クロロキン/ヒドロキシクロロキンと鉄代謝
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1043661820312123
Sar-Cov-2感染に鉄の役割はあるのか？
鉄はすべての生物にとって必須の元素である。これは、その酸化還元電位に起因しており、エネルギー生産、DNA複製、転写などの重要な細胞機能に関与するいくつかのタンパク質や酵素の必須補酵素となっている。
ほとんどのウイルスでさえ、ゲノムを複製し、機能的なウイルスタンパク質の翻訳のためのmRNAを生成するために宿主の代謝装置を必要とするため、鉄を必要としている[2]。したがって、細胞内の鉄の補充はウイルスの複製と拡散を促進するが、鉄欠乏はウイルスのライフサイクルを妨げる可能性がある。
感染症や炎症時には、貧血が頻繁に観察され、プロ炎症性サイトカインによって引き起こされる。それらの中には、ＩＬ-１β、ＴＮＦ-αおよびＩＬ-６のように鉄の恒常性に直接影響を与えるものがある。
ヘプシジン
これらのサイトカイン、主にＩＬ-６の放出は、主に肝細胞によって産生され、血流中に放出されて全身の鉄の恒常性を調節する鉄調節ホルモンであるヘプシジン（ＨＡＭＰ）のアップレギュレーションをもたらす。全身のヘプシジンは、フェロポーチン1（FPN1）を介した細胞の鉄の輸出を阻害し、その結果、腸管の鉄吸収が減少し、肝細胞およびマクロファージにおける鉄の滞留が増加し、最終的には感染症/炎症による貧血を引き起こす 。
肝細胞以外のいくつかの細胞は、自己分泌および副分泌分子として作用し、局所的な鉄のホメオスタシスを調節するヘプシジンを産生および放出することが実証されている[6]。リンパ球、単球、マクロファージ（肺胞マクロファージを含む）などの免疫系の細胞だけでなく、気道上皮細胞も感染や炎症の際にヘプシジンを産生し、潜在的に肺損傷に寄与することが実証されている。
ヘプシジンはまた、自然免疫に関与するペプチドであり、急性期タンパク質でもある。さらに、トランスフェリン（Tf）、ラクトフェリン（LF）、フェリチン（FT）、ハプトグロビン（HP）、ヘモペキシン（HPX）のような急性期の鉄関連タンパク質は、ウイルス感染によって調節され、抗ウイルス宿主防御における鉄の重要な役割がさらに強調されている。
鉄代謝の役割は、いくつかのヒトウイルス感染症で徹底的に調査されている。このトピックに関する広範なレビューおよび全身および細胞性鉄代謝の詳細については、[[2] [3] [4]]を参照されたい。
クロロキンの鉄代謝調節
クロロキン/ヒドロキシクロロキンは鉄代謝を調節し、様々なレベルで鉄の恒常性を損なうことが示されている[02]、およびIL-6、IL-1βおよびTNF-αのような炎症性サイトカインを減少させることが示されている。ここでは、細胞内鉄輸送に対するクロロキン/ヒドロキシクロロキンの作用、および細胞および全身の鉄代謝への影響に関するより印象的な証拠をまとめる。
さらに、現在COVID-19の治療に使用されているこれらの薬剤の代替的な作用機序を提案する。それは、局所的および／または全身的な鉄代謝への干渉を介して作用し、ウイルスクリアランスに関与する感染細胞および／または免疫細胞におけるこの必須要素を制限し、ウイルス細胞周期に作用する可能性がある（Fig.
クロロキン/ヒドロキシクロロキンは細胞性鉄枯渇を誘発する可能性がある
Sars-Cov-2複製の潜在的な阻害
いくつかの実験モデルにおいて、クロロキンは細胞内への鉄の侵入を制限することが示されている。真核生物モデルであるSaccharomyces cerevisiaeでは、クロロキンは鉄の取り込みを阻害し、鉄の侵入を競合的に阻害し、鉄飢餓を誘発する。
鉄の取り込みに関与する遺伝子をノックアウトすることによって、または鉄キレート剤を使用することによって、鉄欠乏した酵母は、クロロキンに対する感受性の増加を示している。
トランスフェリン
哺乳類細胞では、クロロキンはTf/トランスフェリン受容体1（TFR1）複合体のエンドサイトーシスを阻害することで同様の効果を示す。
クロロキンによる細胞によるトランスフェリンの取り込み阻害の最初の証拠は、培養ラット胚線維芽細胞で得られた。トランスフェリンは主な血漿中鉄運搬体であり、この補酵素を酸化還元不活性状態に維持することで、人体のほとんどの細胞に鉄を分配している。トランスフェリンは2つのFe3+を強固に結合している。
ほとんどの種類の細胞の形質膜上に位置するトランスフェリン受容体1は、CMEを介してTfを内膜小胞に結合・内包している。
上述したように、クロロキンは、治療したマウスのマクロファージにおけるPICALM発現を低下させることが実証されている[15]。
このユビキタスに発現するタンパク質はCMEに関与しており、その欠乏はマウスでは貧血や鉄代謝異常を引き起こし、マウス胚性線維芽細胞では表面TFR1発現の増加と細胞内鉄濃度の低下を伴う鉄飢餓を引き起こすことが実証されている。
その後、クロロキン/ヒドロキシクロロキン処理は、Tf/TFR1複合体の取り込み阻害と細胞内鉄枯渇をもたらす可能性がある。
低pHで刺激されるDMT1を介した鉄輸送
