珠蛋白生成障碍性贫血发病机制

第1节　血红蛋白病

血红蛋白是一种结合蛋白，在人体中的主要功能是携带氧气，为人体的新陈代谢供氧。一旦血红蛋白基因发生变异，就有可能影响血红蛋白的生成和携氧功能，导致血红蛋白病的发生。人类对血红蛋白病的研究始于1910年，当时Herrick发表了名为《在一例严重贫血患者所见到的细长和镰状红细胞》的文章。1923年Huck提出镰化现象是一种遗传性疾病。1949年L.Pauling等首先证明了镰状细胞贫血患者红细胞中含有一种异常血红蛋白（HbS），并由此在世界上首次提出“分子病”这个概念。此后，HbC、HbD、HbE、HbG相继被发现。至今，全世界已发现了700多种异常血红蛋白。

血红蛋白病（hemoglobinopathy）是指由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白分子结构或合成量异常所引起的疾病。该病在世界范围内广泛分布，据世界卫生组织（WHO）报告，全世界至少有1.5亿人携带血红蛋白病基因，它是严重危害人类健康的常见病之一。血红蛋白病在我国的发生率也很高，为0.24%～0.33%，以云南、贵州、广东、广西和新疆等地最高。

α－珠蛋白生成障碍性贫血和β^－珠蛋白生成障碍性贫血的发生率分别为2.64%和0.66%，它们多见于华南、西南和华东地区。它是人类孟德尔式遗传病中研究得最深入、最透彻的分子病，是研究人类遗传病分子机制最好的模型。尽管它们只占全部遗传性疾病很小的一部分，但我们通过学习这类疾病可洞察单基因病中带有普遍意义的基本分子缺陷。对单基因病进行分子遗传学研究，不仅可以认识遗传性疾病的分子病理学机制，还能以此作为基础，建立基因诊断的方案，为最终实现对遗传性疾病的基因治疗打下基础。

一、正常血红蛋白的组成和发育演变

图9－1　血红蛋白A

（一）血红蛋白的组成

血红蛋白（hemoglobin，Hb）是由珠蛋白（glo－bin）和血红素（heme）辅基组成的。每个血红蛋白分子由四个亚单位构成，每个亚单位由一条珠蛋白肽链和一个血红素辅基构成（图9－1），即血红蛋白分子是由两对珠蛋白链构成的球形四聚体。其中一对是类α链（α链和ζ链），由141个氨基酸组成；另一对是类β链（ε链、γ链、δ链和β链），由146个氨基酸组成。由这六种不同的珠蛋白链组合成人类的六种不同血红蛋白，即Hb Gower1（ζ2ε2）、Hb Gower2（α2ε2）、Hb Portland（ζ2γ2）、HbF（α2γ2）、HbA（α₂β2）和HbA2（α₂δ₂）。

图9－2　血红蛋白出现规律

（二）各种血红蛋白发育阶段特异性变化

在人体不同发育阶段，上述各种血红蛋白先后出现，并且有规律地相互更替（图9－2）。在胚胎发育时期主要合成Hb Gower1、Hb Gower2和Hb Portland。在胎儿期（从怀孕8周至出生为止）主要合成HbF。成人有三种血红蛋白：HbA约占97.5%；HbA₂约占2%；HbF约占0.5%（表9－1）。不同的血红蛋白，其携氧、释氧的能力不同，因此，珠蛋白基因的发育阶段特异性表达，对维持机体正常的生理功能具有重要意义。不仅珠蛋白基因的表达具有发育阶段特异性，合成珠蛋白的造血组织器官也随发育阶段的演变而发生特异性变化，即胚胎期主要在卵黄囊，胎儿期在肝，到成人期则主要在骨髓。珠蛋白的合成转变与个体发育阶段的特异性关系，反映了珠蛋白基因在表达时空的遗传控制上具有精确的协调性，这种协调性还表现在α－珠蛋白基因簇和β^－珠蛋白基因簇间的平衡表达。每一种血红蛋白都有两条类α链和两条类β链，α－珠蛋白链和β^－珠蛋白链的表达必须始终维持在1∶1的比例，如果这一平衡失控，则会导致各种珠蛋白生成障碍性贫血。

表9－1　不同发育阶段正常人体血红蛋白组成

二、人类珠蛋白基因及其表达

（一）珠蛋白基因的结构

人类珠蛋白基因是基因组中最富代表性的基因之一，也是研究人类基因组结构与功能相关性的理想材料。人类珠蛋白基因分为α－珠蛋白基因簇（图9－3）和β^－珠蛋白基因簇（图9－4）。

