生化遗传学医学

生化和分子遗传病 -是由于遗传物质改变，以及遗传物 质对蛋白质（酶）的合成及机体代谢控 制的改变而造成的。 第一节 分子病 运输性蛋白病 凝血因子缺乏 免疫蛋白缺陷病 膜转运蛋白病 受体蛋白病 胶原蛋白病 分子病 (根据异常蛋白的功能和分布分为 ) 血红蛋白病（ hemoglobinopathy）是 由于基因突变导致珠蛋白 结构异常 或 合成 量异常 而引起的疾病。 估计全球约有 2亿多人携带血红蛋白病 的基因。 一、血红蛋白病 （一）正常血红蛋白的分子结构与 发育变化 珠蛋白 血红素 血红蛋白 2条 类链 2条 类链 1、血红蛋白分子结构 2条 类链： 、 链 ， 141aa。 2条 类链： 、 、 G、 A、 链 ， 146aa 链相当于原始的 链， 链相当于原始的 链。 血红蛋白 链 n 类 链：（ 、 ） 141 个 aa n 类 链 :（ 、 、 、 ） 146个 aa 血红蛋白 链 ， 螺旋结构。 血红蛋白的结构 肽链上氨基酸按一定方式卷曲成 螺旋 ,N C端分成 8个 螺旋段，各段经 H键或离子键相互靠扰，形成三维空间 ，则非极性氨基酸位于内部，极性氨基酸在外部，血红 素位于肽链折叠的口袋中，这位置可结合 O2、 CO2等。 一级结构： 类 链： 141个 aa 类 链： 146个 aa 二级结构： 螺旋 三级结构： 非螺旋处通过氢键或离子键折叠。 分为 8段， A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H 四级结构 两条类 链和两条类 链聚合而成。 表 10-1正常人体血红蛋白 血红蛋白 组成血红蛋白的肽链 发育阶段 Hb GowerI 22 胚胎 Hb GowerII 22 胚胎 Hb Portland 2G2 2A2 胚胎 Hb F 2G2 2A2 胎儿 Hb A 22 成人 Hb A2 22 成人 2、 Hb发育变化发育变化 珠蛋白基因簇 珠蛋白基因簇 （二）人类 珠蛋白基因及其表达 珠蛋白基因 类 : 、 链， 141个 aa组成 类 :G、 A、 、 、 ， 146个 aa组成。 1、 珠蛋白基因簇： 位于 16p13.33 P13.11 ，上有 2个 基因， 1个 基因，以及 3个假基因 、 2 、 1，一个功能不明的 。基因排列顺 序为： IVS1 IVS2 5 3 31 32 99 100 141 Hb 16p13.33 P13.11 5 1 2 2 1 3 胚胎期 胚胎期和成人 2、 珠蛋白基因簇： 位于 11p15.4-pter 5 G A3 11p15.4-pter Hb IVS1 IVS2 5 3 30 31 104 105 146 5 G A 3 胚胎期 成人期胎儿期 在个体发育过程中基因表达顺序与其在染色体 上的排列顺序一致。 2 1 2 1 G A 1 胚胎 Hb 胎儿 Hb 成人 HbHb类型 珠蛋白链 基因 Gower Hb 22 22 22 22 22 22 Gower Portland F 转录 翻译 3、珠蛋白基因的表达 胚胎早期：先合成 、 同时或稍后合成 、 8周以后： 、 渐消失， 达高峰 出生 3个月后： 迅速降低 36周后： 急速上升， 速度下降，且大量合成 0 2 4 6 8 出生 2 4 6 8 100 80 60 40 20 肽链（ % ） 妊娠月龄 出生月龄 在人体不同发育阶段， 上述各种 Hb先后出现， 并且有规律地相互更替 。 胚胎早期：先合成 、 同时或稍后合成 、 组成 HbGower1 22 HbGower2 22 HbPortland 22、 HbF22 8周以后： 、 渐消失， 达高峰，因此 HbF22上升 而且开始合成 36周后： 急速上升， 速度下降，且大量合成 出生 3个月后： 迅速降低 HbA 占优势 在整个过程中，各 Hb消失是很协调的。 异常血红蛋白病 : 地中海贫血综合征 : 由于珠蛋白基因异常而导致 合成的珠蛋白肽链结构与功能 发生异常。 珠蛋白基因缺失或缺陷而致 珠蛋白肽链合成速率降低。 血红蛋白病 （三）血红蛋白病的种类 1、 异常血红蛋白病 至今异常血红蛋白病 1004种。 （ 1）异常血红蛋白病种类 镰状细胞贫血症 （ AR遗传） 6谷氨酸（亲水极性） 缬氨酸（非 极性疏水），使易溶于水的分子外部出现 一个疏水的区域，溶解度下降 5倍，红细胞 镰变。 HbS/HbS，预后不佳。 HbA/HbS，无症状 /轻度贫血。 