クロロキン/ヒドロキシクロロキンは、その塩基性の性質により、内分泌小胞のpHを上昇させ、内分泌小胞内でのトランスフェリンからの鉄の除去を阻害する可能性がある。
DMT1を介した鉄輸送はpH依存性であり、低pHで刺激される。DMT1は確かにH+/Fe2+シンポーターであり、エンドソームから細胞質へ鉄を輸送するための駆動力としてプロトン電気化学的な電位勾配を必要としる。TRPML1/MCOLN1は、Ca2+、Na+、K+などの様々な陽イオンに透過する非選択的なチャネルであり、Fe2+を輸送することも可能である。
TRPML1/MCOLN1は、主に後期エンドソームやリソソソームに局在し、これらの小胞の酸性環境がこのチャネルを活性化し、内腔から細胞質へのカチオンの放出を促しる。また、クロロキン/ヒドロキシクロロキンはエンドソームから細胞質への鉄の放出を抑制することも可能である。
クロロキン/ヒドロキシクロロキンのアルカリ化特性は、エンドソーム/リソソーム融合を阻害し、オートファジーフラックスを阻害するために広く利用されてきた[5]。FTは、使用されるまでの間、鉄を細胞内で非反応性の形でコンパートメント化する主要な鉄貯蔵細胞タンパク質である。
フェリチノファジー
FTからの鉄放出は、主にフェリチノファジーと呼ばれる選択的なリソソーム-オートファジー経路によるタンパク質分解を介して起こるが、これはクロロキンによって阻害される。
さらに、DMT1およびTRPML1は、フェリチノファジーからの鉄の放出に関与しており、オートファジー小胞に捕捉されており、上述のように、両方ともチャネル機能のために酸性環境を必要としている。
上述のすべてのステップは、細胞の鉄枯渇をもたらす。この条件はSars-Cov-2のライフサイクルに影響を与える可能性がありるが、現在のところこの新しいパンデミック感染症では実験的な証拠はないが、この方向での研究を示唆している。
Sars-Cov-2は、主に血管内皮、消化器系、心臓、腎臓、筋肉、皮膚、気管支、肺肺胞上皮細胞など、ヒトの体内で広く発現しているACE2受容体を介して細胞に侵入する。すべてのヒト細胞、そしてSars-Cov-2標的細胞において、鉄は、生体エネルギー、細胞増殖、核酸合成に関与するいくつかの重要なタンパク質の補因子であり、すべてのウイルスは、それらのタンパク質を複製し、合成するために細胞の代謝装置を必要としている。
ウイルス感染による細胞内への鉄取り込みの増加
いくつかのウイルス感染は、細胞内の鉄の取り込みを増加させることが示されており、ウイルスの細胞周期に対する鉄飢餓の抑制効果は、ヒト欠損ウイルス1（HIV-1）、C型肝炎ウイルス（HCV）、ヒトサイトメガロウイルス（HCMV）[4]のような多数のヒトウイルスにおいて、実際に徹底的に実証されている。細胞内の鉄の取り込みとFT合成の増加は、興味深いことに、コロナウイルス科のメンバーであるマウス肝炎ウイルス3型（MHV-3）に感染したマウスの肝臓で実証されている。
クロロキン/ヒドロキシクロロキンは細胞性鉄飢餓を誘導する可能性がある
自然免疫応答と適応免疫応答の潜在的な有益な変調
クロロキン/ヒドロキシクロロキンによって誘導された鉄飢餓状態によって提起された第二の重要な点は、ウイルスに対する自然免疫応答および適応免疫応答に関与する免疫細胞への影響である。体内のすべての細胞と同様に、免疫細胞も適切な機能を発揮し、その活性化と増殖のために鉄を必要とする。
鉄が過剰になると、しばしば、ヘモクロマトーシス（HH）やタラセミアの患者で観察されるように、感染症に対する免疫応答が障害されることがある。過剰または調節不能な免疫応答は、COVID-19 や他のコロナウイルスによる疾患の発症において特に重要である 。
自然免疫細胞および適応免疫細胞の直接感染は、いくつかのコロナウイルス感染症において記述されているが、鉄の枯渇もまた、これらの感染症を抑制する可能性がある。
常駐マクロファージは、インターフェロン-γ（IFN-γ）およびTNF-αによって誘導される古典的に活性化された炎症性プロマクロファージ（M1）、またはインターロイキン-4（IL-4）および13（IL-13）刺激の下で、病原体クリアランス、組織修復および炎症の軽減に関与する交互に活性化されたマクロファージ（M2）のサイトカインの刺激の下で分極することができる。
M2マクロファージは鉄のレベルが低いのに対し、M1マクロファージは鉄を保持し、高レベルのプロ炎症性サイトカインを分泌し、病原体を殺すために大量のラジカルを産生し、鉄の出口を最小限に抑えるために自己分泌的に作用するHAMPを産生することを特徴としている。
マクロファージにおける鉄沈着の増加は、M2状態への不完全なスイッチのために、M1分極とプロ炎症状態の持続を誘導することが示されている。マクロファージにおける鉄の保持は、その後、それらの感染の場合には細胞内ウイルスのライフサイクルを有利にし、炎症のプロセスをさらに促進する可能性があり、一方、鉄の飢餓は反対の効果をもたらす可能性がある。さらに、マクロファージにおける鉄過剰は、他の微生物との二次感染を有利にする。
