镰刀型细胞贫血症研究进展

镰刀型细胞贫血症研究进展摘要：追溯镰刀型细胞贫血症研究历史，镰刀型细胞贫血症是20世纪初才被人们发现的一种遗传病。1949年PaulingL和Itano发现镰刀型细胞贫血症与血红蛋白结构异常相关,病人的血红蛋白所带的电荷不同于正常人的血红蛋白。与此同时,JamesNeel发现镰刀型细胞贫血症是一种符合孟德尔遗传规律的疾病。红细胞中的HbS脱氧后经疏水作用聚合成束状纤维,引起膜蛋白异常激活,Cl--K+共转移及Ca2+依赖型K+通道活力增强,K+外流,使细胞脱水变形。HbS的浓度、脱氧程度及HbF浓度影响HbS束状纤维形成过程,而K+通道抑制剂氯三苯甲咪唑、HbF合成的促进羟基脲均可抑制该过程,成为治疗本病的常选药物。镰刀形红细胞贫血(SickleCellAnemia,SCA)是一种经常出现疼痛危象的严重贫血病。自1910年发现该病，直到1949年Pauling等才证实SCA是一种血红蛋白异常的“分子病”。利用电泳指纹图谱早就证明了SCA患者HbS发生了β6Glu→Val突变[1]。至此，才弄清SCA的分子基础。红细胞镰变的初期是可逆的，给予氧可逆转镰变过程。但当镰变已严重损害红细胞膜后，镰变就变为不可逆，即使将这种细胞置于有氧条件下，红细胞仍保持镰状。镰变的红细胞僵硬，变形性差，可受血管的机制破坏和单核巨噬系统吞噬而发生溶血。镰变的红细胞还可使血液黏滞性增加，血流缓慢，加之变形性差，易堵塞毛细血管引起局部缺氧和炎症反应导致相应部位产生疼痛危象，多发生于肌肉、骨骼、四肢关节、胸腹部，尤以关节和胸腹部为常见[2]。现就目前国外对SCA的发病机理及治疗研究的近况综述如下:1SCA的病理：正常成人RBC中的血红蛋白主要是HbA(α2β2)，另有少量HbA2（α2β2一糖基)及微量的HbF(α2γ2)，而纯合子的SCA患者，HbS含量高达95%，杂合子约占35%，后者一般并不表现出临床症状。SCA的发病过程可分为三个阶段，即大量HbS脱氧聚合，并由此诱发细胞膜损伤、细胞失水变形。此外，SCA患者的红细胞(sRBC)与毛细血管内皮细胞粘连性增加，尤其是脱落到血液中的血管内皮细胞对粘附过程的促进作用，也加剧了血管阻塞及溶血反应[3]。1.1HbS聚成束状纤维HbS的溶解性不及HbA等，而脱氧后的HbS溶解性又进一步降低，易于通过疏水作用聚集成束的纤维状结构。在电镜下观察发现，束状纤维均沿变形的sRBC长轴方向排列，并指向变形后的sRBC突出部分。每条束状纤维约由14条链扭转而成，其中的每条链实际上是由两条HbS链借疏水作用并排交错组成。HbS束状纤维的形成主要由sRBC中HbS的浓度、脱氧程度以及HbF浓度这三大因素决定的。当sRBC流经毛细血管发生脱氧作用时，脱氧后的HbS成为聚集作用的中心，并随着脱氧程度的加深，HbS束状纤维变粗变长，最终同sRBC的膜蛋白相互作用，影响细胞膜的通透性。但通常sRBC在微循环中的时间很短暂，不易形成束状纤维。从这也可以看出HbS愈多，愈易形成HbS束状纤维，自然SCA纯合子最易发病。HbF可增强1$S的溶解性。实验发现，将两者等量混合，HbS的溶解度将提高近一倍。显然HbF有阻止HbS的聚集作用的能力。研究表明，这主要是HbF的β87Glu可阻止HbS聚集成HbS链[4]。1.2HbS束状纤维诱导细胞失水变形HbS束状纤维的形成，影响到sRBC膜上的C1--K+共转移及Ca2+依赖型K+通道(GardosK+通道)的功能。Cl--K+共转移过程通常只在网织红细胞中发挥作用，在正常的成熟RBC中便失去作用，而sRBC中Cl--K+共转移速度很快。尤其在血液循环处于停滞状态的血细胞中，这种共转移会引起细胞显著脱水、变形。sRBC的胞内小泡含有高浓度的Ca2+,HbS束状纤维引起细胞膜变形时，胞质Ca2+会短时间增加，从而触发Ca2+依赖型K+通道，促进K+外流，使细胞进一步脱水[5]。1.3sRBC和血管内皮细胞的相互作用研究发现，同正常RBC相比较，sRBC表面有一定粘性，它们同血管上皮细胞粘连的程度与患病的严重程度呈正相关。它们之间的粘连作用是在多种细胞表面分子及血清中的蛋白质分子介导下才完成的。SCA患者的网织红细胞表面分布着结合素复合物分子（α4β），它既可与血浆中的纤维粘连蛋白结合，又可与血管内皮细胞表面的血管细胞粘连分子一1(Vascular-celladhesionmolecule1,VCAM-1)结合，sRBC表面和血管表面还有CD36，而CD36能同由激活的血小板及血管内皮分泌人血的血栓素(Thrombospondin,TSP)结合，这样sRBC之间及其与血管内皮之间就以TSP为“桥”粘连在一起。