小兒遺傳性球形紅細胞增多癥

(一)發(fā)病原因
本病溶血的主要原因是先天性紅細胞膜蛋白基因突變導致的紅細胞膜異常。 HS的分子遺傳學(xué)異常主要包括錨蛋白和膜收縮蛋白聯(lián)合缺乏、帶3蛋白缺乏、單純膜收縮蛋白部分缺乏和4.2蛋白缺乏，以錨蛋白和膜收縮蛋白聯(lián)合缺乏最常見(jiàn)。上述膜蛋白異常可導致膜骨架與膜之間的垂直方向相互作用減弱，從而使膜脂質(zhì)雙層變得不穩定，部分脂質(zhì)以出芽形式形成囊泡而丟失，紅細胞膜表面積減少，最終使紅細胞形成小球形。另外，HS紅細胞(特別是經(jīng)過(guò)脾臟的紅細胞)都有一定程度的脫水和對單價(jià)離子通透性異常，這可能也與膜骨架缺陷有關(guān)。由于球形細胞內容積儲備很低，其變形性能因而降低，難于通過(guò)直徑比其本身小得多的脾微循環(huán)而阻留于脾髓內被吞噬和清除。在脾臟，還可能由于紅細胞被阻留于脾髓內的時(shí)間長(cháng)、紅細胞ATP生成不足、pH值下降，使紅細胞更易變?yōu)榍蛐巍４送猓捎诒静〖t細胞內的ATP相對缺乏，使紅細胞的除鈣作用減弱，鈣沉積于細胞膜上而使膜變硬，因而在脾內更易于破碎。未破壞的紅細胞多次經(jīng)過(guò)脾循環(huán)后，其脆性進(jìn)一步增加，球形更明顯，在脾內易于破壞。實(shí)驗證明，脾切除后貧血的糾正程度與紅細胞膜收縮蛋白的原有缺乏程度有關(guān)。收縮蛋白>正常70%者，術(shù)后貧血可完全糾正;為正常40%～70%者，可得到代償;<正常40%者術(shù)后仍有貧血。所幸<40%的病例常為隱性遺傳患者，臨床少見(jiàn)。
(二)發(fā)病機制
1.病理生理
(1)陽(yáng)離子含量的改變與滲透性：紅細胞內外物質(zhì)交換需要通過(guò)細胞膜，紅細胞內外無(wú)機離子、糖等的濃度差別很大，它們的轉運都有各自的機制。正常紅細胞通過(guò)Na /K 泵維持細胞內Na /K 正常比例，Na /K 泵每作用1次即有3個(gè)Na 泵出細胞外，2個(gè)K 泵入細胞內，使紅細胞內呈高鉀低鈉狀態(tài)。而HS紅細胞，特別是從脾臟收集的紅細胞存在脫水異常和對單價(jià)離子的通透性異常，推測是骨架蛋白缺乏的結果。鉀和水選擇性丟失的途徑被激活引起細胞的脫水異常，如脾臟的相對低pH值和氧化作用的損傷以及紅細胞在脾臟與巨噬細胞接觸產(chǎn)生氧自由基可刺激K /Cl-聯(lián)合輸送器。此外，在HS紅細胞，調節細胞內鈉和鉀含量的Na /K 泵的活動(dòng)是亢進(jìn)的。因為每2個(gè)原子的鉀轉運進(jìn)入細胞內，3個(gè)鈉原子從細胞內被擠出，泵的功能亢進(jìn)將導致紅細胞脫水以免紅細胞腫脹、破壞。蛋白4.2缺乏的HS紅細胞有陰離子輸送增加，而血影蛋白、錨蛋白或帶3缺乏的HS紅細胞陰離子輸送正常或輸送減少。
(2)非變形性球形紅細胞在脾臟的滯留：脾臟在HS發(fā)病中病理生理機制的重要性眾所周知。脾臟選擇性破壞HS紅細胞有兩個(gè)因素：一是HS紅細胞變形性不良，二是脾臟血管系統的獨特解剖構造充當“微循環(huán)過(guò)濾器”的作用。由于表面物質(zhì)缺失引起紅細胞表面積與體積的比值減少，從而導致紅細胞變形性差是發(fā)病中的主要因素。正常的盤(pán)狀細胞具有豐富的表面，允許紅細胞變形并通過(guò)狹窄的微循環(huán)信道，而HS紅細胞缺少這部分可變形的額外表面。