クロロキンの慢性投与は、ラットモデルにおいて鉄含有量を減少させることが示されている。Legssyerらは、クロロキンがコントロール、鉄負荷および鉄欠乏ラットの肝臓、コントロールおよび鉄負荷動物の脾臓、そして重要なことに、鉄負荷ラットの肺胞マクロファージにおける鉄含量を減少させることを示した。
このことから、クロロキンは、感染細胞だけでなくマクロファージでも鉄の利用可能性を制限し、炎症を抑制することで、特に鉄過剰症に伴う感染症を予防する可能性があることが示唆された。しかし、ヘモクロマトーシス遺伝子（HFE）のヘテロ接合性およびホモ接合性の変異は、ポルフィリア・カタネア・ターダにおける鉄除去のクロロキン効果を低下させる。
また、マウスモデルにおいても、クロロキンは、マクロファージ浸潤、貪食機能、サイトカイン産生を減少させ、FT、乳酸脱水素酵素、トリグリセリドレベルを減少させることにより、プリスタンによって誘導されるマクロファージ活性化症候群（血球貪食症候群）を減少させることが示されている。
免疫細胞の増殖・活性化には鉄が必要であるが、過剰な鉄はAPCによる抗原処理・提示障害、CD4+細胞の抑制とCD4+/CD8+リンパ球比の変化、循環免疫グロブリン産生B細胞の増加、ナチュラルキラー（NK）細胞の溶解効率の低下、補体活性化の障害なども報告されており、鉄欠乏はT細胞に対する免疫抑制効果がある。したがって、クロロキン/ヒドロキシクロロキン治療は、鉄の恒常性への作用を介して、Sars-Cov-2に対する適応応答の調節にも広範な役割を果たしている可能性がある。
クロロキン/ヒドロキシクロロキンはIL-1β、TNF-α、IL-6遊離を減少させる可能性がある
局所および全身のHAMP遊離の潜在的な減少
強調すべき第三の重要な点は、クロロキン/ヒドロキシクロロキンのIL-1β、TNF-αおよびIL-6遊離に対する阻害作用に由来する。
まず、TNF-αは鉄の恒常性に作用し、腸管鉄吸収を減少させ、マクロファージからの鉄のリサイクルを阻害し、これらの細胞における鉄の滞留とM1プロ炎症性表現型への分極を誘導する。逆に、クロロキンは細胞鉄飢餓の誘導を介してTNF-αの作用も阻害する[40]。
次に、クロロキン/ヒドロキシクロロキンによるサイトカインの阻害は、鉄のホメオスタシスにも作用し、炎症を緩和し、バランスのとれた全身の鉄のホメオスタシスを回復し、赤血球造血を救うことができる。
第二に、上記のようにIL-1β、TNF-α、IL-6は、HAMPの全身および局所放出を誘導する。鉄は生命に不可欠であるが、過剰な鉄は、その酸化還元電位のために、酸化ストレスが重要な細胞構成要素にダメージを与えるのを妨げる可能性があるため、毒性がある。鉄の利用可能性は、その後、細胞レベルと全身レベルの両方で厳密に制御されている[[2] [3] [4] 01]。
主な全身性調節因子はヘプシジンである。このホルモンペプチドは主に肝臓で産生され、鉄負荷がその発現を誘導する一方で鉄欠乏がその発現を阻害するような方法で、骨形態形成/小母抗デカペンタプレギー(BMP/SMAD)経路を介して循環および組織鉄レベルによって制御され、主にマクロファージおよび肝細胞による腸内鉄吸収および鉄の保持/放出に作用する。
ヘプシジンの発現は、低酸素やエリスロフェロン（ERFE）を介したエリスロポエチン（EPO）によってもダウンレギュレーションされ、赤血球造血のための鉄の動員を可能にしるが、炎症によってアップレギュレーションされる。
IL-6は、BMP/SMAD経路と関連したJAK/STAT3経路を介して、炎症時にHAMPを誘導する主なシグナルであるが、IL-1βおよびTNF-αもHAMP調節に直接的な役割を持つ[29]。
上述のように、クロロキン/ヒドロキシクロロキンは、肺胞マクロファージにおける鉄の飢餓を誘導する細胞鉄を阻害するだけでなく、その後、おそらくM2抗炎症状態への切り替えをもたらすだけでなく、IL-6、IL-1βおよびTNF-αの放出を阻害し、おそらくマクロファージによる局所的なHAMP放出を減少させる。
この減少は、これらの細胞における鉄の保持をさらに減少させる結果となり、炎症の解決に向けた方向性を示すことができる。さらに、サイトカインの減少は、腸管鉄吸収の増加を介して、感染症の貧血を改善する可能性のある全身的なHAMPの減少をもたらす可能性がある。
興味深いことに、EPO治療は最近、COVID-19の重篤な症状を減衰させることが発見されている一方で、インシリコモデルを通して、Sars-Cov-2は、ポルフィリンからヘム解離鉄を結合する可能性があることが発見されている。
クロロキン/ヒドロキシクロロキン治療は、サイトカインやHAMPの放出を減少させ、感染症や血栓症の貧血を回復させる可能性がある。
血小板症を呈する鉄欠乏性貧血患者の2倍の血栓症リスク
鉄欠乏性貧血（IDA）により誘発される血小板症と血栓性イベントとの間には多くの研究がある 。最近の研究では、血小板症を呈する鉄欠乏性貧血患者は、血小板数が正常な鉄欠乏性貧血患者と比較して、血栓症のリスクが2倍に増加していることが証明されている。
興味深いことに、重症のCOVID-19肺炎患者は非重症のCOVID-19肺炎患者と比較して血小板数が高いようであり、この増加は生存しているCOVID-19患者と比較して非生存者の間でより明らかである。
