血红蛋白病遗传学.ppt

2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 3 蛋白病的分类 2020 3 31 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 Hart s水肿胎 地贫 地贫 标准型 地贫 HbH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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 hemeglobin 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 10 正常人体血红蛋白组成 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 11 顺口溜 Gower1 Gower2 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 2020 3 31 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 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 14 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 5 1 2 1 3 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 19 珠蛋白基因簇 2020 3 31 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 5 G A 1 3 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 21 珠蛋白基因簇 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 22 三 常见血红蛋白病及其分子机制 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 23 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 2020 3 31 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 sicklecellanemia 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 6GAA 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 2020 3 31 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GAG GTG 氨基酸由Gln Val HbE 由 链第26个密码子GAG AAG 氨基酸由Gln Lys 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 28 终止密码突变 HbCS 链第142位UAA CAA Gln 延长为172AA 导致 链合成减少 表现为 地贫 无义突变 HbMckees Rock 链的第145位TAT TAA 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 29 异常血红蛋白HbWayne缺失图解 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 30 酪丝脯苏谷 UACAGUCCUACAGAA 正常密码子顺序 C A 终止 缬亮谷酰 UAAGUCCUACAGAA 第一密码子缺失一个C酪精丝酪精 UACAGAUCCUACAGAA 第二密码插入一个A移码突变示意图 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 31 整码缺失或插入 HbLeiden 链第6或第7位氨基酸缺失 HbGrady 链第116位Pro后插入了3个AA Phe Thr Pro 融合基因 HbLepore 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 32 123456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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 35 地中海贫血 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 36 地中海贫血的类型 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 37 1 HbBart s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 2 2 相对过多的 链形成四聚体 4 4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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 38 HbBart s患儿基因型 HbBart s父母基因型 再发风险 为HbBart s水肿胎儿 为正常人 为 0地贫的杂合子 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 39 2 HbHdisease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Bart s HbH 6个月后HbBart s消失 HbH 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 45 图9 11珠蛋白基因簇缺失类型 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 46 地中海贫血 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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HbBart s的含量都增高 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 53 地贫分子基础 2020 3 31 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TATAboxd RNA裂解部位缺陷 影响Cap或polyA信号的突变 2020 3 31 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A G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 2020 3 31 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HbLepore 是类 基因缺失7kb导致 融合基因 形成 0地贫 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 57 中国人中常见的 地贫突变CD28 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 2654 C T 0地贫此外 还有CD26 G A IVS1 5 G C TATAbox 29 A G CD43 G T CD27 28 C 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 62 诊断技术 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 65 防治手段 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 医学遗传学 CAI教学 68 2020 3 31 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 ReverseDotHybridization GeneChip 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 2020 3 31 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 往往需要找到完全匹配的供者 若没有合适的供者 就需进行化疗和放疗 化