图9－3　人类α－珠蛋白基因簇的结构示意图

1.α－珠蛋白基因簇

α－珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上（16p13.3），排列顺序为5′－ζ^－ψζ^－ψα²－ψα¹－α2－α¹－θ－3′，全长30kb。α₁与α₂之间相距3.7kb。ζ、α₂、α₁为功能基因，ψζ、ψα₂、ψα₁为假基因。ζ为胚胎型基因，α₁与α₂为成年型基因，θ基因功能不明。由于每条16号染色体上均有两个α基因（α₂、α₁），因此，二倍体细胞中共有四个α基因，每个α基因几乎产生等量的α－珠蛋白链。

图9－4　人类β－珠蛋白基因簇的结构示意图

2.β－珠蛋白基因簇

β^－珠蛋白基因簇位于11号染色体短臂上（11p15.5），排列顺序为5′－ε－Gγ－Aγ－ψβ^－δ－β^－3′，总长度为70kb。ε、^Gγ、^Aγ、δ、β为功能基因，ψβ为假基因。ε为胚胎型基因，^Gγ、^Aγ为胎儿型基因，δ、β为成年型基因。

α－珠蛋白基因簇和β^－珠蛋白基因簇中各基因都具有相似的结构，即含有三个外显子和两个内含子（IVS1和IVS2）。α－珠蛋白基因中的IVS1长117bp，位于31与32密码子之间，IVS2长149bp或142bp，位于99与100密码子之间。β^－珠蛋白基因中的IVS1长130bp，位于30与31密码子之间，IVS2长850bp，位于104与105密码子之间。

图9－5　人类β－珠蛋白链mRNA的核苷酸序列

箭头所指为起始密码子AUG，它被编号为0；终止密码子UAA编号为147。靠近3′端的多聚腺苷酸化作用的信号也被标记出来，其后连接着19个核苷酸和一串残留的腺苷酸

（二）珠蛋白基因的表达

珠蛋白基因包括编码序列、插入序列、5′非翻译区和3′非翻译区。在RNA聚合酶Ⅱ的催化下，首先转录成一个大的mRNA前体，然后在核内经过加工过程，即在5′端加上特殊的“帽”结构——5′－m7 Gppp，同时在3′端加“尾”——多聚腺苷酸（poly A），再然后在酶的作用下切去插入序列，并将编码序列连接起来，形成成熟的mRNA（图9－5）。

图9－6　珠蛋白生物合成的分子步骤

成熟的mRNA从细胞核转运到细胞质中与核糖体结合，经过翻译过程形成相应的珠蛋白肽链（图9－6、图9－7），结合成各种血红蛋白。例如：生成的α－珠蛋白链和β^－珠蛋白链，先结合成αβ^－二聚体，再与血红素结合，最后结合成稳定的α₂β2血红蛋白四聚体。如果α链与β链合成比率不一致，如β基因缺陷，合成的β链减少，使α链相对过剩，聚集起来，浓度高时可使血红蛋白沉淀；而α基因缺陷则可导致过剩的β链形成β4四聚体，即HbH。另外，在RNA剪接加工过程中，外显子－内含子接头处的特定核苷酸序列对正确剪接非常重要，此处的突变可能导致mRNA加工异常。RNA加“帽”部位和多聚腺苷酸（poly A）加“尾”信号部位的突变也会影响RNA的正确加工。

图9－7　β－珠蛋白链的三级结构

珠蛋白基因表达调控是一个精确的、复杂的网络系统，需要顺式作用元件、细胞内反式作用因子和染色质结构等多种因素的协同作用。最近研究证实，β^－珠蛋白基因簇上游6～20kb处，对β^－珠蛋白基因簇中所有基因均起重要的调控作用，此处被称为基因座控制区（locus control region，LCR）。LCR和β－基因簇中每种珠蛋白基因的启动子之间相互作用的复杂方式，精确地调控从胚胎到胎儿最终到成人血红蛋白的转变。