血红蛋白 M病（ HbM） （遗传性高铁血红 蛋白病， AD） ： 肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸或 临近的氨基酸发生替代，使二价铁变为三 价铁，是氧亲和力改变的 Hb病。 有紫绀、继发性红细胞增加。 AD遗传。 不稳定血红蛋白病（ Heinz小体溶血性贫 血） 80多种， Hb会自发变性，成变性珠 蛋白小体 (Heinz)，与细胞膜结合，改变 膜的通透性，同时变形性降低。 例如， 链第 67位缬氨酸被天冬氨酸取代 ） 常为 AD遗传。 置换突变： 错义突变 -HbS 无义突变 Hb Mckees-Rock， TAT- TAA 终 止密 码 变异： 第 142 UAA为终止密 码， 如 UAA CAA为编码谷酰胺突变形成 Hb Constant Spring 病，有 172个 aa （ 2）异常血红蛋白病的分子机制 移 码 变异：如 Hb Wayne 病， 链 138UCC丢失 C。 整码突变： 在 链基因的第 116位后面插入 3个密码子 （ 117-119），肽链出现重复，可形成 Hb Grady病。 融合突变： 如 Hb Lepore病的非 链由 基因和 基因 融合而成。 G A G A G A G A G A G A G A G A 如 HbLepore：类 链由 组成， N端与 相同 ， C端与 相同。故称 链 Hb Lepore 2、地中海贫血 Thalassemia : ： 链合成缺陷 ： 链合成缺陷 地中海贫血 地中海贫血 （ 1）地中海贫血的种类 HbBarts胎儿水肿综合征： n ( ) 不能形成胎儿 HbF，过多的 链形成四 聚体 4，对氧亲和力很高，造成严重缺氧 ，胎儿水肿，致死胎和新生儿死亡。 1） 地中海贫血 （ -Thalassemia） 2 1 2 1 父母均为杂合子： ，再生育， 胎儿有 1/4可能为水肿患儿。 据报道，广东每 9人中有一人为携带者。 血红蛋白 H病患者血象 HbH病： 3个 缺失 4四聚体 溶血 中度溶血 性贫血 轻型 (标准型 ) 地贫： 静止型 地贫： 地中海贫血患者输血治疗 重型 地贫： 珠蛋白基因突变纯合体，无 链或很少。 过剩的 链形成 链包涵体，致溶血性贫血 。 2） 地中海贫血 G A 1 HbF氧亲合力高，不易释放而缺氧，刺 激骨髓造血功能，出现 “地中海贫血 ”面 容。 靠输血为生，常于 20岁之前死亡。 患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅 变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷 ，两眼距离增宽，眼睑浮肿，形成 地中海贫血的特殊面容。 X线颅骨照片：可见颅骨内外板变薄，板障 增宽，在骨皮质间出现垂直短发样骨刺 重型 地贫应从早期开 始给予中、高量输血， 以使患儿生长发育接近 正常和防止骨骼病变。 其方法是 :先反复输注 浓缩红细胞 ,然后每隔 24周输注浓缩红细胞 1015ml/kg，同时给予 铁鳌合剂去铁胺治疗 。 轻型 地贫： 有一个正常 基因， 无明显症状，特点 是 HbA2升高，半数病人 HbF升高。 遗传性胎儿血红蛋白持续增多症 由于 基因和 基因表达受限， 合成增 加，使成人红细胞内 HbF持续增多。 无明显临床症状。 基因缺失 是引起 地中海贫血的主要原因 基因突变 是引起 地中海贫血的主要原因 （转录、翻译、加工环节） （ 2）地中海贫血的分子机理 二、血友病 （一）血友病 A（ hemophilia A， 甲型血友病， OMLM 306700） 第 VIII因子缺乏，抗血友病 球蛋白基因缺陷， 主要为出血倾向： 缓慢持 续渗血发生在轻微创伤后，出 血部位广泛。 XR遗传， 基因 F8C位于 Xq28， 186kb， 2351aa ， 主要有缺失、错义突变、无义突变、 移码突变，约 270种。 （二）血友病 B（ hemophilia B，乙型 血友病， OMLM 306900） 第 IX因子缺乏，血浆凝血活酶成分缺 陷。临床表现同甲型。 XR遗传，杂合子 IX因子活性仅为正常 的 1/3，故女性患者较多。 基因 F9位于 Xq27.1， 34kb， 缺失、点突变、启动子突变（青春期后 减轻，雄性类固醇可诱导启动子产生 IX 因子） 。 （三）血友病 C（ hemophilia C，丙 型血友病， OMLM 26490） 血浆凝血活酶前质（ PTC）缺乏或第 XI因子缺乏症。 较甲乙型轻， AR遗传。 基因 F11定位与 4q35， 50kb，有碱基 替换、缺失、插入等突变。 三、胶原蛋白病 u胶原蛋白占人体蛋白总量的 20%30% 。 