鉄欠乏が血栓性に及ぼす影響を動物モデルで明らかにするために、鉄欠乏食を与えたスプラague-Dawleyラットと通常食を対照として血栓症を誘導した。その結果、鉄欠乏は血小板減少を誘導し、血小板数は血栓の大きさに比例して増加した。
また、血小板の接着性や凝集性も低下した。このモデルで得られたデータを考慮して、著者らは、COVID-19患者にみられるように、肝臓、脾臓、マクロファージでのヘプシジン介在性鉄隔離による炎症性貧血は、機能的鉄欠乏症（ID）と考えられ、この状態に罹患した患者は、血栓症のリスクが高い患者として治療すべきであると結論づけた。
クロロキンに関する結論
結論として、抗ウイルス薬、抗炎症薬、抗血栓薬としてのクロロキンおよびヒドロキシクロロキンの複合作用は、局所および全身レベルでの鉄の恒常性への作用にも厳密に関連している可能性がある。
興味深いことに、Dダイマーレベルが著しく上昇したCOVID-19患者の治療に頻繁に使用される別の一般的な薬剤は、ヘパリンである。クロロキンやヒドロキシクロロキンと同様に、ヘパリンは、Jecko Thachil [35]によって定義されているように、抗凝固剤、抗炎症剤、抗ウイルス剤としての作用が考えられるため、汎用性の高い薬物である。
クロロキン/ヒドロキシクロロキンと同様に、ヘパリンも鉄代謝を調節することが実証されていることは興味深い。この抗血栓薬は実際に、ヒトマクロファージにおけるヘプシジンの発現を阻害し、FPN1の血漿膜発現を増加させ、鉄の輸出を促進して細胞の鉄飢餓を引き起こすことが実証されている。
これらの証拠はすべて、Sars-Cov-2感染症における鉄の役割の可能性を示唆しており、将来の基礎研究および臨床研究で探究されるであろうし、他のヒト感染症に対して提案されているCOVID-19治療の潜在的なターゲットとしても考慮される[[2] [3] [4]。
COVID-19の補助治療としての鉄キレーションは臨床転帰を改善できるか？
link.springer.com/article/10.1007%2Fs00228-020-02942-9
最近のバイオインフォマティクス研究により、コロナウイルス疾患2019（COVID-19）の重要な病原性の一つは、新規コロナウイルス（SARS-CoV-2）によるヘモグロビン分子の直接的な損傷を介してであることが示された[1]。
ヘモグロビン分子は、2本のβ鎖と2本のα鎖という4つのグロブリンサブユニットで構成されている[1]。各サブユニットは、鉄とポルフィリンという2つの主成分を持つヘムに結合している [1]。SARS-CoV-2はヘモグロブリンのβ鎖の1つを攻撃し、ヘムから鉄の解離を引き起こす [1]。
これは体内の遊離鉄レベルの上昇をもたらし、これがCOVID-19患者のほとんどが非常に高いフェリチンレベルを持つ理由を説明することができる[2]。この研究の結果は完全には検証されていないが、COVID-19の病態の複数の側面を説明できるかもしれない。
体内の鉄レベルの上昇は活性酸素を発生させ、酸化ストレスと肺へのダメージを引き起こし、その後の肺線維化と肺機能の低下につながる[3, 4]。鉄分過多はウイルスの複製を増加させ、これが感染の重症度に関与している可能性があることを示す証拠がある[5]。
SARS-CoV-2に感染すると、びまん性の内皮炎症を引き起こし、広範囲の微小血管血栓症、臓器虚血、多臓器不全を引き起こする[6]。興味深いことに、鉄はIL-6などの内皮炎症性サイトカインの放出を誘導することで同様の効果があることが試験管内試験（in vitro）試験で示された[7]。
鉄キレート効果により、デフェロキサミンは血清および体組織中の鉄の利用可能性を減少させ、COVID-19感染後の肺損傷および線維化を予防する可能性がある。
試験管内試験（in vitro）での研究では、デフェロキサミンはHIV-1などのいくつかのRNAウイルスのウイルス複製レベルを低下させることが示された。
さらに、デフェロキサミンを抗ウイルス剤と併用することで、ウイルスの複製周期を減少させる相乗効果が得られた[8]。このことは、デフェロキサミンが抗ウイルス薬との併用でCOVID-19の治療に有益であることを示唆している可能性がある。
さらに、デフェロキサミンは試験管内試験（in vitro）でIL-6と内皮炎症のレベルを低下させ、内皮炎症は多臓器障害や不全につながる重要な因子の一つであるため、COVID-19感染の重症度を低下させる可能性がある[7]。
興味深いことに、デフェロキサミンには免疫調節効果がある。デフェロキサミンは、B細胞のアップレギュレーションを誘導し、中和抗体価を上昇させることで、感染マウスのエンテロウイルス感染に対する免疫応答を改善した[9]。
したがって、デフェロキサミンは、ウイルス誘発性リンパ球減少症に起因するCOVID-19の病原性を改善する可能性がある。
結論として、デフェロキサミンのような鉄キレート薬は、臨床転帰を改善し、COVID-19感染症の重症度を軽減するための支持療法として使用することができる。しかし、その有効性と安全性を検証するためには、複数の無作為化対照試験が必要である。
