血红蛋白病遗传学

2022/12/51血红蛋白病

（hemoglobinopathies)

2022/12/52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。

2022/12/53蛋白病的分类导航上页结束返回

2022/12/54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Hart’s水肿胎β地贫α地贫标准型α地贫HbH病静止型α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β地贫轻型β地贫中间型β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

2022/12/55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

2022/12/56一、正常血红蛋白的分子结构和发育演变

㈠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)hemeglobin

2022/12/58珠蛋白的三维空间结构血红蛋白四聚体导航上页结束返回

2022/12/59肽链有7种：α、β、Gγ、Aγ、δ、ε、ζ。组成两大类，即：■α类：ζ或α。■β类：ε、Gγ、Aγ、β或δ。大多珠蛋白是由一对类α链和一对非α链组成，共形成6类。

2022/12/510正常人体血红蛋白组成发育阶段血红蛋白类型分子组成胚胎HbGower1

ζ2ε2

HbGower2

α2ε2

HbPortland

ζ2Gγ2

ζ2Aγ2

胎儿HbF

α2Gγ2/α2

Aγ2

(70-80%)成人HbA

α2β2

（97%）HbA2

α2δ2

（2%）HbF6个月后（1%）

2022/12/511顺口溜■ζ、εGower1，α、εGower2，ζ、γPortland，α、γHbF，α、βHbA，α、δ为A2。

■一条缺2个α1，一条缺1个α2。α16p13，β11p15。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)。导航上页结束返回各种血红蛋白的发育演变

2022/12/513人体血红蛋白肽链的发育演变胚胎早期：合成ζ、ε早期稍后：合成α、γ到第8周：ζ、ε渐少，γ最多，β开始合成。至36周后：β渐增，γ逐减胎儿期：已合成δ链。出生后不久：β和γ等量合成出生3个月后：β速增，γ速减成人后：HbA↑↑HbF↓↓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。

2022/12/514相关概念1、基因家族(genefamily)：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(genecluster)：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。

2022/12/515

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α和类β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。导航上页结束返回

2022/12/5163、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ψζ、ψα、ψβ。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

1313299100141α链

13031104105146β链黑框：exons；绿框：introns；黄框：侧翼序列

2022/12/5181、α珠蛋白基因簇：，2个α基因(α1和α2)，1个ζ基因，2个假基因(ψζ、ψα1)。α1和α2基因高度同源，编码完全相同的肽链。排列顺序：

5′→ζ→ψζ→ψα1→α2→α1→3′，总长度为30kb，每个α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。导航上页结束返回

2022/12/519α珠蛋白基因簇导航上页结束返回

2022/12/5202、β珠蛋白基因簇：11p15.5，有ε、Gγ、Aγ、δ和β基因，以及假基因ψβ1。排列顺序：5′→ε→Gγ→Aγ→ψβ1→δ→β→3′，总长度为70kb。每个β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。导航上页结束返回

2022/12/521β珠蛋白基因簇导航上页结束返回

2022/12/522三、常见血红蛋白病

及其分子机制

2022/12/523一、异常血红蛋白病：异常血红蛋白（abnormalhemoglobin）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。

2022/12/524

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(sicklecellanemia)①临床症状：严重的慢性溶血性贫血患者多在成年期死亡②发病机理：6GAA（谷氨酸）→

GUA（缬氨酸）③诊断：a.血涂片“镰变试验”阳性

b.电泳：有一“Ｓ”区带

2022/12/527■分子发生机制：⑴错义突变：①HbS：由β链第6个密码子GAG→GTG，氨基酸由Gln→Val；②HbE：由β链第26个密码子GAG→AAG，氨基酸由Gln→Lys.导航上页结束返回

2022/12/528⑵终止密码突变：HbCS:α链第142位UAA→CAA（Gln）→延长为172AA。导致α链合成减少，表现为α+地贫。⑶无义突变：HbMckees-Rock：β链的第145位TAT→TAA，使肽链合成提前终止，形成比正常HbAβ链少2个AA的异常血红蛋白。⑷移码突变：HbWayne:α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。导航上页结束返回

2022/12/529异常血红蛋白HbWayne缺失图解导航上页结束返回

2022/12/530

酪丝脯苏谷

….UACAGUCCUACAGAA……..