u为不溶性纤维性蛋白质。 u在胞外与弹性蛋白、糖蛋白等构成细胞 外基质。 u可由成纤维细胞、平滑肌细胞、成骨细 胞、软骨细胞合成。 由三条原胶原蛋 白分子构成（ 1 、 2、 3 ） 原纤维 胶原 型：皮肤、肌腱、韧带。 型：透明软骨、玻璃体。 型：结缔组织、血管壁。 病例： Marfan综合征 成骨不全症 u Marfan 综合征 (Marfan syndrome） I 1 2 II 1 2 3 4 5 III 1 2 3 4 5 IV 1 2 3 骨骼畸形 二尖瓣功能障碍 晶状体脱位和高度近视 Marfan综合征 17岁男孩 原纤蛋白基因突变 u成骨发育不全症 型 (osteogenesis imperfecta type )(OMIM#166200) 本病患者常有骨折、蓝色巩膜和进行性 传导性耳聋。 重症患者可有早发和多发的骨折，脊柱 侧凸， 2/3有白色巩膜而 1/3有蓝色巩膜，耳 聋和牙本质发育不全。 轻型患者有骨折、蓝色巩膜而无脊柱侧 凸和耳聋。 u成骨不全症 ：频发骨折、蓝色巩膜、 神经性耳聋 25岁 “玻璃女 ”产下小宝宝 。 身高仅 99厘米，遭受几十次骨折 。 美国肯塔基州 36岁女子史黛丝 -赫勒尔德冒 着生命危险，已先后生育了两个孩子。 她的身高仅有 72厘米，患有成骨不全症， 从而导致骨骼易碎性和未充分发育肺部。 u成骨发育不全症 型 AD，致死性，多为新突变，早 期死亡。 四、受体蛋白病 u家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症 杂合子：在人群中 1/500， 血清中胆固醇 300 400mg/dl 手、肘、膝、踝有黄瘤，并有角膜弓 40 60岁可患冠心病。 正常人：血清中胆固醇 150 250mg/dl 纯合子：少见，在人群中 1/1， 000， 000， 血清中胆固醇严重升高 600mg/dl 幼年出现黄瘤和有角膜弓 20岁前发生冠心病 细胞质 LDL颗粒 LDL受体 有被小窝 有被小泡 无被小泡 胞内体 受体与大分子颗粒分开 胞内体部分 胞内体部分 初级溶酶体 吞 噬 溶 酶 体 受体再循环 第二节 酶蛋白病 首先提出 “先天 性代谢缺陷 ”概 念的 Garrod 由于基因突变导致酶蛋白缺失或活 性异常所引起的疾病称为遗传性酶病（ hereditary enzymopathy）。 目前已发现先天性代谢缺陷 2000多种 ，已明确的酶蛋白病有 200多种。 遗传方式以 AR多见， AD和 XR较少 。 一、酶蛋白病的发病机制 S4 E2-3 S5E4-5 S1 底物 S2 中间产物 S3 中间产物 P 终产物 E3-PE1-2 二、酶蛋白病举例 （一） 苯丙酮尿症（ phenylketouria, PKU ） 呈 AR，群体发病率约 1 16000，以智 能发育不全为主要特征， 90以上患者毛 发发黄，肤白，患儿尿和汗有一种特殊的 腐臭。 苯丙氨酸、酪氨酸代谢 多巴苯丙氨酸 蛋白质 酪氨酸 尿黑酸苯丙酮酸 苯乳酸苯乙酸 尿液、汗液排出 蛋白质 PAH 黑色素 儿茶酚胺 乙酰乙酸 CO2+H2O 尿黑酸 氧化酶 甲状腺素 酪氨酸酶 苯丙酮尿症 购买特殊的奶粉和面粉，一年 3次，每年仅此一 项开支就要 1 5万元左右。 右 1为 PKU患者；左 1为其妹，经产前诊断后 确诊亦为患者，出生后低苯丙氨酸饮食，达 到临床痊愈。 （二）白化病 尿黑酸尿症（ AKU） 缺乏尿黑酸氧化酶，代 谢受阻，乙酰乙酸、延胡索 酸从尿液中排出。 1）尿黑酸尿 2）褐黄病 3）关节炎 （三）半乳糖症 乳糖分解为：葡萄糖半乳糖 半乳糖分解为： 1-磷酸葡萄糖、 1-磷酸 半乳糖 表现为乳糖不耐受。半乳糖堆积肠中 ，增加肠道液体渗透压，致腹胀、腹痛 、烦躁。 半乳糖 半乳糖醇 （ 白内障） 半乳糖激酶（ II） 1-磷酸 半乳糖 1-磷酸 葡萄糖 糖原 6-磷酸葡萄糖醛糖还原酶 半乳糖 -1-磷酸尿苷酰转移酶（ I） 半乳糖代谢途径： 2-磷酸 尿苷半 乳糖 + CNS形成 脑苷脂 半乳糖血症 I型 半乳糖 -1-磷酸尿苷酰转移酶缺乏， 使 Gal-1-P（ 1-磷酸 -半乳糖）和半乳糖堆 积： 喂乳后几天出现呕吐、拒食、腹泻、 失重。 AR遗传。 肝脏：一周后功能损 害、黄疸、肝硬化。 脑：智力障碍。 眼：白内障 血：低血糖 半乳糖血症 II型 半乳糖激酶缺乏， 症状较轻，主要表现青年型白内障，无肝 、脑损害。 半乳糖激酶基因位于 17q24，编码 392aa的 激酶。 AR遗传。 （四）糖原贮积症（ GSD）