COVID-19感染症患者における貧血と鉄の恒常性維持障害の有病率と予測値
Prevalence and Predictive Value of Anemia and Dysregulated Iron Homeostasis in Patients with COVID-19 Infection
www.mdpi.com/2077-0383/9/8/2429/htm
要旨
SARS-CoV-2に感染すると、重篤な臨床症状を呈することがある。このような患者は全身の炎症を伴うため，我々は，免疫介在性の鉄ホメオスタシスの変化に起因する炎症性貧血（炎症性貧血）または機能性鉄欠乏（FID）の有病率と予測値を検討した。
COVID-19を有する259人の入院患者を対象としたレトロスペクティブな解析では、入院時に24.7%が貧血であり、大多数が炎症性貧血（68.8%）に苦しんでいたことがわかった。貧血は有意に高い院内死亡率（OR 3.729（95%CI 1.739-7.995）、p = 0.001）と関連していたが、集中治療室（ICU）への入院頻度や機械換気の必要性の増加は認められなかった。
機能性鉄欠乏（FID）は入院時に80.0%の患者に認められ、より進行した炎症と関連しており、入院期間が有意に長くなってた。特に、フェリチン/トランスフェリン比が10を超えると、ICU入院のリスクが5倍、機械換気が必要になるリスクが8倍になることが予測された。
貧血と鉄の恒常性の変化は、入院しているCOVID-19患者に非常に多い。鉄代謝バイオマーカーとヘモグロビンは、初期の貧血は死亡率の増加と関連しているが、フェリチン/トランスフェリン比が高い鉄のホメオスタシスの変化は炎症の進行を反映しており、その後の肺酸素供給不足によるICU入院と機械換気の必要性を予測している。
キーワード：貧血、鉄代謝、SARS-CoV-2、COVID-19転帰
1. 序論
重症急性呼吸器症候群関連コロナウイルス2（SARS-CoV-2）の感染は、数百万人に影響を与えるコロナウイルス疾患2019（COVID-19）と呼ばれる世界的なパンデミックとして浮上した[1,2]。感染の大部分は軽度の臨床経過をたどるが、感染者の最大20%は主に肺炎のために入院を必要とし、最終的には集中治療室（ICU）への入院と機械的換気の必要性を伴う [3,4]。
このような重度のCOVID-19感染症は、C反応性蛋白（CRP）、インターロイキン-6（IL-6）などの炎症マーカー濃度の上昇に加えて、フェリチンの濃度上昇を伴う高炎症状態が特徴である[5,6]。フェリチンは主要な鉄貯蔵タンパク質であり、その発現は鉄負荷または炎症によって誘導される。COVID-19患者では、フェリチンレベルの上昇は、疾患の重症度、急性呼吸窮迫症候群（ARDS）の発症、および死亡に関連していた [5,7,8]。
炎症は、腸管鉄吸収の低下とともにマクロファージ内での鉄の獲得および滞留が増加することで特徴づけられる鉄のホメオスタシスの典型的な変化をもたらす [9]。この結果、循環鉄濃度が低下し、ヘモグロビンの産生に必要とされる赤血球造血のための金属の利用可能性が低下する。サイトカインによる赤血球造血の阻害、赤血球半減期の短縮、および赤血球ホルモンであるエリスロポエチンの生物学的活性の低下と相まって、炎症性貧血（炎症性貧血）が発生する[10]。
このタイプの貧血は、フェリチンレベルが正常または増加している間に、鉄およびトランスフェリンの循環レベルが低下し、鉄とトランスフェリンの飽和度（TfS）が低下することを特徴とし、フェリチンレベルが低く、トランスフェリンレベルが通常上昇している鉄欠乏性貧血（IDA）とは対照的である[10,11]。貧血の存在は、感染症や炎症性疾患を含む多くの疾患の好ましくない臨床経過と関連している[12,13,14,15,16]。
そこで我々は、COVID-19を有する入院患者のコホートにおいて、入院時の貧血の有病率と原因、および鉄の恒常性の変化を調査し、本疾患の臨床経過および転帰と関連づけた。
2. 材料と方法
2.1. 研究人口
2020年2月25日から5月20日までの間にインスブルック大学病院（n=129）または聖ヴィンツェンツ・ザムス病院（n=130）のいずれかで入院を必要とした、PCRで確認されたSARS-CoV-2感染症患者259人のデータをレトロスペクティブに分析した。本研究はヘルシンキ宣言の原則に準拠し、インスブルック医科大学の倫理委員会の承認を得た（倫理投票：1167/2020、2020年7月24日承認）。
2.2. アウトカム分析と測定法
患者の入院中に、死亡イベント、ICU 入院、侵襲的人工呼吸の必要性/期間を記録した。無イベント生存期間は、入院日から患者の院内死亡までの期間と定義した。
ベースライン時（1 日目±1 日目）に患者から採血し、定期的な品質管理を受けている病院の検査室で完全自動化された検査で分析した。その後、臨床情報システムから検査所見を抽出した。
2.3. 貧血の分類と鉄の恒常性の変化