三、血红蛋白病的分子基础

血红蛋白病（hemoglobinopathy）可分为两大类，即异常血红蛋白病和地中海贫血（thalas－semia）。

（一）异常血红蛋白病

异常血红蛋白（abnormal hemoglobin）（MIM141800－142000）是指珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构和功能发生异常，如有临床表现者则称为异常血红蛋白病。据最新统计，到目前为止，全世界已报道了750种以上的异常血红蛋白（表9－2）。我国共发现70余种，其中31种是世界首报。在我国，分布较广、发生频率较高的异常血红蛋白有HbE（β26Glu→Lys），HbD Punjab（β121Glu→Gln），HbG Chinese（α30Glu→Gln）和HbQ Thailand（α74Asp→His）等。我国学者所做的这些工作不仅极大地丰富了人类血红蛋白的科学资料，而且为群体遗传学、进化，以及蛋白质结构和功能关系的研究等提供了宝贵的材料。尽管异常血红蛋白种类繁多，但仅约40%的异常血红蛋白可引起人体不同程度的功能障碍。

1.异常血红蛋白病的类型

（1）镰状细胞贫血症（sickle cell anemia）。本症是人类发现的第一种血红蛋白病，它在非洲和北美黑种人群中发病率达1／500。该病为常染色体隐性遗传，是由于β链第6位谷氨酸被缬氨酸取代，成为HbS，导致电荷改变，在脱氧情况下HbS聚合，使红细胞镰变（图9－8）。纯合子症状严重，可产生血管阻塞危象，阻塞部位不同可引起不同部位的异常反应，如腹部疼痛、脑血栓等，另有严重溶血性贫血和脾大等症状。杂合子一般不表现临床症状，但在氧分压低的情况下可引起红细胞镰变，称为镰状细胞性状（sickle cell trait）。

表9－2　异常血红蛋白变种的数量

续表

图9－8　HbS纯合子的镰状红细胞

（2）不稳定血红蛋白病（unstable hemoglobinopathy）。是由于α－珠蛋白或β－珠蛋白基因突变改变了珠蛋白链上的氨基酸顺序，导致分子结构不稳定的血红蛋白病。已知的不稳定血红蛋白病有130多种。不稳定的血红蛋白易降解为单体，血红素易脱落，失去血红素的珠蛋白链容易沉淀，形成不溶性的变性珠蛋白小体（Heinz body），附着于细胞膜使之失去可塑性，不易通过脾脏而被破坏，产生溶血。不稳定血红蛋白病多为常染色体显性遗传，主要表现是溶血性贫血，其程度轻重不一，感染和某些药物（如磺胺等）可诱发急性发作，出现乏力、头晕、苍白、黄疸、脾大等症状；重者可发生溶血危象而危及生命。如Hb Bristol不稳定血红蛋白病，是由于β链第67位缬氨酸被天（门）冬氨酸取代，导致血红蛋白分子不稳定，其主要临床症状是先天性溶血性贫血、黄疸和脾大。此外，还有Hb Bibba、Hb Hammersmith、Hb Olmsted、Hb Sa－bine和Hb Southampton等。

（3）血红蛋白M病（hemoglobin M syndrome，HbM）。也可称为HbM遗传性高铁血红蛋白血症。大约在190年前，日本的岩手（Iwate）县出生了一个全身发绀的婴儿，由于全身青紫，人们都把他称为“黑孩子”。后来，这一带的黑孩子增多了，长大了仍是发绀，血液也呈黑紫色，故称为“黑血病”。现代研究证明，它是一种血红蛋白M病，其异常血红蛋白是HbM Iwate。

本病是由于异常的血红蛋白分子中，与血红素铁原子连接的组氨酸或邻近的氨基酸发生了替代，使铁原子呈稳定的高铁状态，由此产生的高铁血红蛋白影响了正常的携氧功能，继而产生发绀，此外几乎无其他症状。家族史常显示出常染色体显性遗传。如HbM Boston（α^58组→酪）α链第58位酪氨酸取代了组氨酸，占据了血红素铁原子的配基位置，使铁原子呈稳定高铁状态，丧失了血红素与氧结合的能力，导致组织缺氧。患者呈现发绀症状并导致继发性红细胞增多。已知的高铁血红蛋白还有HbM Iwate（α87组→酪）、HbM Sakaton（β58组→酪）、HbM Hyde Park（β92组→酪）和HbM Milwaukee（β63组→谷）等。

（4）氧亲和力改变的异常血红蛋白病。是由于肽链上氨基酸替代而使血红蛋白分子与氧的亲和力增高或降低，导致运输氧功能改变。例如：Hb Rainer（β145酪→半胱）与氧亲和力增高，输送给组织的氧量减少，导致红细胞增多症；Hb Kansas（β102冬胺→苏）与氧亲和力降低，使动脉血的氧饱和度下降，严重者可引起发绀症状。

