血红蛋白病遗传学.ppt

2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,1,血 红 蛋 白 病 （hemoglobinopathies),郭 奕 斌 中山大学中山医学院医学遗传室,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,2,概 述,血红蛋白病（hemoglobinopathy）是指由于珠蛋白分子结构或合成量异常所引起的疾病。它是人类孟德尔遗传病（单基因病）中研究得最深入、最透彻的分子病，是运输性蛋白病的代表，是研究人类遗传病分子机理的最好模型。据估计，全世界至少有1.5亿人携带血红蛋白病的基因，我国南方发病率较高。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,3,蛋白病的分类,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,4,蛋白病,地 中 海 贫 血,异常血红蛋白病,抗 凝 血 因 子 缺 乏 症,受体蛋白病,免疫缺陷病,膜 蛋 白 病,胶原蛋白病,酶 蛋 白 病,血 友 病,血红蛋白病,Harts水肿胎,地贫,地贫,标准型地贫,H b H 病,静止型地贫,镰形细胞贫血症,不稳血红蛋白病,血 红 蛋 白 M 病,氧亲和力改变 的血红蛋白病,重型地贫,轻型地贫,中间型地贫,HbF持续增多症,血管性假血友病,丙型血友病,乙型血友病,甲 型 血 友 病,嘌呤和嘧啶,氨 基 酸 ,脂类代谢异常,糖代谢 异 常,造 血 组 织 ,卟啉代谢异常,金属代谢异常,溶 酶 体 酶 ,结缔组织等,其 它 类 型 ,（如：GSD等）,（如：MPS等）,（如：LNS等）,（如：PKU等）,（如：高雪病）,，,，,，,，,，,其他蛋白病,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,5,内容安排,一、正常血红蛋白的分子结构和发育演变 二、珠蛋白基因的结构 三、常见血红蛋白病及其分子机制,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,6,一、正常血红蛋白的分子结构和发育演变 分子结构： 血红蛋白是一复合蛋白，由珠蛋白与血红素结合而成（ ）。为四个亚单位构成的四聚体，每一亚单位由1条珠蛋白肽链和1个血红素辅基构成。,血红蛋白的组成,(hemoglobin, Hb),heme globin,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,8,珠蛋白的三维空间结构,血红蛋白四聚体,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,9,肽链有7种：、G、A、。 组成两大类，即： 类：或。 类：、G、 A、 或。 大多珠蛋白是由一对类链和一对非链组成，共形成6类。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,10,正常人体血红蛋白组成,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,11,顺 口 溜,、 Gower 1，、 Gower 2，、Portland，、HbF，、HbA，、为A2。 一条缺2个1，一条缺1个2。16p13，11p15。组蛋白基因簇集于，7q32-q36。微管相关蛋白2， 2q34-q35；MAPT1，17q21；MAPT2，在6q21。成人多囊肾基因，定位16p13。 HbS谷变缬(位于第6密码子)，HbE谷变赖(位于26密码子)。,各种血红蛋白的发育演变,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,13,人体血红蛋白肽链的发育演变,胚胎早期：合成、 早期稍后：合成、 到第8周：、渐少，最多，开始合成。 至36周后：渐增，逐减 胎儿期：已合成链。 出生后不久：和等量合成 出生3个月后：速增，速减 成人后：HbAHbF,珠蛋白基因簇中基因排列顺序与它们在人体发育过程中的表达次序完全一致。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,14,相关概念,1、基因家族(gene family)：真核基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这组基因即称之。 2、基因簇(gene cluster)：基因家族的成员可以分布于几条不同染色体上，也可以集中于一条染色体上。集中成簇的一组基因就称之。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,15,如：HLA系统7个连锁基因座位，排列成A-C-B-D-DR-DQ-DP，形成一个基因簇；类和类珠蛋白基因簇分别成串排列在16p13和11p15上；组蛋白基因簇则群集于7q32-q36。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,16,3、假基因：在基因家族中的某些成员并不产生有功能的基因产物，称为假基因（pseudogene），如、。假基因没有内含子结构，75%-80%碱基序列与正常基因相同，但不能转录为结构蛋白，它们可能是进化过程中遗留下来的“退化”基因。