貧血は、世界保健機関（WHO）によると、男性ではヘモグロビン＜130g/L、女性ではヘモグロビン＜120g/Lと定義されている。我々はさらに、貧血をヘモグロビン＜80 g/Lと定義される重度貧血、ヘモグロビン80～109 g/Lと定義される中等度貧血、およびヘモグロビン110～129 g/L（男性）と110～119 g/L（女性）と定義される軽度貧血に分類した[17]。貧血患者は、鉄の状態により、炎症性貧血（炎症性貧血;フェリチン＞100μg/LでTSAT＜20%）、鉄欠乏性貧血（IDA;フェリチン＜30μg/LでTSAT＜20%）、炎症性貧血/IDA（フェリチン30～100μg/LでTSAT＜20%）、未分類・多因子性貧血（TSAT＞20%）に分類された。鉄欠乏症（ID）は、血清フェリチン＜100μg/L（絶対ID）または血清フェリチン＞100μg/L（機能ID）のいずれかと組み合わせてTSAT＜20%と定義された [10,11]。
2.4. 統計解析
ガウス分布を分析するためにShapiro-Wilk検定を使用した。ほとんどのバイオマーカーが正規分布していなかったので、変数はn（%）または中央値（25、75パーセンタイル）で示されている。グループ間の有意差を検定するために、Mann-Whitney-U 検定、Kruskal-Wallis 検定または Pearson カイ二乗検定を実施した。ロジスティック回帰分析を実施し、合併症および死亡の確率に対する危険因子の影響を分析した。一変量ロジスティック回帰分析で有意であった危険因子は、多変量ロジスティック回帰分析で考慮された。ガウス分布を示さない変数は、ロジスティック回帰分析のために自然対数で対数化した。連続変数を相関させるためにスピアマン順位相関検定を用いた。
すべての検定は両側検定であり、p値<0.05は統計的に有意とみなされた。統計解析は、SPSS Statistics Version 25.0 for Macintosh (IBM Corporation, Armonk, NY, USA)を用いて行った。
3. 結果
3.1. 患者の特徴
COVID-19 感染症の入院患者 259 例、年齢中央値 68 歳（53～80 歳）：男性 157 例、女性 102 例をレトロスペクティブに解析した。女性は男性に比べて有意に高齢であった（74 歳 vs 64 歳，p = 0.015）．入院期間中央値9日間（5～17日）の間に、32人の患者が死亡し、53人の患者がICUに移された（うち35人は機械換気を必要とした）。死亡した患者のうち、40.6%がICUで死亡し、21.9%が機械換気中に死亡した。死亡率は男女間で有意差はなかったが（14.6%対8.8%、p=0.164）、男性は女性に比べてICUへの転院が多く（24.8%対13.7%、p=0.030）、機械換気を必要とする頻度が高かった（18.5%対5.9%、p=0.004）。
3.2. COVID-19感染症患者における貧血
COVID-19 感染症で入院した 259 例のうち，64 例（24.7%）が入院時に貧血を呈していた。貧血を呈した患者は高齢で、腎機能が低下しており、CRP や IL-6 などの炎症性マーカーの値が有意に高かった（表 1）。貧血は38人（14.7%）で軽度、21人（8.1%）で中等度、5人（1.9%）で重度であった。貧血患者のほとんどが炎症性貧血（68.8%）であったのに対し、炎症性貧血/IDA、IDA、未分類/多因子性は頻度が低かった（図1a）。注目すべきは、血清鉄濃度とトランスフェリン（Tf）であったが、TfSではなく、血清鉄濃度は貧血患者で有意に低かったのに対し、フェリチン値は差がなかったことである（表1）。貧血患者の割合は入院中に徐々に増加した（入院7日目で68.8%）。患者の転帰を分析すると、入院時に貧血であった患者は入院期間が長く（表1）、生存率が低下する傾向があった（図1b）。したがって、ロジスティック回帰分析で年齢、併存疾患、eGFR、白血球数、PCTレベルを調整した場合でも、入院中の貧血は有意に高い死亡率（OR 3.729（95%CI 1.739-7.995）、p = 0.001、表2）と関連していた（OR 5.063（95%CI 1.260-20.345）、p = 0.022、表2-多変量モデルI）。軽度の貧血と中等度/重度の貧血を区別すると、多変量ロジスティック回帰分析では、中等度/重度の貧血のみが入院中の死亡率が有意に高かった（OR 13.323（95%CI 2.139-82.999）、p = 0.006、表2多変量モデルII）。興味深いことに、初期貧血とICU入院のリスク（OR 0.867（95%CI 0.424-1.774）、p = 0.696、表3）または機械的換気の必要性（OR 1.259（95%CI 0.569-2.788）、p = 0.570、表S1）との間には有意な相関関係は認められなかった。
Jcm 09 02429 g001 550図1. a）死亡または生存した患者における多因子性貧血、炎症性貧血（炎症性貧血）および／または鉄欠乏性貧血（IDA）の有病率;（b）貧血患者および非貧血患者のカプラン・マイヤー生存曲線（HR 2.678（95%CI 1.335～5.376）、p=0.006）;（c）多因子性貧血、炎症性貧血（炎症性貧血）および／または鉄欠乏性貧血（IDA）の有病率。 006）;（c）集中治療室（ICU）入院の有無にかかわらず、フェリチン/トランスフェリン比＞10 vs. ≤10の患者の有病率;（d）機械換気の有無にかかわらず、フェリチン/トランスフェリン比＞10 vs. ≤10の患者の有病率。