2.异常血红蛋白病的分子基础

异常血红蛋白的产生是珠蛋白基因突变的结果，涉及各种突变类型，举例概括如下。

（1）单个碱基置换。超过90%的异常血红蛋白病是由于珠蛋白基因发生单个碱基置换的结果，其中错义突变最常见。

错义突变（missense mutation）：由于单个碱基替换，导致肽链中的氨基酸发生改变。如前面已介绍过的镰状细胞贫血是由于β^－珠蛋白基因第6密码子GAG变为GTG，即单个碱基A→T点突变使谷氨酸变为缬氨酸。该突变导致限制酶MstⅡ切点消失，可用PCR－RFLP进行基因诊断。合成一对引物：

P1：5′－ACACAACTGTGTTCACTAGC－3′　P2：5′－CAACTTCATCCACGTTCACC－3′

它们引导扩增β^－珠蛋白基因nt.－40至＋70的DNA序列，扩增片段长度为110bp，将扩增的β^－珠蛋白基因DNA用限制酶MstⅡ消化，然后用2%琼脂糖电泳。根据电泳图谱可作出诊断。

再如中国人常见的HbE是β^－珠蛋白基因链第26位密码子GAG变为AAG，使β链第26位谷氨酸被赖氨酸取代所致。

HbC也是最常见的错义突变之一。HbC病为常染色体隐性遗传，是由于β链第6位谷氨酸被赖氨酸取代所致。纯合子患者呈轻度溶血性贫血，可伴有肝、脾大。杂合子一般无临床症状。

异常血红蛋白均有电荷的改变，因而有不同的电泳迁移率（图9－9）。

图9－9　淀粉胶电泳分离异常血红蛋白（TBE缓冲液，pH值为8.6）

1.HbA 2.HbA＋Hb Leiden 3.Hb Lenden 4.HbA＋HbS 5.HbE

无义突变（nonsense mutation）：这种突变是由于某一碱基被替换后，原来编码某一氨基酸的密码子变为终止密码子，从而造成肽链尚未全部合成就终止了翻译，形成无功能的肽链。如Hb Mckees Rocks是由于β链第145位编码酪氨酸的密码子UAU突变为终止密码子UAA，这一单个碱基突变导致β链在合成了144个氨基酸后便终止了，使β链C－端丢失了2个氨基酸。

终止密码突变（termination codon mutation）：指终止密码子上的某一碱基发生改变，形成一个编码氨基酸的密码子，使肽链合成过长，直至下一个终止密码子才停止翻译。例如：Hb Constant Spring就是由于α－珠蛋白基因第142位终止密码子TAA（mRNA为UAA）突变为CAA（谷氨酰胺），结果α链延长为172个氨基酸，这种突变基因转录形成的mRNA不稳定，所以导致α链合成减少，表现为α－珠蛋白生成障碍性贫血；Hb Seal Rock是由于α－珠蛋白基因第142位终止密码子UAA突变为谷氨酸密码子GAA（U→G），Hb Icaria是由于α－珠蛋白基因第142位终止密码子UAA突变为AAA（U→A），两者均使α链3′端多了31个氨基酸。

（2）移码突变（frame－shift mutation）。由于基因中插入或丢失一个、两个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原来的密码子移位，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生改变，结果翻译出的氨基酸顺序也发生了相应改变。例如：Hb Wayne是由于α链第138位丝氨酸的密码子UCC丢失1个C，致使其3′端碱基顺序依次位移，重新编码，第142位终止密码子变为可读密码，使翻译到147位才终止；Hb Tak是由于第147位终止密码子UAA插入2个碱基AC，使其翻译的肽链增加到157个氨基酸；而Hb Cranston是由于β^－珠蛋白基因密码子第144与145位间插入AG，使其翻译的肽链增加了11个氨基酸。

（3）整码突变（codon mutation）。即密码子的缺失或插入，这种突变是指在mRNA顺序上组成1个密码子的碱基同时缺失，或者在一段mRNA顺序上插入了1个或多个密码子，导致其编码的肽链比正常的肽链缺少或增加了部分氨基酸。例如：Hb Catonsville是由于α－珠蛋白基因第37与38位密码子间插入了1个谷氨酸的密码子；Hb Grady是由于α－珠蛋白基因第118与119位密码子间插入了3个密码子（编码谷氨酸－苯丙氨酸－苏氨酸）；Hb Fairfax是由于β^－珠蛋白基因第94与95位密码子间插入了5个密码子（编码谷氨酸－亮氨酸－组氨酸－半胱氨酸－天冬氨酸）；Hb Gun Hill是由于β－珠蛋白基因第92～95位密码子缺失，而使其编码的β链缩短了；Hb Boyle Heights则是α－珠蛋白基因第6位密码子缺失，这类缺失氨基酸的异常血红蛋白已发现至少11种（表9－3）。