,二、珠蛋白基因的结构,黑框：exons；绿框：introns；黄框：侧翼序列,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,18,1、珠蛋白基因簇：16p13.33-p13.11，2个基因(1和2)，1个基因，2个假基因(、1)。 1和2基因高度同源，编码完全相同的肽链 。 排列顺序： 51213，总长度为30kb，每个基因有3个外显子和2个内含子，即IVS1和IVS2，其长度分别为95bp和125bp。它们分别插入到外显子1、2和2、3之间。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,19,珠蛋白基因簇,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,20,2、珠蛋白基因簇：11p15.5，有、G、A、和基因，以及假基因1。 排列顺序：5GA13，总长度为70kb。每个基因也有3个外显子和2个IVS1和IVS2，其长度分别为130bp和850bp，它们分别插入到外显子1、2和2、3之间。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,21,珠蛋白基因簇,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,22,三、常见血红蛋白病 及其分子机制,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,23,一、异常血红蛋白病： 异常血红蛋白（abnormal hemoglobin）是指由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病或异常血红蛋白综合征。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,24,自1949年Pauling发现第一种异常血红蛋白(HbS)至今，全世界已有650多种。本病常见类型有：镰型细胞贫血症、不稳定血红蛋白病、血红蛋白M病(HbM)、氧亲和力改变的血红蛋白病四种。,镰状细胞贫血症 (sickle cell anemia),临床症状：严重的慢性溶血性贫血 患者多在成年期死亡 发病机理：6 GAA（谷氨酸） GUA（缬氨酸） 诊断：a. 血涂片“镰变试验”阳性 b. 电泳：有一“”区带,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,27,分子发生机制： 错义突变： HbS：由链第6个密码子GAGGTG，氨基酸 由GlnVal； HbE：由链第26个密码子GAGAAG，氨基酸由GlnLys.,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,28,终止密码突变：HbCS: 链第142位UAACAA（Gln）延长为172AA。导致链合成减少，表现为+地贫。 无义突变：Hb Mckees-Rock：链的第145位TATTAA，使肽链合成提前终止，形成比正常HbA 链少2个AA的异常血红蛋白。 移码突变：HbWayne: 链第138位UCC丢失1个C使第142位UAA变为可读结果至147位才终止。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,29,异常血红蛋白 Hb Wayne 缺失图解,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,30,酪 丝 脯 苏 谷 .UAC AGU CCU ACA GAA 正常密码子顺序 C A (终止) 缬 亮 谷酰 UAA GUC CUA CAG AA. 第一密码子缺失一个C 酪 精 丝 酪 精 UAC AGA UCC UAC AGA A. 第二密码插入一个A 移码突变示意图,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,31,整码缺失或插入： Hb Leiden：链第6或第7位氨基酸缺失； Hb Grady：链第116位Pro后插入了3个AA（PheThrPro）。 融合基因：Hb Lepore：有融合基因，无和基因，不稳定，是地贫的重要原因之一；Hb反Lepore：有融合基因，还有和基因。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,32,1 2 3 4 5 6 密码子编号 AAG GAC CGG GCG ACC CGA 正常密码子序列 赖 冬 精 丙 苏 精 AAG GAC AAA CGG GCG ACC CGA 第2与第3密码间插入AAA 赖 冬 赖 精 丙 苏 精 AAG GAC CGG ACC CGA 第4密码子丢失GCG 赖 冬 精 苏 精 整 码 突 变,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,33,血红蛋白融合基因和形成机理,二、地中海贫血(thalassemia),地中海贫血 地中海贫血,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,35,地中海贫血,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,36,地中海贫血的类型,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,37,（1）Hb Barts水肿胎特征,4个基因全缺失，完全不能合成链，不能形成胎儿血红蛋白-HbF(22)，相对过多的链形成四聚体4，4称为Hb Barts，它的氧亲和力高，释放给组织的氧很少，胎儿由于严重缺氧，于28-30周全身水肿，多在宫内死亡或产下即死。