變形性不良可由于細胞的脫水更進(jìn)一步加重。紅細胞在脾臟滯留的主要部位是脾臟竇孔的壁，來(lái)自脾臟紅髓脾索的血液進(jìn)入靜脈循環(huán)。在大鼠的脾臟，孔的長(cháng)與寬分別為2～3μm和0.2～0.5μm，約為紅細胞直徑的一半。脾標本的電子纖維照片顯示只有非常少量的HS紅細胞穿過(guò)此部位。因此，在切除的脾臟可以觀(guān)察到解剖部位的非變形性球形紅細胞堆積于紅髓，使紅髓充血變粗。
(3)脾臟對紅細胞的調節與破壞：HS紅細胞由于表面區域缺失和細胞密度的增加，一旦經(jīng)脾臟扣留將經(jīng)受附加的損傷，在脾切除時(shí)有紅細胞移出脾臟就是證據。這些經(jīng)脾臟處理過(guò)的紅細胞重返血液循環(huán)，可以通過(guò)滲透脆性檢測出這部分細胞群。脾切除后，這些紅細胞群消失。早期通過(guò)模擬脾臟條件(包括低pH值、隔離的紅細胞可以與網(wǎng)狀內皮系統接觸等)進(jìn)行HS紅細胞的體外培養研究顯示，糖缺失和接踵而來(lái)的細胞內ATP的缺乏并非HS紅細胞在脾臟破壞的原因。脾臟條件的影響顯示出的是累積的損傷。HS紅細胞在脾索停留的時(shí)間平均為10～100min，只有1%～10%流經(jīng)脾臟的血液是暫時(shí)滯留于脾臟并充滿(mǎn)脾索，其余的90%血液迅速流入靜脈循環(huán)。雖然HS紅細胞主要在脾臟扣留和破壞，但HS細胞也在其他外周的器官被破壞。HS紅細胞表面改變觸發(fā)網(wǎng)狀內皮系統吞噬作用的機制尚不清楚。一個(gè)途徑可能是脂質(zhì)雙分子層結構內磷脂的破壞，導致磷脂酰絲氨酸外側暴露，促進(jìn)紅細胞附著(zhù)于網(wǎng)狀內皮系統，使其在脾臟以外的其他器官被吞噬破壞。雖然磷脂在兩個(gè)脂質(zhì)雙層內的分布在絕大多數HS患者是正常的，但在一些嚴重的HS患者有磷脂分布的異常改變。還有一種猜測，經(jīng)脾臟處理過(guò)的末期HS紅細胞具有磷脂不均勻的發(fā)生。
2.分子機制 正常紅細胞的膜是有非酯化膽固醇和糖脂插入的不對稱(chēng)性磷脂雙層結構。膜的外層為膽堿磷脂(磷脂酰膽堿也稱(chēng)卵磷脂和鞘磷脂)，內層為氨基酸磷脂(磷脂酰氨基乙醇和磷脂酰絲氨酸)。紅細胞膜也含有不對稱(chēng)的蛋白成分。所有的糖蛋白暴露于膜的外側表面，具有紅細胞抗原和受體或轉運蛋白。這個(gè)整體的膜蛋白穿透或跨越脂質(zhì)雙層，與疏水脂質(zhì)的核心部位相互作用并且緊緊地束縛紅細胞膜。一個(gè)獨立的蛋白網(wǎng)絡(luò )與整體膜蛋白和脂質(zhì)雙層形成垂直和水平相互作用的膜骨架。膜骨架包括血影蛋白(或稱(chēng)收縮蛋白，又分為α和β spectrin)、錨蛋白(ankyrin)、蛋白4.1、蛋白4.2和肌動(dòng)蛋白。HS被分為以下5種亞型：?jiǎn)我谎暗鞍撞糠秩狈Α⒀暗鞍着c錨蛋白連接部分缺乏、帶3部分缺乏、蛋白4.2缺乏和其他少見(jiàn)的共同缺乏。