表9－3　密码子缺失的异常血红蛋白举例

续表

（4）不等交换（unequal crossing－over）。指编码2条不同肽链的基因在减数分裂时发生了错误联会和非同源性交换，称为不等交换。结果形成2种不同的融合基因，2个基因各自融合了对方基因中部分顺序，而缺失了自身的一部分顺序。如Hb Lepore的α链氨基酸顺序正常，其类β链是由δ链和β链连接而成，肽链的N－端像δ链，C－端像β链，故称δβ链。而Hb anti－Lepore的N－端像β链，C－端却像δ链，称为βδ链。这是由于染色体的错误联会和不等交换形成了融合基因（fusion gene）的结果（图9－10）。δβ融合基因表达很少，会产生β－珠蛋白生成障碍性贫血的表型，这是因为它们只包含了很弱的δ基因启动子和额外的δ基因序列，这些原因阻碍了正常的基因表达。anti－Lepore的染色体上带有完整的δ基因和β基因，故携带者没有珠蛋白生成障碍性贫血的血液学特征。而β基因和γ基因之间的同源不平衡重组可产生Hb Kenya（带有Aγβ融合珠蛋白），由于具有持续的基因高表达而出现遗传性胎儿血红蛋白持续增多症。

图9－10　血红蛋白融合基因形成机制

（二）珠蛋白生成障碍性贫血

珠蛋白生成障碍性贫血（thalassemia）（MIM187550）是人类最常见的单基因遗传疾病，它广泛存在于世界各地，它是由于正常的珠蛋白基因突变导致某种珠蛋白合成减少或缺失，造成珠蛋白生成量失去平衡所引起的溶血性贫血，因此称为珠蛋白生成障碍性贫血。本病于1925年首次被描述，因最早发现于地中海地区，因而也称为地中海贫血。我国多见于南方各地。

由于某种或某些珠蛋白链合成速率降低，造成一些肽链缺乏，另一些肽链相对过多，出现肽链数量的不平衡，导致溶血性贫血，称为珠蛋白生成障碍性贫血。按照合成速率降低的珠蛋白链类型，可以将珠蛋白生成障碍性贫血区分为多种不同的类型：α－珠蛋白链合成减缺的称为α－珠蛋白生成障碍性贫血，β^－珠蛋白链合成减缺的称为β^－珠蛋白生成障碍性贫血，γ－珠蛋白链合成减缺的称为γ－珠蛋白生成障碍性贫血，δ－珠蛋白和β^－珠蛋白链合成减缺的称为δβ^－珠蛋白生成障碍性贫血，依此类推。

图9－11　Hb Bart’s胎儿水肿综合征死亡胎儿

1.α－珠蛋白生成障碍性贫血

α－珠蛋白生成障碍性贫血（α－thalassemia）是由于α－珠蛋白基因簇的缺失或缺陷使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。

（1）α－珠蛋白生成障碍性贫血的临床分类及发病机制。

根据临床表现的严重程度，一般将α－珠蛋白生成障碍性贫血分为四种类型。

Hb Bart’s胎儿水肿综合征。Hb Bart’s胎儿水肿综合征（Hb Bart’s hydrops fetalis syn－drome）是两条16号染色体上的4个α基因全部缺失或缺陷，基因型为α⁰－珠蛋白生成障碍性贫血纯合子（_－－／_－－），完全不能合成α链，故不能形成胎儿HbF，相对过多的γ链形成四聚体（γ4），称为Hb Bart’s。Hb Bart’s对氧的亲和力非常高，因而释放到组织的氧减少，造成组织严重缺氧，致使胎儿全身水肿，引起胎儿宫内死亡或新生儿死亡（图9－11）。这种胎儿的血红蛋白60%以上为Hb Bart’s，其余为Hb Portland。胎儿父母均为α0－珠蛋白生成障碍性贫血杂合子（－－／αα），他们若再生育，则胎儿有1／4的机会为Hb Bart’s水肿胎儿，1／4为正常儿，1／2为α⁰－珠蛋白生成障碍性贫血杂合子。因此这样的夫妇应做产前诊断。