脐血电泳: HbBarts 60-80%和少量HbPortland.,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,38,HbBarts 患儿基因型:- -/- - HbBarts 父母基因型: 再发风险：为HbBarts水肿胎儿 为正常人 为0地贫的杂合子,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,39,（2）HbH disease 缺失3个基因链链相对形成四聚体（HbH），4不稳定，易氧化变性形成H包涵体RBC变形性溶血。 临床表现：中度或较严重贫血，脐血Hb电泳BartsHbH，6个月后HbBarts消失，HbH。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,40,HbH病患者的基因型为： （/）或者（/ T ） HbH病患者父母的基因型为： （）与（） 或 （）与（ T ),2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,41,假如父母的基因型为： 父（）；母（）,母 父 / / / / ,地贫分子基础 (1)缺失型地贫 (2)非缺失地贫,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,43,1、基因型分型 0：链完全不能合成者，称为0地贫（或称地贫1），写作： 。 +：能合成部分链者称为+地贫（或称地贫2），写作： 。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,44,分子机制： 缺失型： +地贫：左缺失为只缺失2，仅见于亚洲人；右缺失为缺失2的3和1的5，形成融合基因，见于地中海、美国黑人及亚洲人。 0地贫：常见有4-5种（见下图）。 非缺失型：如亚洲人的HbCS、中国人的非缺失型HbH病。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,45,图9-11 珠蛋白基因簇缺失类型,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,46,地中海贫血,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,47,地中海贫血的临床分型 （1）重型地中海贫血 （2）轻型地中海贫血 （3）中间型地中海贫血 （4）遗传性胎儿血红蛋白持续增多症,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,48,地贫重型患者的临床表现,1. 出生后不久即出现进行性贫血 2. 肤色苍白或呈黄色伴黄疽 3. 颅面骨呈特殊面容 (头大、眉距增宽、鼻梁低平、颧骨突出) 4. 疲乏无力、衰弱；呼吸短促；肝脾肿大 7.发育障碍；智力迟钝。 而携带者通常不显任何症状。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,49,X线检查: 1.婴幼儿掌骨、指骨骨髓腔增宽 2.长骨皮质变薄 3.以后可见颅骨骨板变薄、颅板间有 放射状骨刺。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,50,病因：由于链缺乏 或过多的链变性沉积RBC变形性，通透性改变溶血性贫血组织缺氧促红细胞生成素造血增强、骨髓增生骨畸形、骨髓外造血肝脾肿大。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,51,实验室检查,(一)呈小细胞低色素性贫血，红细胞大小不均，可见异形，靶形红细胞(可有0-66)，网织红细胞增多。 (二)红细胞渗透脆性降低。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,52,(三)血红蛋白分析: 重型和中间型 地贫的HbF含量增高，抗碱血红蛋白可在40以上。 轻型 地中海贫血患儿的HbA2含量增高。 HbH病或Barts水肿胎的HbH与Hb Barts的含量都增高。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,53,地贫分子基础,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,54,1.地中海贫血的突变类型 （1）点突变：绝大多数的地中海贫血是由于基因发生点突变所致。 a.编码区的无义突变、移码突变、起始密码突变 b.非编码区IVS1、IVS2突变 c.影响转录的突变：主要集中于TATA box d.RNA裂解部位缺陷：影响Cap或polyA信号的突变,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,55,表型效应： 无功能mRNA突变型：17code的无义突变，41-42code的-4移码突变，均产生0地贫； RNA加工障碍突变型：GT-AG法则被破坏，引起0地贫； 转录调控区突变型：-28位AG突变，破坏了TATA框，引起+地贫； RNA裂解信号突变型：3端的AATAAA发生改变，导致裂解信号改变，最终引起地贫。