-MS (éléments inorganiques)

33 Bilan martial Situations pathologiques

34 Etiologies : carence d apport Anémie par carence martiale malabsorption intestinale : gastrectomie, maladie cœliaque, résection du grêle pertes en fer : saignements chroniques (digestif, gynéco-obstétrique ) augmentation des besoins : grossesse, allaitement Signes cliniques : souvent bien tolérée (installation très progressive) de carence martiale : peu spécifique dystrophie des phanères, peau et muqueuses (perte de cheveux, cheveux secs, ongles cassants ) d anémie : asthénie pâleur cutanéo-muqueuse tachycardie

35 Anémie par carence martiale Signes biologiques : Paramètres Ferritine Transferrine Fer sérique CST (co efficient de saturatio n de la transferrine) Hémoglobine RsTf (Récepteur so luble de la transferrine) Carence martiale temps

36 Anémie inflammatoire ou anémie des maladies chroniques Etiologies : pathologies infectieuses et inflammatoires chroniques pathologies tumorales maladies auto-immunes (lupus, polyarthrite rhumatoïde ) Signes cliniques : souvent bien tolérée (installation progressive et peu profonde) de la maladie inflammatoire (fièvre ) d anémie : asthénie pâleur cutanéo-muqueuse tachycardie

37 Anémie inflammatoire ou anémie des maladies chroniques Signes biologiques : Paramètres Anémie inflammatoire Ferritine ou N Transferrine (ou N) Fer sérique CST (co efficient de saturatio n de la transferrine) Hémoglobine RsTf (Récepteur so luble de la transferrine) N

38 Bilan martial Anémie par carence martiale et anémie inflammatoire Paramètres Carence martiale Anémie inflammatoire Ferritine ou N Transferrine (ou N) Fer sérique CST (co efficient de saturatio n de la transferrine) Hémoglobine RsTf (Récepteur soluble de la transferrine) N

39 Surcharge en fer Surcharges primaires : hémochromatoses De type I = "classique" pathologie autosomique récessive : mutation C282Y du gène HFE prévalence : variable selon les régions (Bretagne +++) 1/300 homozygote Autres formes : mutation des gènes HJV (hémojuvéline) et HAMP (hepcidine) (formes juvénile), TfR2 (récepteur de la transferrine de type 2) synthèse hépatique de l hepcidine (hyperactivité de la ferroportine) Fer et CST

40 Surcharge en fer * fer sérique coefficient de saturation de la transferrine Apparition de fer non lié à la transferrine (lorsque CST > 45%) Captation et accumulation dans certains parenchymes : foie cœur pancréas Surcharge en fer * Surcharges primaires en fer par diminution de la synthèse d hepcidine (mécanisme d hyperactivité de la ferroportine)

41 Surcharge en fer Signes cliniques * : Atteinte générale : asthénie, amaigrissement Atteinte hépatique : cytolyse, hépatomégalie, cirrhose, CHC Atteinte pancréatique : diabète Atteinte cardiaque : troubles du rythme, insuffisance cardiaque Atteinte endocrinienne, ostéo-articulaire, dermatologique * Surcharges primaires en fer par diminution de la synthèse d hepcidine (mécanisme d hyperactivité de la ferroportine) Autres formes : mutation du gène SLC40A1 (ferroportine), acéruloplasminémie congénitale : surcharge en fer par hypoactivité de la ferroportine : Fer et CST N ou

42 Surcharge en fer Surcharges secondaires : Apport excessif en fer : transfusions de culots érythrocytaires Maladies chroniques du foie : OH chronique, hépatites virales, cirrhose Maladies hématologiques : thalassémies, syndrome myélodysplasique

43 Surcharge en fer Signes biologiques : Paramètres Surcharge en fer * Ferritine Transferrine Fer sérique CST (co efficient de saturatio n de la transferrine) RsTf (Récepteur so luble de la transferrine) * Surcharges primaires en fer par diminution de la synthèse d hepcidine (mécanisme d hyperactivité de la ferroportine) et surcharges secondaires