血红蛋白H病。血红蛋白H病（HbH disease）是α0－珠蛋白生成障碍性贫血和α＋－珠蛋白生成障碍性贫血的双重杂合子（_－－／_－α或－－／αα^T，α^T代表有突变），即有3个α基因缺失或缺陷，仅能合成少量的α链，β链相对过剩并自身聚合成四聚体HbH（β4）。HbH极不稳定，易被氧化而解体，形成游离的单链沉淀，积聚形成包涵体附着于红细胞膜上，使红细胞受损，失去柔韧性，导致中度或较严重的溶血性贫血。此病东南亚较多，在非洲大陆和地中海地区罕见。患者双亲的基因型多为（_－－／αα）和（_－α／αα），也可能是（_－－／αα）和（αα／αα^T），其子女有1／4的机会是HbH病。

轻型α－珠蛋白生成障碍性贫血。也称标准型α－珠蛋白生成障碍性贫血，为α⁰－珠蛋白生成障碍性贫血杂合子（_－－／αα）或α^＋－珠蛋白生成障碍性贫血纯合子（α－／α－）。缺失2个α基因，间或有轻度贫血，我国南方最多见的是α⁰－珠蛋白生成障碍性贫血杂合子。轻型α－珠蛋白生成障碍性贫血患者（－－／αα）之间婚配，生育Hb Bart’s水肿胎儿的可能性为1／4。

静止型α－珠蛋白生成障碍性贫血。仅缺失1个α基因，为α^＋－珠蛋白生成障碍性贫血杂合子（α－／αα）。这样的个体往往无临床症状。静止型α－珠蛋白生成障碍性贫血与某些轻型α－珠蛋白生成障碍性贫血（_－－／αα）个体婚配，有1／4的机会生育HbH病患儿。

（2）α－珠蛋白生成障碍性贫血的分子基础。产生α－珠蛋白生成障碍性贫血的突变主要有两类，常见的是α基因的缺失（图9－12），也有点突变（表9－4）。

缺失突变。正常人16号染色体α－珠蛋白基因簇内有α₁和α₂两个α基因，值得注意的是，α₁基因和α₂基因表达的产物α－珠蛋白链的组成是完全一样的，对α₁基因和α₂基因的序列分析表明，两者仅在IVS2和3－端非编码区存在顺序差异。α－珠蛋白基因簇可发生长度不等的缺失突变，导致α－珠蛋白链不同程度的减少。从单体型的角度而言，α－珠蛋白基因簇内的突变致使α－珠蛋白链完全不能合成，称为α⁰－珠蛋白生成障碍性贫血，如果能产生部分α－珠蛋白链，称为α^＋－珠蛋白生成障碍性贫血；或者说，一条16号染色体上缺失2个α基因，称为α－珠蛋白生成障碍性贫血1（α－thal1），缺失1个α基因，还有1个α基因，称为α－珠蛋白生成障碍性贫血2（α－thal2）。常见的三种缺失突变如下。①东南亚缺失型（－SEAdeletion）：缺失长度约为20kb，α₁基因、α₂基因都已缺失，完全不能合成α链，导致α⁰－珠蛋白生成障碍性贫血，是东南亚人常见的缺失型。②右侧缺失型（rightward deletion）：缺失片段长度为3.7kb，缺失了α2基因的3′端和α₁基因的5′端，形成由α₁的3′端和α₂的5′端构成的融合基因。此种缺失是世界上最常见的，它在东南亚和非洲的一些地区占20%～50%。这样的小片段缺失多导致α^＋－珠蛋白生成障碍性贫血，因为融合基因能编码正常的α链。③左侧缺失型（leftward dele－tion）：整个α₂基因缺失，但α₁基因保持完整，缺失片段的长度为4.2kb，导致α^＋－珠蛋白生成障碍性贫血。

图9－12　α－珠蛋白基因的排列及一些珠蛋白生成障碍性贫血的缺失类型

表9－4　引起α－珠蛋白生成障碍性贫血的部分点突变

续表

点突变。点突变引起α－珠蛋白生成障碍性贫血较少。也就是说，非缺失型突变没有缺失型突变那么常见，现在已明确的有40多种。中国人较常见的有2种：①Hb Constant Spring（α^cs）是α₂基因终止密码子突变（TAA→CAA），从而使肽链延长了31个氨基酸残基，但α^cs mRNA不稳定，导致α链合成减少，其纯合子有严重的α－珠蛋白生成障碍性贫血。该突变也是世界范围内最常见的；②Hb Quong Sce为α2基因第125位密码子突变（CTG→CCG），导致α链第125位亮氨酸被脯氨酸取代，而此部位正好是α₁－珠蛋白与β1－珠蛋白接触时临界的“H”螺旋区，妨碍了α₁β1二聚体的形成，进而影响四聚体的产生，导致α－珠蛋白生成障碍性贫血。

