血红蛋白由珠蛋白和血红素构成，其中，珠蛋白是由两条α-珠蛋白链和两条β-珠蛋白链形成的异源四聚体。人类α-珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂近端粒处，基因簇覆盖40Kb范围，基因排列顺序为5’-ζ2-Ψζ1-Ψα2-Ψα1-α2-α1-θ-3’，其中ζ为胚胎期基因，α为成年期基因，在胚胎向成体发育过程中，α-珠蛋白基因表达呈现一个发育开关，即胚胎期基因ζ向成年期基因α的转换。人类β-珠蛋白基因簇含5个珠蛋白基因，嵌于一个嗅觉受体基因内部，基因座全长80Kb，位于11号染色体短臂11p15.4区域，基因排列顺序为5’-ε-Gγ-Aγ-Ψβ1-δ-β-3’，其中ε为胚胎期基因，γ为胎儿期基因，β为成年期基因，在胚胎向成体发育过程中，β-珠蛋白基因表达呈现两个发育开关，即胚胎期基因向胎儿期基因的转换和胎儿期基因向成年期基因的转换。因此，在发育过程的不同阶段，人体存在胚胎期血红蛋白如HbGower-1（ζ2ε2）、HbGower-2（α2ε2）和HbPortland（ζ2γ2），胎儿期血红蛋白HbF（α2γ2）以及成年期血红蛋白HbA1（α2β2）和HbA2（α2δ2）等不同形式的血红蛋白（图一）。
图一、人珠蛋白基因簇结构特征和不同发育阶段血红蛋白肽链构成。人β-珠蛋白基因簇位于11号染色体短臂，α-珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂。在发育的不同阶段，血红蛋白均由两条α-类珠蛋白和两条β-类珠蛋白肽链形成四聚体。LCR：locuscontrolregion；HS：DNaseIhypersensitivesite。
血红蛋白病是世界卫生组织列为严重危害人类健康的疾病之一。血红蛋白病是由于珠蛋白基因簇突变引起的血红蛋白构象变化、血红蛋白减少或缺失，从而造成贫血的一类遗传病。血红蛋白病有两种，一种是镰刀状贫血（sicklecelldisease），另一种是地中海贫血（thalassemia）。镰刀状贫血携带异常血红蛋白HbS（α2βS2），与正常β-珠蛋白链相比，βS的第六位氨基酸产生了突变，从野生型的谷氨酸（Glu，E）变为缬氨酸（Val，V），这一突变改变了β-珠蛋白分子构象，进而导致红细胞呈现镰刀状，红细胞变形能力和携氧能力显著下降，病人出现贫血症状。地中海贫血是由于珠蛋白基因座突变造成的，引起珠蛋白链的减少或缺失，造成贫血，其中，α-珠蛋白减少或缺失导致α-地中海贫血，重症的α-地中海贫血患者在出生后不久即死亡；而β-珠蛋白减少或缺失导致β-地中海贫血。
目前，已经发现人β-珠蛋白基因簇上有多种不同的突变能引起β-地中海贫血，其中引起β-珠蛋白减少的称为β+-地中海贫血，引起β-珠蛋白完全缺失的称为β0-地中海贫血。β-珠蛋白减少引起α-珠蛋白相对过剩，过多的游离α-珠蛋白在红系祖细胞内沉积，导致细胞损伤、死亡、无效红系造血和溶血等。β-地中海贫血根据症状分为轻型、中间型和重型，轻型不需要治疗，重型也称为Cooley’s贫血，危及生命。值得指出的是，亚洲国家存在一种重型β-地中海贫血，即βE/β0复合型地中海贫血。βE等位基因含有能引起选择性剪接的突变，异常剪接产物不能编码蛋白，正确剪接的转录物编码βE珠蛋白，蛋白稳定性与野生型相比显著下降。βE和β0双杂合子病人血红蛋白生成极低，需要长期输血治疗以维持生命。
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