表 1. 入院時の貧血患者の患者特性。
原文参照
表 2. 入院中の死亡についてのロジスティック回帰分析（はい/いいえ）。
原文参照
表 3. ICU 入院のリスクの観点からのロジスティック回帰分析（はい/いいえ）。
原文参照
3.3. COVID-19感染症患者における鉄のホメオスタシスの乱れ
222人の患者から鉄代謝バイオマーカーが得られた。入院時には194例（88.2%）に鉄の恒常性異常が認められ、その大多数は機能的鉄欠乏症（FID、n = 176、79.3%;表S2）であった。FIDの存在は、臨床状態の有意な悪化および入院期間の長期化と関連していたが、院内死亡、ICU入院、または機械換気の必要性の増加とは関連していなかった（表2および表3、表S1）。患者の転帰という観点から鉄の恒常性の変数を分析すると、死亡率とフェリチン値の上昇、Tf値の低下、またはTfS値の低下との間には有意な関係は認められなかった（表2）。しかし、フェリチン値の上昇は、入院期間の延長（rs = 0.251、p < 0.001）、ICU入院のリスクの増加（OR 2.780（95%CI 1.874-4.124）、p < 0.001、表3）、および機械換気の必要性（OR 3.497（95%CI 2.124-5.757）、p < 0.001、表S1）と関連していた。さらに、入院時のTf値が低かったが、TfS値が低かったのではなく、入院期間が長かった（rs = -0.286、p < 0.001）、ICU入院リスクの増加（OR 0.059（95%CI 0.015-0.226）、p < 0.001、表3）、および機械的換気の必要性（OR 0.079（95%CI 0.018-0.337）、p = 0.001、表S1）と関連していた。フェリチンまたはトランスフェリンのいずれかと臨床経過との間に有意な関連があるという知見と、フェリチン/トランスフェリン比が真のFIDとFIDを十分に弁別し[18]、フェリチンレベルが境界線の非炎症性被験者のIDAを識別できることを示す以前の観察結果[19]に基づいて、フェリチン/トランスフェリン比が患者の臨床経過のより強力な予測因子になるかどうかを検討した。フェリチン/トランスフェリン比が10を超える患者（n = 37）は、ICU入院のリスクが高い患者（OR 5.702（95%CI 2.625-12.388）、p < 0.001、図1c）と、人工呼吸が必要な患者（OR 8.054（95%CI 3.369-19.249）、p < 0.001、表S1、図1d）を、フェリチン/トランスフェリン比が10以下の患者（n = 185）と比較して、よく識別した。フェリチン/トランスフェリン比の上昇は、入院期間の延長にも関連していた（rs = 0.259、p < 0.001）。
3.4. 炎症は鉄代謝バイオマーカーおよびヘモグロビンと関連している
貧血および鉄代謝変数と入院時の免疫活性化との関連を計算すると、貧血患者ではCRP、IL-6およびPCTレベルが有意に高かった（表1）。したがって、ヘモグロビン値はCRP値とのみ有意な相関があり（rs = -0.163、p = 0.009）、IL-6値（rs = -0.135、p = 0.067）およびPCT値（rs = -0.124、p = 0.083）と関連する傾向があった。予想通り、炎症性貧血患者は、IDA患者（それぞれ0.12mg/dL、3.4ng/L）または未分類・多因子性貧血（それぞれ7.79mg/dL、70.3ng/L）と比較して、CRP（8.69mg/dL、p＜0.001）およびIL-6レベル（82.7ng/L、p=0.007）が最も高かった。
さらに、FID患者では、絶対IDまたはIDなしの患者と比較して、CRP、IL-6およびPCTレベルが有意に高かった（表S2）。したがって、フェリチン値はCRP（rs=0.567、p＜0.001）、IL-6（rs=0.552、p＜0.001）およびPCTレベル（rs=0.442、p＜0.001）と正の相関を示し、一方、TfレベルおよびTfSはCRPと負の相関を示した（Tf：rs=-0.672、p＜0.001）。 672、p < 0.001; TfS: rs = -0.315、p < 0.001）、IL-6（Tf: rs = -0.634、p < 0.001; TfS: rs = -0.270、p = 0.001）およびPCTレベル（Tf: rs = -0.477、p < 0.001; TfS: rs = -0.253、p = 0.001）と負の相関を示した。予想通り、CRPレベルはIL-6レベル（rs = 0.757、p < 0.001）およびPCTレベル（rs = 0.677、p < 0.001）と有意に相関しており、IL-6レベルもPCTレベルと有意に相関していた（rs = 0.650、p < 0.001）。