2.β^－珠蛋白生成障碍性贫血

β^－珠蛋白生成障碍性贫血（β^－thalassemia）是由于β^－珠蛋白基因的缺失或缺陷致使β^－珠蛋白链（简称β链）的合成受到抑制而引起的溶血性贫血，主要分为两类：完全不能合成β链的称为β0－珠蛋白生成障碍性贫血，能部分合成β链的称为β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。我国南方各省多见，四川、贵州、广东、广西等地发病率可达1%～2%。

（1）β^－珠蛋白生成障碍性贫血的临床分类及发病机制。

重型β^－珠蛋白生成障碍性贫血，也称为Cooley贫血，在出生时症状不明显，因为从胎儿到成人血红蛋白的转换仍未完成，β珠蛋白链的缺乏未引起后果。然而，在出生后的第1年中胎儿血红蛋白产量持续下降，严重的贫血症状明显。患儿生长发育不良，苍白、腹泻、反复发烧和由于肝、脾大而腹部逐渐膨隆。患者通常是β0－珠蛋白生成障碍性贫血或δβ0－珠蛋白生成障碍性贫血的纯合子、β＋／β0－珠蛋白生成障碍性贫血杂合子。这类患者几乎不能合成β链或合成量很少，故极少或无HbA；而γ链的合成相对增加，使HbF升高。由于HbF较HbA的氧亲和力高，在组织中不易释放出氧，致使组织缺氧。缺氧的组织促使红细胞生成素大量分泌，刺激骨髓的造血功能，使红骨髓大量增生，骨质受侵蚀致骨质疏松，可出现“珠蛋白生成障碍性贫血面容”（头颅大、颧突、塌鼻梁、眼距宽、眼睑浮肿）。由于β链合成受抑制，相对过剩的α链在红细胞膜上沉积，改变膜的通透性，引起溶血性贫血，需靠输血维持生命（图9－13）。如不治疗，通常在10岁以前由于严重的贫血、虚弱和感染而死亡。

中间型β^－珠蛋白生成障碍性贫血。患者通常是某些β^－珠蛋白生成障碍性贫血变异型的纯合子，如β＋－珠蛋白生成障碍性贫血纯合子，其症状介于重型与轻型β^－珠蛋白生成障碍性贫血之间，故称为中间型β^－珠蛋白生成障碍性贫血。

图9－13　典型的珠蛋白生成障碍性贫血病人临床特征为生长发育迟缓和肝、脾大以及β^－珠蛋白生成障碍性贫血贫血面容

轻型β^－珠蛋白生成障碍性贫血。此类患者是β0－珠蛋白生成障碍性贫血、β＋－珠蛋白生成障碍性贫血或δβ0－珠蛋白生成障碍性贫血的杂合子。由于尚能合成相当数量的β链，故症状较轻，多无贫血或轻度贫血。其特点是HbA₂比例增高（可达4%～8%），也可有HbF升高。

遗传性胎儿血红蛋白持续增多症。由于β^－珠蛋白基因簇内某些DNA片段的缺失或点突变，导致δ链和β链合成受抑制，而γ链合成明显增多，使成人红细胞内HbF持续高水平，但无明显临床症状。故称为遗传性胎儿血红蛋白持续增多症（hereditary persistence of fetal hemoglobin，HPFH）。

（2）β^－珠蛋白生成障碍性贫血的分子基础。现已发现有超过200种的分子损伤与β^－珠蛋白生成障碍性贫血相关，其中90%是点突变或一至几个碱基的增加或缺失（图9－14）。β^－珠蛋白生成障碍性贫血的发病原因中缺失并不常见，它可以是25bp至100kb的缺失。表9－5列举了β^－珠蛋白生成障碍性贫血的部分突变。