正常密码子顺序

↓C

↑A①②

(终止)缬亮谷酰①UAAGUCCUACAGAA…….

第一密码子缺失一个C

酪精丝酪精②UACAGAUCCUACAGAA….

第二密码插入一个A

移码突变示意图

2022/12/531⑸整码缺失或插入：①HbLeiden：β链第6或第7位氨基酸缺失；②HbGrady：α链第116位Pro后插入了3个AA（Phe→Thr→Pro）。⑹融合基因：①HbLepore：有δβ融合基因，无δ和β基因，不稳定，是β地贫的重要原因之一；②Hb反Lepore：有βδ融合基因，还有δ和β基因。

2022/12/532123456密码子编号AAGGACCGGGCGACCCGA正常密码子序列赖冬精丙苏精

AAGGACAAACGGGCGACCCGA第2与第3密码间插入AAA

赖冬赖精丙苏精

AAGGACCGGACCCGA第4密码子丢失GCG

赖冬精苏精

整码突变

2022/12/533血红蛋白融合基因βδ和δβ形成机理导航上页结束返回

二、地中海贫血(thalassemia)

α地中海贫血β地中海贫血

2022/12/535α地中海贫血导航上页结束返回

2022/12/536α地中海贫血的类型

名称基因型缺失基因α链的合成Hart’s水肿胎α0/α0

––/––

0%

HbH病α+/α0

α–/––

25%

标准型α地贫（轻型）αA/α0

αα/––

50%

α+/α+

α–/α–

静止型α地贫αA/α+

αα/α–

75%

正常αA/αA

αα/αα

100%

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2022/12/537（1）HbBart’s水肿胎特征4个α基因全缺失，完全不能合成α链，不能形成胎儿血红蛋白-HbF(α2γ2)，相对过多的γ链形成四聚体γ4，γ4称为HbBart’s，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:HbBart's60-80%和少量HbPortland.

2022/12/538HbBart‘s患儿基因型:--/--HbBart‘s父母基因型:－－／αα再发风险：１／４为HbBart‘s水肿胎儿１／４为正常人１／２为α0地贫的杂合子

2022/12/539（2）HbHdisease

缺失3个α基因→α链↓↓→β链相对↑→形成β四聚体（HbH），β4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Bart's＞HbH，6个月后HbBart's消失，HbH↑。

2022/12/540HbH病患者的基因型为：（－－/－α）或者（－－/αTα）HbH病患者父母的基因型为：（－－／αα）与（α－／αα）或（－－／αα）与（ααT

／αα)

2022/12/541

假如父母的基因型为：父（－－／αα）；母（α－／αα）母父－－αα

α

－－－/α

－

α

－/αα

αα－－/αααα/ααα地贫分子基础

(1)缺失型α地贫

(2)非缺失α地贫

2022/12/5431、基因型分型<1>α0：α链完全不能合成者，称为α0地贫（或称α地贫1），写作：－－。<2>α+：能合成部分α链者称为α+地贫（或称α地贫2），写作：α－。导航上页结束返回

2022/12/544<3>分子机制：⑴缺失型：①α+地贫：左缺失为只缺失α2，仅见于亚洲人；右缺失为缺失α2的3′和α1的5′，形成融合基因，见于地中海、美国黑人及亚洲人。②α0地贫：常见有4-5种（见下图）。⑵非缺失型：如亚洲人的HbCS、中国人的非缺失型HbH病。导航上页结束返回

2022/12/545图9-11珠蛋白基因簇缺失类型

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2022/12/546β地中海贫血

2022/12/547β地中海贫血的临床分型（1）重型β地中海贫血（2）轻型β地中海贫血（3）中间型β地中海贫血（4）遗传性胎儿血红蛋白持续增多症

2022/12/548β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。导航上页结束返回

2022/12/549X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。导航上页结束返回

2022/12/550

病因：由于β链缺乏或↓↓→过多的α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。

2022/12/551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。

2022/12/552(三)血红蛋白分析:

重型和中间型β

地贫的HbF含量增高，抗碱血红蛋白可在40％以上。轻型β

地中海贫血患儿的HbA2含量增高。

HbH病或Barts水肿胎的HbH与Hb

Bart’s的含量都增高。

2022/12/553β地贫分子基础

2022/12/554

1.β地中海贫血的突变类型（1）点突变：绝大多数的β地中海贫血是由于β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TATAboxd.RNA裂解部位缺陷：影响Cap或polyA信号的突变

2022/12/555表型效应：①无功能mRNA突变型：17code的无义突变，41-42code的-4移码突变，均产生β0地贫；②RNA加工障碍突变型：GT-AG法则被破坏，引起β0地贫；③转录调控区突变型：-28位A→G突变，破坏了TATA框，引起β+地贫；④RNA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β地贫。导航上页结束返回

2022/12/556（2）类β基因缺失

a.按类β珠蛋白基因簇缺失长短大致可分4种，即β0、δβ、γδβ地中海贫血及遗传性胎儿血红蛋白增多症。

b.单纯由于β基因缺失引起的β0地中海贫血罕见。

c.融合基因，如HbLepore,是类β基因缺失7kb导致δβ融合基因，形成β0地贫。

2022/12/557中国人中常见的β地贫突变

CD28(A→G)β+地贫

CD17（A→G，无义突变)β0地贫

CD41/42（-TCTT）β0地贫

CD71/72(+A)β0地贫

IVS-2654(C→T)β0地贫此外，还有CD26(G→A),IVS1-5(G→C),TATAbox-29(A→G),CD43(G→T),CD27-28(+C).

2022/12/558基因型分型

1.完全不能合成β链者,称为β0地贫

2.能部分合成β链者(约为正常的5%-30%),称β+地贫

3.δβ0地贫。可组合成:β0地贫纯合子(β0/β0)、β0地贫杂合子(β0/βA)、β0地贫双重杂合子(β0/Β+)、β+地贫纯合子(β+/β+)、β+地贫杂合子(β+/βA)。

2022/12/559各型所对应的基因型：（1）重型β地中海贫血基因型4种：（β0/β0），（β+/β+），（δβ0/δβ0），（β0/β+）。

2022/12/560（2）轻型β地中海贫血（β0/βA）（β+/βA）（δβ0/βA）（3）中间型β地中海贫血患者通常是某些β地贫的纯合子或两种不同变异型的双重杂合子

2022/12/561(4)遗传性胎儿血红蛋白持续增多症由于β基因簇中某些DNA片段的缺失或者点突变，使δ和β链的合成受到抑制，而γ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。

2022/12/562诊断技术导航上页结束返回

2022/12/563一、α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

2022/12/564二.β-地贫的诊断

1、基于PCR的各种突变检测技术

2、反向点杂交

2022/12/565防治手段导航上页结束返回

2022/12/566遗传咨询一、系谱分析二、再发风险估计三、婚检和产检导航上页结束返回

2022/12/567地贫产前筛查和产前诊断工作流程图

2022/12/568

2022/12/569（产前）基因诊断1、连锁分析法（RFLP、VNTR、SNP）；2、突变检测：⑴PCR-SSCP;⑵ARMS;⑶DHPLC;⑷SEQUENCE;⑸ReverseDotHybridization;⑹GeneChip.(7)错配碱基PCR/酶切法

(8)MLPA(MultiplexLigation-dependentProbeAmplification)多重连接依赖性探针扩增技术（TheEnd）

2022/12/570β地中海贫血的治疗(1)输血

β地贫临床表现程度各异，但大多数重型β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。

2022/12/571(2)药物治疗

γ珠蛋白基因在成人后被关闭，若能重新激活γ珠蛋白基因，增加HbF的合成，就能在功能上代偿患者体内β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β地贫。红细胞生成素(Epo)能改善镰形细胞贫血以及β地贫患者的症状，促进β和γ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