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,56,（2）类基因缺失 a.按类珠蛋白基因簇缺失长短大致可分4种，即0、地中海贫血及遗传性胎儿血红蛋白增多症。 b.单纯由于基因缺失引起的0地中海贫血罕见。 c.融合基因，如Hb Lepore,是类基因缺失7kb导致融合基因，形成0地贫。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,57,中国人中常见的地贫突变 CD 28 (A G) +地贫 CD17（A G，无义突变) 0地贫 CD41/42（-TCTT） 0地贫 CD71/72(+A) 0地贫 IVS-2 654(C T) 0地贫 此外，还有CD26(GA),IVS1-5(GC),TATA box-29(AG),CD43(G T),CD27-28(+C).,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,58,基因型分型 1.完全不能合成链者,称为0地贫 2.能部分合成链者(约为正常的5%-30%),称 + 地贫 3.0地贫。 可组合成: 0地贫纯合子(0 /0)、0地贫杂合子(0 /A )、0地贫双重杂合子(0 /+ )、 +地贫纯合子(+ /+)、+地贫杂合子(+ /A) 。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,59,各型所对应的基因型： （1） 重型地中海贫血 基因型4种：（0/0），（+/+）， （0/0），（0/+）。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,60,（2）轻型地中海贫血 （0/A）（+/A）（0/A） （3）中间型地中海贫血 患者通常是某些地贫的纯合子或两种不同变异型的双重杂合子,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,61,(4)遗传性胎儿血红蛋白持续增多症 由于基因簇中某些DNA片段的缺失或者点突变，使和链的合成受到抑制，而链的合成明显增加，使成人HbF含量持续增多。特点是：HbF在成人仍持续较高水平，无明显的临床症状。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,62,诊断技术,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,63,一、地中海贫血基因诊断 1、Southern印迹杂交诊断 2、以PCR为基础的诊断方法,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,64,二.-地贫的诊断 1、基于PCR的各种突变检测技术 2、反向点杂交,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,65,防治手段,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,66,遗传咨询,一、系谱分析 二、再发风险估计 三、婚检和产检,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,67,地贫产前筛查和产前诊断工作流程图,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,68,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,69,（产前）基因诊断,1、连锁分析法（RFLP、VNTR、SNP）； 2、突变检测： PCR-SSCP; ARMS; DHPLC; SEQUENCE; Reverse Dot Hybridization ; Gene Chip. (7)错配碱基PCR/酶切法 (8)MLPA(Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification)多重连接依赖性探针扩增技术,（The End）,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,70,地中海贫血的治疗 (1)输血 地贫临床表现程度各异，但大多数重型地贫都要靠输血维持生命，一方面给家庭和社会带来巨大的经济负担，另一方面长期输血不能根本治愈患者，并造成一系列与输血有关的疾病，如铁贮积、免疫反应、病毒感染等，最终威胁患者的生命。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,71,(2) 药物治疗 珠蛋白基因在成人后被关闭，若能重新激活珠蛋白基因，增加HbF的合成，就能在功能上代偿患者体内珠蛋白不足的情况。5-氮胞核苷、羟基脲、丁酸盐都曾被用来治疗地贫。红细胞生成素(Epo) 能改善镰形细胞贫血以及地贫患者的症状，促进和珠蛋白基因的表达。但Epo达到治疗效果的剂量大、费用昂贵，限制了在临床上的应用,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,72,(3) 地贫的基因治疗 珠蛋白基因定位、结构明确，对相应的调控基因了解较清楚，因此地贫是最早被尝试用于基因治疗的疾病之一。但由于珠蛋白基因的红系组织特异性和发育阶段特异性以及表达调控的复杂性，使其离成功还相当遥远。,2019/4/16,*医学遗传学CAI教学 *,73,骨髓移植,骨髓移植(BMT)：包括全骨髓移植和造血干细胞移植。骨髓移植前，往