(1)單一的血影蛋白部分缺乏：?jiǎn)我谎暗鞍撞糠秩狈Π?alpha;-血影蛋白和β-血影蛋白。大量文獻證實(shí)在血影蛋白缺乏的顯性遺傳HS患者有β-血影蛋白基因(SPTB)突變存在。但有一種例外，β-血影蛋白Houston在一些家族被證明是一種移碼突變，這些突變是局限的，是獨特的個(gè)體家族，并且可能與β-血影蛋白mRNA減少的積累有關(guān)。β-血影蛋白Kissimmee是一種局限在與蛋白4.1交互作用的β-血影蛋白的高度保守區域的點(diǎn)突變，是一種限制蛋白4.1與血影蛋白到肌動(dòng)蛋白連接鍵的功能障礙。因此，通過(guò)還原劑處理循環(huán)中的紅細胞來(lái)增強其限制功能。這些紅細胞富含還原型谷胱甘肽，血影蛋白/蛋白4.1限制性減低是非功能性的表現。單一血影蛋白缺乏的非顯性遺傳HS患者，屬α-血影蛋白的缺乏。在正常的紅細胞，α-血影蛋白合成量大大超過(guò)β-血影蛋白，α-血影蛋白基因(SPTA1)突變導致α-血影蛋白合成減少。由于α-血影蛋白超過(guò)β-血影蛋白的合成，因而，在膜內有一個(gè)正常數量的血影蛋白異二聚體組合，因此，一個(gè)正常的α-血影蛋白和一個(gè)有缺陷的α-血影蛋白等位基因結合的個(gè)體可無(wú)癥狀。純合子或復合雜合子的α-血影蛋白缺乏HS個(gè)體，將是嚴重型的HS患者。Wichterle等報道1例復合雜合子的α-血影蛋白缺乏嚴重的HS病例，具有兩個(gè)不同的α-血影蛋白基因缺乏，在一個(gè)等位基因上，有一個(gè)與上游間插序列突變(αLEPRA)有關(guān)的剪切缺失;在另一個(gè)等位基因上有另外一個(gè)基因突變，即aPRAGUE。αLEPRA 等位基因產(chǎn)生比正常的等位基因少6倍的糾正剪切的α血影蛋白轉錄物。更進(jìn)一步的研究顯示，許多非顯性遺傳的血影蛋白缺乏HS，αLEPRA與αBug Hill(在αⅡ結構域部位有一個(gè)氨基酸取代了結構域)的連接是失平衡的。因此αLEPRA等位基因與其他α-收縮蛋白缺乏的雜合個(gè)體出現，導致明顯的血影蛋白缺乏的球形紅細胞增多性溶血性貧血。利用脈沖標記的BFU-E研究顯示，在一些致死性或接近致死性的與血影蛋白嚴重缺乏(約占正常成分的26%)的HS，其α-血影蛋白的合成顯著(zhù)減低。盡管這些缺陷的分子基礎尚不清楚，但有母親是輕度顯性遺傳的HS和有滲透脆性輕度增加而血液學(xué)表現正常的父親的家族史，提示有至少兩個(gè)基因缺陷的簡(jiǎn)單雜合子的可能。
(2)血影蛋白與錨蛋白的結合部分缺乏：血影蛋白與錨蛋白結合部分缺乏的生物化學(xué)表現最先在1988年由Coetzer等提出。錨蛋白代表血影蛋白在膜上的主要連接部位，因此，盡管血影蛋白的合成正常，錨蛋白缺乏常伴有相應比例的血影蛋白減少是不奇怪的。例如，β-血影蛋白突變的HS，大多數的錨蛋白缺陷屬于與mRNA累積減少相關(guān)的點(diǎn)突變。除外錨蛋白Florisnopolis外，移碼突變與嚴重的HS有關(guān)，這一點(diǎn)由來(lái)自3個(gè)不同遺傳背景家族的HS患者而證實(shí)。現有的報道中15%～20%的錨蛋白基因(ANKl)突變屬新生突變(de novo mutation)。在兩個(gè)家庭中發(fā)現有雙親鑲嵌體錨蛋白突變，因此，在相同HS家族中有臨床癥狀不同的病例發(fā)生。包括錨蛋白基因部位的缺失或移位的染色體組型異常的非典型HS病例也有報道。1例患者，8號染色體上全部錨蛋白基因缺失導致一個(gè)大的縫隙缺失。錨蛋白缺失可能是典型癥狀的球形紅細胞增多、智力低下、典型面容和性腺功能減低的鄰近基因綜合征的一部分。
