Banyak sekali data genetik yang menegaskan pentingnya hepsidin dalam mengatur keseimbangan besi di dalam tubuh. Pada tikus transgenik yang mengekspresikan hepsidin secara berlebihan akan menunjukkan timbulnya ADB yang berat. Hepsidin merupakan regulator negatif dari homeostasis besi; hal ini terbukti dari beberapa studi pada tikus maupun manusia. Tikus dengan kehilangan gen USF2 (Upstream Stimulatory Factor 2), akan kekurangan mRNA hepsidin dan mengalami akumulasi besi, suatu kondisi yang menyerupai hemokromatosis pada manusia. Namun, studi berikutnya menemukan bahwa gangguan pada USF2 ternyata tidak berperan, dimana pada kondisi kehilangan USF2
ditemukan jumlah hepsidin mRNA yang normal dan metabolisme besi yang normal (Ganz, 2006). Tikus transgenik dengan peningkatan ekspresi hepsidin di hati ditemukan meninggal saat lahir dengan defisiensi besi berat, hal ini menunjukkan peran hepsidin sebagai regulator negatif pada transpor besi melalui plasenta menuju janin (Ganz, 2003).
Hubungan antara hepsidin dengan penyakit pada manusia pertama kali dilihat pada mutasi gen yang menginaktivasi hepsidin pada tipe yang jarang dari juvenile hemochromatosis (Roettoetal, 2003). Pada manusia dengan glycogen-storage disease type-1a dan anemia kronik, ditemukan adenoma besar di hati. Bagian hati yang normal hanya memproduksi hepsidin dalam jumlah kecil, namun bagian hati dengan adenoma akan memproduksi hepsidin dalam jumlah besar sehingga menimbulkan kondisi anemia defisiensi besi yang refrakter dengan terapi besi, namun kelainan hematologi sepenuhnya kembali ke normal setelah reseksi tumor. Studi ini menunjukkan bahwa tumor ini secara autonom memproduksi mRNA hepsidin secara berlebihan, dan produksi berlebihan hepsidin inilah yang menyebabkan anemia pada kasus ini, yang diduga melalui efek hambatan hepsidin pada proses pengeluaran besi dari tempat penyimpanan besi di hati.
Dari studi ini juga muncul hipotesis yang lebih luas tentang peran hepsidin sebagai mediator pada anemia penyakit kronik secara umum.( Ganz dan Nemeth, 2009).
Sebagai peptida antimikroba, hepsidin dapat merusak membran sel bakteri dan menyediakan lingkungan pertumbuhan yang tidak sesuai untuk mikroorganisme.
Mikroorganisme membutuhkan besi untuk memproduksi enzim superoxide dismutase yang dapat melindungi mereka terhadap radikal oksigen dari host. Dengan meningkatkan sekuestrasi besi di makrofag, hepsidin mengurangi ketersediaan besi untuk mikroorganisme, sehingga menghambat pertumbuhan bakteri intraseluler maupun bakteri di aliran darah. Salah satu bukti yang telah dilaporkan adalah hubungan terbalik antara insiden tuberkulosis dan RA (Rheumatoid Arthritis), di mana keterbatasan penyediaan besi pada RA akan melindungi terhadap infeksi tuberkulosis. Peningkatan ekspresi hepsidin secara jelas berkontribusi dalam patogenesis anemia pada penyakit kronis (atau anemia pada inflamasi), suatu kondisi dengan karakteristik hipoferemia sebagai hasil dari retensi besi di dalam makrofag. Ekspresi hepsidin dipicu lipopolysaccharite dan sitokin inflamasi IL-6 (Nemeth et al., 2004) yang merupakan molekul fase akut tipe 2. Anemia dan hipoksia merupakan regulator negatif. Ekspresi hepsidin meningkat pada inflamasi dan kelebihan besi sekunder (secondary iron overload) dan ditekan pada hemokromatosis herediter.
Dalam kondisi fisiologis, mamalia memproduksi dan menjaga jumlah hepsidin yang relatif stabil. Jumlah hepsidin yang rendah mencetuskan peningkatan penyerapan besi dari duodenum dan pelepasan besi dari retikuloendotelial makrofag. Kadar hepsidin menggambarkan persediaan besi didalam tubuh dan kebutuhan besi untuk eritropoeisis, sehingga pelepasan hepsidin dihambat ketika persediaan besi dalam tubuh kurang (seperti pada defisiensi besi) atau ketika besi dibutuhkan secara akut untuk eritropoeisis (seperti pada anemia atau hipoksia). Demikian halnya pelepasan hepsidin meningkat ketika persediaan besi akan diisi kembali atau selama respon inflamasi. Jadi, hepsidin jelas memenuhi fungsi baik sebagai “erythroid” maupun “store regulator”.
Diduga hepatosit menangkap sinyal yang berasal dari sumsum tulang dan tempat penyimpanan besi (hepatosit dan makrofag) untuk mengatur produksi dari hepsidin.
Karena hati dan sumsum tulang bukan merupakan jaringan yang berdekatan, maka pengaturan ini harus berdasarkan pada sinyal yang terlarut dalam plasma (soluble plasma
signal) yang masih belum diketahui. Hepsidin sendiri tampaknya merupakan mediator akhir baik untuk eryhtroid maupun store regulator dan jumlahnya sangatlah penting untuk penyerapan besi di usus maupun pelepasan besi dari makrofag. Perlu diperhatikan bahwa gambaran diatas mengenai fungsi hepsidin hampir semuanya berdasarkan pada data genetik (Papanikolaou et al., 2004).