4. 考察
我々のデータによると、重症SARS-CoV-2感染症患者では貧血、特に炎症性貧血がパンデミックしており、貧血は入院期間の延長、臨床状態の悪化、生存率の低下と関連していることが示されている。これは、貧血が腎機能の低下や高齢化 [20] や炎症の進行 [10] などの合併症の反映であることに加えて、組織の酸素化の低下と関連している可能性がある。
多病患者は貧血になる可能性が高く、身体状態が悪化した場合にICUに搬送される可能性が低いという可能性もある。これは、全死亡者の40.6%がICUで発生し、死亡した患者のうち21.9%が機械的換気を行っていたという観察結果と一致している。
さらに、貧血患者は、COVID-19関連死の危険因子として知られている動脈性高血圧症、心血管疾患、慢性腎臓病などの併存疾患の有病率が高かった[5]。さらに、既存の貧血がすでにCOVID-19感染および／または致死的な臨床経過の危険因子であるかどうかについては、今後の解析が重要になるだろう[21]。
興味深いことに、フェリチン高値およびトランスフェリン低値は、ICUへの入院および機械換気の必要性のリスクの増加と関連していた。これは、鉄のホメオスタシスの変化とより進行した炎症との関連性と一致しており、後者は肺損傷と呼吸不全を促進する [22,23]。
我々は、COVID-19患者のICU入院と機械換気の必要性という点で、病院での患者の初診時のリスク層別化のために、フェリチン/トランスフェリン比を導入した。FID自体は、死亡率の上昇、ICU入院のリスク、または機械的換気の必要性をもたらさなかったが、これは、感染がマクロファージの鉄保持を引き金にして、侵入した微生物から栄養分の鉄分を保持する宿主防衛機構としての事実と一致するであろう[24,25,26]。
フェリチンレベルと炎症のマーカーとの密接な関連性の発見は、フェリチンがインターフェロン-γやIL-6などのサイトカインによって誘導される急性期タンパク質であることと一致している。しかし、他の研究とは対照的に、フェリチンレベルの高さは死亡リスクの増加とは関連していなかった [6,7,8]。
トランスフェリン値の低さとより重篤な臨床経過との関連性は、トランスフェリン値が循環中のプロオキシダント遊離鉄の解毒を妨げ、それによって血管および/または肺組織の損傷に寄与するかどうか、またはSARS-CoV-2の栄養鉄へのアクセスを制限することができないことによって疾患のより重篤な経過に寄与するかどうかを確認するために、さらなる調査が必要である[27,28,29]。
鉄の恒常性の変化は、今後の研究によって解明される必要のあるメカニズムによって、重症COVID-19感染症の発症に寄与する可能性がある。このことはまた、トランスフェリン、ヘプシジン修飾剤、または鉄キレーションなどの鉄の利用可能性を調節する治療法による治療介入の可能性を秘めている。
非トランスフェリン結合鉄の増加が組織障害や予後の悪化と関連していることが判明した場合、鉄キレート剤、トランスフェリンまたはヘプチジンアゴニストのいずれかが、肺や血管系などの臓器における鉄触媒ラジカル形成や細胞障害を減少させるのに役立つ可能性がある。
さらに、鉄の利用可能性の変化が適応免疫機能および自然免疫機能、ならびにウイルスの病原性および複製に及ぼす影響が明らかになれば、ウイルスまたは免疫細胞に対する鉄の利用可能性を治療的に時空間的に変化させることは、感染の経過および関連する病理学的炎症に有利な影響を与える可能性がある[24,25,26,27,31]。
それにもかかわらず、貧血と炎症による鉄のホメオスタシスの障害は、SARS-CoV-2感染者のリスク層別化のための重要な臨床的予測因子であり、その結果、最もリスクの高い患者の臨床管理を改善することができる[32]。
限界
これは、チロル地方で院内治療が必要なCOVID-19患者を対象に、レトロスペクティブな観察分析を行ったものである。レトロスペクティブ分析の性質上、これらの結果は因果関係を証明するものではない。さらに、我々は研究に含まれるすべての患者について鉄代謝変数を持っていなかったため、選択バイアスの可能性があり、多変量解析ではサンプルサイズが小さくなっていた。
連続変数としてのヘモグロビンは多変量回帰分析において有意な予測因子ではなく、貧血分類における交絡因子の残留の可能性を示した。最後に、結果を解釈する際には、地域の経済的・社会的条件を考慮しなければならないが、これが本知見がすべてのCOVID-19患者に無制限に一般化できない理由である。
5. 結論
本研究の結果から，貧血，特に炎症性貧血は重症のCOVID-19感染患者に有病率であり，好ましくない転帰と関連していることが示唆された。また、SARS-CoV-2感染症患者の入院時のリスク層別化のために、フェリチン/トランスフェリン比を導入した。
フェリチン/トランスフェリン比が高いほど炎症が進行していることを反映しており、その後の肺酸素供給不足によりICUへの入院や人工呼吸が必要になることを予測している。鉄の恒常性の変化がCOVID-19感染症の病態や重症度に及ぼす（直接的な）影響の可能性を調べるためには、さらなる研究が必要である。