TSP还能同sRBC表面的硫酸聚糖分子(sulfatedglycans)相结合。最近还发现T5P能同血浆中的vonWillebrand因子(vWF)结合。vWF是由血管内皮细胞、巨核细胞及激活的血小板分泌的一群大小不一的糖蛋白分子，分子量大致在0.5~2x106之间。vWF同TSP的这种特异的可饱和性结合，有阻止sRBC同TSP结合，抑制sRBC同血管内皮产生粘连[6]。近来Solovey等研究发现，脱落后进人血液的SCA患者内皮细胞经许多炎症因子、细胞因子(如，IL、肿瘤坏死因子)等的激活，可转变成活化型内皮细胞，进而产生许多粘附分子，从而在sRBC患者的血管病理中产生重要影响[7]。2SCA的治疗方法2.1药物阻止HbS的聚合作用理想的药物要求能够通过胃肠道吸收，进人血液后结合血浆蛋白的能力弱，关键是要能透过sRBC膜，并以强而特异性方式阻止HbS的聚合。在详细研究HbS聚合物三维结构的基础上，试验过多种化学物质，如氰酸的钾盐、钠盐、丁二酸及其衍生物等。但是要想结合SCA患者全部HbS，就需要摄入大量药物，因此，这些药的毒副作用限制了它们的临床应用。到现在还没有筛选到可用于临床的HbS束状纤维抑制药[8]。2.2降低细胞HbS浓度HbS浓度愈高，聚合成束状纤维的速度愈快。因而如设法降低HbS浓度就可缓解病情。最先用于临床研究的方法是降低血Na+，使sRBC渗透吸水膨胀法。此法虽然有效，但整个过程烦琐而危险，不宜用于长期治疗。最新的方法是抑制Ca2+依赖型K+通道及Cl--K+共转移过程，阻止sRBC脱水变形，并因此使sRBC内的HbS浓度降低。通过体外培养试验、患SCA的转基因小鼠及对临床患者的研究发现，抗真菌类药氯三苯甲咪唑(clotrimazole)能特异性阻断K+通道，使患者RBC镰化明显减少，同时sRBCK+增加，细胞脱水减少[9]。尽管目前仍末完全弄清Cl--K+共转移引发sRBC中外流及脱水的机理，但体外试验表明，胞内的二价阳离子，尤其Mg2+，可有效地阻遏sRBC的Cl--K+共转移[3]。2.3诱导HbF的合成HbF是HbS束状纤维形成的强有力的抑制物。因此，能促进HbF产生的药物肯定对患者有益。目前在动物及人体中已测试的药物有5’-氮杂胞苷和羟基脲等抗癌类药物以及丁酸及其衍生物类。它们都能诱导在sRBC中合成较多的HbF，其中以羟基脲的应用前景看好。羟基脲主要用于抗肿瘤治疗，其毒性相对较低，对骨髓的抑制作用是可逆的。有人曾对32例患者采用羟基脲治疗长达两年之久，也未观察到其骨髓染色体出现异常变化。这表明羟基脲没有诱变作用(mutagene-sis)。多数SCA患者在给予能引起轻度抑制的剂量后，其sRBC数目和HbF含量都有明显增加，同时患者的溶血减轻，Hb浓度略有提高，疼痛危象的发生率及严重程度大大降低[10]。目前正引起人们注意的方法是骨髓移植治疗，但这方面的工作才刚刚起步[8]。到目前为止还没有研究出有效的治疗SCA方法，但随着基因工程技术的发展，人们可以建立相应转基因小鼠模型，用于测试各种治疗方法，因而完全有可能摸索出一套治疗方案。现在看来，基因治疗要用于高水平表达β-珠蛋白基因，并将之转导人患者的造血干细胞并不容易。但有一点是肯定的，对SCA研究有助于了解高等动物的基.因表达及调控作用。参考文献：[1][法]法布尔著，梁守锵等译.2000.昆虫记(全译本·卷六).广州:花城出版社.36–38[2]章青.镰刀形红细胞的形成[J].生物学通报.1990(01)[3]方深高.镰刀形红细胞的形成[J].生命的化学(中国生物化学会通讯).1986(04)[4]AhmedM.,DickM.,Mieli-VerganiG.,A.Dhawan,刘莉.缺血性胆管病变与镰刀形红细胞贫血[J].世界核心医学期刊文摘(儿科学分册).2006(Z1)[5]杨方源,孟文.镰状细胞病的研究进展[J].中国小儿血液.2004(05)[6]黄秀东.镰刀形红细胞贫血的发病机理及治疗进展[J].国外医学(生理、病理科学与临床分册).1999(02)[7]高占民.单基因遗传病──镰刀形红细胞贫血病[J].生物学通报.1994(11)[8]常剑虹,杨幼芳.镰刀红细胞贫血(附120例报告)[J].山西医药杂志.1991(05)[9]马雪珍,金乃伍.基因突变和镰刀型贫血症及异常血红蛋白病[J].生物学通报.1984(03)[10]何铭熙.HbS与镰状细胞贫血[J].国外医学(分子生物学分册).1980(04)