Selain itu, adanya mutasi gen yang mempengaruhi hepsidin ternyata menyebabkan hemokromatosis pada manusia dan tikus. Sebaliknya suatu penelitian pada kondisi kekurangan hepsidin, ternyata ditemukan defisiensi besi yang berat, yang tidak membaik secara penuh dengan terapi besi parenteral. Hasil ini menunjukkan hepsidin menghambat transpor besi pada berbagai tempat, seperti epitel duodenum, makrofag, plasenta, dan kemungkinan pada beberapa sel tubuh yang lain (Ganz, 2003).
Adapun studi tentang mekanisme kerja hepsidin dalam regulasi homeostasis besi, pertama kali dikemukakan seperti terlihat pada gambar 19, dimana terdapat peningkatan ambilan besi yang terikat transferin TfR2 di hati, yang diikuti peningkatan sintesis dan sekresi hepsidin dari hati. Hepsidin di plasma selanjutnya akan berinteraksi dengan kompleks β2M-HFE-TfR1 (β2-Microglobulin- Hereditary Hemochromatosis Gene- Transferrin Receptor 1) untuk meningkatkan ambilan besi sel epitel di kripte duodenum dari sisi basolateral dan meningkatkan retensi besi di makrofag sistem retikuloendotelial.
Sel-sel di kripte duodenum selanjutnya akan berdiferensiasi menjadi enterosit matang yang lebih sedikit mengekspresikan protein untuk transpor besi sehingga menurunkan absorpsi besi di duodenum (Leong dan Lonnerdal, 2004).
Gambar 19. Dugaan mekanisme kerja hepsidin. A.(1) Peningkatan ambilan besi TfR2 akan meningkatkan sekresi hepsidin hati. (2) Hepsidin akan berikatan dengan b2M-HFE-TfR1 dan
akan (3) meningkatkan ambilan besi sel kripte dan (4) besi disimpan dalam makrofag. (5) sel kripte akan menjadi enterosit yang akan mengeluarkan lebih sedikit protein tranpor sehingga (6) akan terjadi penurunan penyerapan besi di enterosit. B.(1) Peningkatan besi yang terikat dengan tranferin akan dideteksi hati melalui TfR2 dan HFE/TfR1. (2) akan terjadi peningkatan sekresi
hepsidin hati. (3) Hepsidin dalam plasma berinetraksi secara langsung dengan enterosit dan mengatur ekspresi FPN1 sehingga (4) mempengaruhi penyerapan besi
(Leong dan Lonnerdal, 2004).
Percobaan pada tikus yang diinjeksi dengan hepsidin, ditemukan penurunan dramatis kadar besi serum (75%) dalam waktu 1 jam, dan efek hepsidin dapat bertahan selama 72 jam, kemungkinan disebabkan perlunya waktu untuk sintesis ulang reseptor hepsidin (feroportin) dalam jumlah yang cukup (Ganz, 2006). Berdasarkan tidak ditemukannya periode 2 – 3 hari antara penurunan ekspresi hepsidin dan peningkatan ekspresi transporter besi, menunjukkan bahwa hepsidin langsung bekerja pada enterosit yang matang dan bukan pada sel kripte, dimana sel kripte membutuhkan waktu 2-3 hari untuk bermigrasi ke vili-vili enterosit yang matang. Adanya penemuan ini, mendukung model mekanisme kerja hepsidin yang dikemukakan Anderson. (Leong dan Lonnerdal, 2004)
Berbagai sel tubuh, seperti enterosit duodenum, sinsitiotrofoblas plasenta, hepatosit, makrofag di hati dan limpa, dapat mengekspor besi intraseluler ke plasma. Feroportin adalah satu-satunya molekul transmembran untuk mengekspor besi pada mamalia (Ganz, 2006). Feroportinberperanuntukmengeksporbesiintraselulerkeplasmadandiekspresikan dalam konsentrasi tinggi di sel-sel tubuh yang mampu mengekspor besi. Studi pada tikus menunjukkan peran penting feroportin untuk transpor besi dari ibu ke janin, absorpsi besi di duodenum, dan ekspor besi dari makrofag ke plasma (Ganz, 2006). Feroportin bekerja dengan bantuan enzim ferroxidase (hephaestin di enterosit dan seruloplasmin di makrofag) untuk mengoksidasi Fe2+ menjadi Fe3+ yang kemudian ditranspor ke transferin plasma. Studi terbaru menunjukkan bahwa hepsidin bekerja mengatur homeostasis besi dengan terikat pada feroportin, dan diikuti internalisasi dan degradasi ferroportin di lisosom (gambar 20). Dengan menghilangnya feroportin dari membran sel, ekspor besi intraseluler ke plasma akan menurun (Ganz, 2006).
Gambar 20. Regulasi hepsidin pada ekspresi ferroportin (Ganz dan Nemeth, 2006)
Dengan demikian, pada kondisi cadangan besi normal atau meningkat, hati akan memproduksi hepsidin, yang akan beredar di sirkulasi menuju duodenum. Kemudian hepsidin akan terikat pada feroportin, diikuti internalisasi feroportin, sehingga transpor besi dari enterosit duodenum ke plasma akan terhambat. Sebaliknya, ketika cadangan besi menurun, produksi hepsidin di hati akan menurun, molekul feroportin diekspresikan pada membran basolateral enterosit untuk meningkatkan transpor besi dari sitoplasma enterosit ke transferin plasma. Interaksi hepsidin-feroportin juga dijumpai pada makrofag, dimana pada konsentrasi hepsidin yang tinggi, hepsidin akan terikat pada feroportin dan diikuti internalisasi ferroportin, sehingga ekspor besi ke plasma akan terhambat dan besi terperangkap dalam makrofag, terutama makrofag di limpa (Ganz, 2006).