(3)帶3蛋白部分缺乏：帶3蛋白部分缺乏發(fā)現于輕、中型顯性遺傳的HS患者，伴有蘑菇樣或鉗形紅細胞，其中大部分患者伴有蛋白4.2缺乏。迄今為止，發(fā)現有近50種不同的帶3突變與HS有關(guān)，這些突變延伸遍及帶3，存在于胞漿區域和膜剪切區域。帶3突變的純合子(帶3Coimbra)可引起致死性或近致死性的HS，伴有胎兒水腫、代謝性酸中毒以及與帶3完全缺失并蛋白4.2缺乏相關(guān)的嚴重貧血。影響帶3蛋白的等位基因(SLC4A1)已被鑒定，當帶3蛋白突變連續遺傳，將加重帶3缺乏并使疾病的臨床癥狀更加惡化。某些帶3缺乏的HS病例，網(wǎng)織紅細胞減少。這種病例帶3合成和mRNA水平是正常的。同時(shí)也發(fā)現某些病例存在帶3蛋白不穩定。引起帶3缺失的機制尚不清楚，推測機制有：減弱帶3蛋白與錨蛋白的連接，導致初始帶3蛋白或錨蛋白缺乏;或膜上缺少帶3組合的“零件”。在某些帶3缺乏的HS患者，帶3基因表達可以降低，或一個(gè)帶3突變可妨礙帶3進(jìn)入內質(zhì)網(wǎng)膜的固有聯(lián)合轉錄插入，或妨礙帶3移位到原生質(zhì)膜。有些帶3突變集簇于膜的山梨醇脂肪酸酯(跨度)區域，這些膜的山梨醇脂肪酸酯(跨度)區域替代了大范圍的保守精氨酸，這些被替代的精氨酸全部定位于細胞質(zhì)的跨膜螺旋的末端，維持跨膜山梨醇脂肪酸酯片斷的方向。推測這種現象可能為突變型帶3合成后不折疊、插入內質(zhì)網(wǎng)，DS-PAGE對快速移行的帶3進(jìn)行研究，發(fā)現帶3糖基化翻譯后的缺陷。也有更快速移行的血型糖蛋白A，參與帶3糖基化。其精確的分子缺陷和在這些患者發(fā)病機制中的作用尚不清楚。
(4)蛋白4.2缺乏：在日本，蛋白4.2基因(EPB42)突變的隱性遺傳HS很常見(jiàn)。這些病例傾向于純合子，他們的紅細胞膜的蛋白4.2幾乎全部缺失。蛋白4.2缺乏的紅細胞也可有錨蛋白和帶3蛋白的缺乏。少數的報道證明，蛋白4.2缺乏由于帶3胞漿區域改變而導致蛋白4.2與膜的連接減弱。推測這些改變包括蛋白4.2與帶3的交互作用部位。有文獻報道，在兩個(gè)不同帶3缺乏的復合純合子HS患者，其紅細胞膜存在部分帶3缺乏和全部蛋白4.2缺乏。由于其他突變型帶3(帶3Fukuoka)包含一個(gè)帶3-蛋白4.2交互作用區的突變，推測一個(gè)突變型帶3蛋白(帶3Okinawqa)，在紅系祖細胞上連接所有可利用的蛋白4.2。由于帶3Okinawqa不能插入紅細胞膜，帶3Okinawqa-蛋白4.2復合體被降解，引起上述表型。
3.表面區域缺乏的分子基礎 遺傳性球形紅細胞固有的特性是不穩定，如在三磷腺苷(ATP)缺乏或細胞應急切變暴露于體外變化條件下釋放脂質(zhì)。膜物質(zhì)的丟失通過(guò)0.2～0.5μm的含有血影蛋白的膜內在蛋白質(zhì)的小囊泡釋放。通過(guò)體外培養實(shí)驗中滲透脆性增加可以證實(shí)，膜物質(zhì)的丟失是膜表面區域缺乏至一定程度所致的結果。在單一血影蛋白缺乏或血影蛋白與錨蛋白聯(lián)合缺陷的病例，表面區域缺乏包含來(lái)自骨架蛋白下的脂質(zhì)雙層膜不匹配。正常紅細胞的骨架蛋白形成一個(gè)接近單分子的亞膜層，占據一半以上的膜表面。因此，血影蛋白缺乏導致這個(gè)網(wǎng)絡(luò )密度減低，結果，從細胞內以微囊泡形式釋放的骨架蛋白不直接支持脂質(zhì)雙層膜的區域。 在帶3蛋白缺乏的HS病例，兩個(gè)假設的途徑可能導致表面區域的丟失(如圖2)。