图9－14　由不同突变引起的β－珠蛋白生成障碍性贫血

无功能mRNA突变型：编码区的无义突变会产生截短的而且没有功能的珠蛋白；移码突变使生成的mRNA稳定性降低或形成无功能的mRNA，因而不能合成正常的β链，多产生β0－珠蛋白生成障碍性贫血。例如：中国人β^－珠蛋白基因密码子第17位由AAG突变为TAG，使mRNA翻译提前终止；移码突变41／42（－TCTT），形成新的终止密码子，最终造成β0－珠蛋白生成障碍性贫血。

mRNA加工障碍突变型：为了装配出有功能的珠蛋白基因mRNA，内含子必须在转录后的加工过程中被切除，并将相邻的外显子连接起来。在内含子与外显子交界处的剪接位点发生突变会全部或部分抑制这一加工过程，从而引起β^－珠蛋白生成障碍性贫血；剪接也会受内含子中发生的突变的影响，这种突变改变了剪接的中间产物，例如，IVS1第110位上G→A突变，使一段与受体剪接位点相似的顺序形成了一个新的受体剪接位点（图9－15）。这一新的位点被优先利用于RNA加工过程，其使用率达到90%，结果使第1内含子中的19个核苷酸仍保留在加工后的RNA中，从而使其后的编码区产生移码突变，不能产生正常的蛋白质。这时正常AG受体的使用率只有10%。因此，只能形成10%的正常珠蛋白mRNA。这一突变的临床表现较重，属于重型β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。也有的突变会激活“隐蔽”剪接位点，使转录产生异常的mRNA。IVS2nt.1（G→A）改变了剪接位点，使IVS2的前47个核苷酸保留下来，导致移码突变而生成无功能mRNA。IVS2中第654位C→T突变是中国人常见的β^－珠蛋白生成障碍性贫血的原因之一，核苷酸第654位上出现的这一单个碱基替换产生了一个新的G－T二核苷酸，它连同旁侧的核苷酸序列构成了一个明显的5′端供位样剪接位点，导致RNA加工发生错误，出现β^－珠蛋白生成障碍性贫血的表型。研究表明，IVS2序列中这一单个碱基变化会激活位于核苷酸第579位上的隐蔽的受体剪接位点，形成加工错误的RNA，在外显子2和外显子3之间插入了一个源于IVS2部分序列的额外的外显子（图9－16）。结果类似的还有IVS2－705T→G和IVS2－745C→G。

图9－15　β－珠蛋白基因的第1内含子（IVS1）中新的拼接位点的产生与在IVS1中第110位上G→A置换产生新的剪接受体（AG）

转录调控区突变型：这类突变主要发生于β^－珠蛋白基因5′端侧翼序列的启动子区。影响转录的效率，对珠蛋白合成的损害一般较温和，表型为β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。TATA框可发生6种不同的突变，如中国人常见的－28A→G就是其中之一，该突变破坏了TATA框，造成β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。

RNA裂解信号突变型：RNA加工过程中的加“帽”和加“尾”对于维持mRNA的有效翻译起关键作用。＋1位突变（如A→C）可能影响转录，造成mRNA减少，引起β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。在加“尾”信号顺序AATAAA中，已发现4种不同的核苷酸替换和1种五核苷酸缺失。这类突变的表型都是β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。如美国黑人中发现的多聚腺苷酸化信号AATAAA→AACAAA，引起β＋－珠蛋白生成障碍性贫血。

图9－16　IVS2－654C→T突变的转录产物的加工图

（a）β^－珠蛋白基因，↓代表IVS2－654位置，代表IVS2579内部隐匿的3′端受位剪切点

（b）正常mRNA剪接产物

（c）IVS2－654C→T突变mRNA的剪接产物，表示外显子2和外显子3之间插入的1个额外外显子

从上面的介绍可看出，血红蛋白病的发生涉及多种突变机制，代表了单基因病的一般发病机制。单个碱基置换是单基因病发生的主要分子基础；错义突变是引起异常血红蛋白的主要原因；无义突变和终止密码子突变可使翻译的肽链长度改变；移码突变可能使翻译的肽链结构异常或长度改变；不等交换形成的融合基因可编码杂种肽链，既有肽链结构异常，同时又有肽链合成速率的改变。因此，异常血红蛋白病和珠蛋白生成障碍性贫血有共同的分子基础。对于珠蛋白生成障碍性贫血而言，几乎遍布整个β基因的点突变是引起β^－珠蛋白生成障碍性贫血的主要原因（表9－5），基因缺失是引起α－珠蛋白生成障碍性贫血的主要原因。

表9－5　β基因的部分突变举例

续表

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CD：密码子；IVS：内含子。