一個(gè)機制包括帶3蛋白從細胞丟失。由于帶3蛋白跨越脂質(zhì)雙層膜許多倍，可能“邊界”脂質(zhì)的實(shí)質(zhì)總量與帶3蛋白一同釋放，因此，導致表面區域缺乏。另外一種可能的機制是在膜內存在無(wú)帶3的區域形成，進(jìn)而形成膜大泡，以微囊泡的形式從細胞內釋放。這個(gè)假設基于發(fā)現了殘影細胞膜內顆粒的集簇性(帶3蛋白的主要組成)導致膜脂質(zhì)大泡而非微囊泡的顆粒去除區域形成。近年的證據來(lái)自帶3敲除鼠的模型。缺乏帶3的紅細胞本能地脫出囊泡，導致嚴重的球形紅細胞增多和溶血。
4.HS與非紅系臨床表現 在大多數HS病例，臨床表現被限定為單一的紅細胞系統，可能由于紅細胞膜蛋白(如血影蛋白和骨架蛋白)的非紅系副本被獨立基因編碼或是由某些蛋白(如蛋白4.1、β-血影蛋白和骨架蛋白)從屬于組織特有的選擇性剪切。但也有例外，報道個(gè)別HS家族有脊髓變性性改變的聯(lián)合神經(jīng)分離或肌肉異常、心肌病或記憶力減退。紅細胞骨架蛋白和β-血影蛋白在肌肉腦組織及脊髓也同樣存在，提高了這些病例缺乏其中某種蛋白的可能性。這個(gè)假說(shuō)將進(jìn)一步通過(guò)nb突變鼠的HS模型來(lái)證實(shí)。純合子nb/nb鼠具有與血影蛋白和基本分子缺陷骨架蛋白缺乏有關(guān)的嚴重HS，病情進(jìn)展可成為與小腦Purkinje細胞變性性改變相吻合的神經(jīng)綜合征。Purkinje細胞通常表達紅細胞骨架蛋白，而在nb/nb鼠的表達是減低的。帶3缺乏在常染色體顯性遺傳的遠端腎小管性酸中毒的患者中也得到證實(shí)。雜合子帶3基因突變的病例具有正常的腎酸化作用和異常的紅細胞，兩個(gè)帶3突變，即R589H和S613F，與腎臟的酸化作用減低和正常的紅細胞有關(guān)。有報道證實(shí)由于帶3mRNA加工突變導致兩個(gè)Hs家族出現并發(fā)腎臟酸化作用減弱的病例，帶3Pribram和帶3Okinawqa。在這些病例中，腎小管性酸中毒的確切發(fā)病機制尚不清楚。
5.遺傳性 基于HS的非單一性分子基礎，推測HS的基因可分為幾種染色體的改變。目前發(fā)現的染色體異常有1、8、14、15及17的異常。與α-血影蛋白相關(guān)的為1號染色體，與錨蛋白相關(guān)的為8號染色體，與β-血影蛋白相關(guān)的為14號染色體，與蛋白3相關(guān)的為17號染色體，與蛋白4.2相關(guān)的為15號染色體。在絕大多數的HS患者(約75%)，屬常染色體顯性遺傳。少部分患者為非顯性遺傳，這部分病例可歸屬于基因突變，突變的位置在CpG二核苷酸，造成該部位小的缺失或插入。這也可能形成常染色體隱性遺傳。有報道證明，部分隱性遺傳的HS患者伴發(fā)嚴重的溶血性貧血。這部分患者主要傾向于紅細胞血影蛋白的缺乏，推測主要為α-血影蛋白的缺乏。另外一部分隱性遺傳的患者為蛋白4.2缺乏，表現為輕度溶血，紅細胞形態(tài)為口形和卵圓形。極少病例為純合子，表現為嚴重的溶血性貧血，有的患者溶血發(fā)生后可能是致死性的，他們的雙親癥狀很輕或無(wú)癥狀。 HS可以以家族的形式發(fā)病，但臨床上這樣的情況并不多見(jiàn)。下述幾點(diǎn)可以解釋這些現象：①缺乏可變的外顯率;②在家族中發(fā)生新生突變或隱性遺傳;③影響膜蛋白表達的修飾等位基因導致在家庭中臨床表現的變異性;④缺乏組織特異的鑲嵌型。