地中海贫血的分子基础与精准诊断
商 璇，徐湘民
作者单位：南方医科大学基础医学院医学遗传学教研室，广东广州
通讯作者:徐湘民
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smu.edu.cn地中海贫血（thalassemia，简称地贫）是世界上最常见的单基因遗传病之一，也是我国南方区域性高发的出生缺陷。降低重症地贫患儿的出生率是高发区重要的公共卫生问题。针对地贫患者的准确诊断需建立在对其发病遗传学机制充分了解的基础上。该文从以下方面对地贫发病相关的遗传学知识进行阐述：包括血红蛋白合成及转换调节、珠蛋白基因不平衡性贫血、致病基因突变及临床表型变异，以及修饰基因变异及对表型的影响等。特别是在高通量测序开始普及的条件下，基于NGS数据分析的遗传检测为临床表型变异的解释（即精准诊断）提供了实施基础。掌握上述知识将有助于临床医生为地贫患者及其亲属提供更有效的临床DNA检测和遗传咨询服务。
地中海贫血；珠蛋白基因；流行病学；分子病理学
地中海贫血（简称地贫）是世界最常见的单基因遗传病之一，主要分布在包括我国南方在内的世界上热带和亚热带疟疾高发地区［1］。由于地贫杂合子具有抵抗疟原虫感染和降低恶性疟严重程度的作用，所以这一地理分布特征反映了该病是疟疾流行地区人群中优势选择的结果［2］。据世界卫生组织（WHO）估计，全球约3.5亿人是地贫基因携带者［1］，每年出生的重症地贫患儿约6万例［3］。我国长江以南各省区是地贫的高发区［4-8］（表1）。我国北方“丝绸之路”的陕西、甘肃、新疆一些地带亦有发现，推测与东西方人群交流有关［9］。
地贫是最早在分子水平被阐明病理学机制的人类遗传病之一，大部分病例的表型与其地贫基因型对应。但仍有一些病例的表型变异，用经典的致病基因突变无法解释，必须考虑遗传修饰基因对表型强弱的影响作用。随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学的交叉应用，基于多个遗传因素对地贫病例表型变异的准确解释（即精准诊断）已具备了实施基础。
1珠蛋白基因簇与血红蛋白合成
人类血红蛋白（hemoglobin，Hb）是由一对α类珠蛋白链和一对β类珠蛋白链组成的四聚体。珠蛋白基因在染色体上以基因簇的形式存在，α珠蛋白基因簇定位于16号染色体16p13.3，β珠蛋白基因簇定位于11号染色体11p15.3。α珠蛋白基因簇上含有1个胚胎期表达基因（ζ），2个胎儿期和成人期表达基因（α2和α1），2个假基因（Ψζ和Ψα1）。基因的排列顺序为5’-ζ-Ψζ-Ψα1-α2-α1-3’。在ζ基因上游40kb处，存在1个影响α珠蛋白表达的重要调控位点HS-40。β珠蛋白基因簇上含有1个胚胎期表达基因（ε），2个胎儿期表达基因（Gγ和Aγ），两个成人期表达基因（β和δ），2个假基因（Ψβ2和Ψβ1）。基因排列顺序为5’-Ψβ2-ε-Gγ-Aγ-Ψβ1-δ-β-3’［10］。在ε基因上游，存在座位调控区（locuscontrolregion，LCR），该调控位点可影响所有β类珠蛋白基因的表达。
血红蛋白组成在胚胎、胎儿和成人的3个阶段中均有变化，这一过程被称为血红蛋白转换（hemoglobinswitch）。胚胎期的血红蛋白包含HbPortland（ζ2γ2）、HbGower1（ζ2ε2）和HbGower2（α2ε2）；胎儿期的血红蛋白主要是HbF（α2γ2）。出生后，HbF的含量迅速降低，但在成人期仍会存在，大约占总血红蛋白含量的1%。成人期的血红蛋白主要是HbA（α2b2），约占总量的97%；另有2%～3%为HbA2（α2δ2）［10-11］。有趣的是，珠蛋白基因簇上的基因根据其在发育过程中表达的顺序排列在染色体上，显示珠蛋白基因的依次激活和沉默受到了精确的控制。阐明调控这一过程的顺式元件和反式因子及其基因变异，将有助于开发地贫基因治疗的新作用靶点。
α珠蛋白基因簇中的基因转换相对简单。胚胎期6周表达ζ基因，后期则是α1和α2持续表达于整个生命过程。而β珠蛋白基因簇的基因表达较为复杂，它由ε→γ→β的变化组成。特别是在临床实践中γ→β的转变更为重要，因为高水平的HbF可以弥补重型患者缺少的HbA，减轻症状，所以如何重新激活γ基因以结合过量的α珠蛋白，也是地贫临床治疗探索的主要方向之一。
2珠蛋白基因不平衡性贫血
由α类和β类珠蛋白链两两配对合成血红蛋白四聚体的高级结构，是其具有正常携氧、二氧化碳和释放功能的生化基础。对于人体二倍体细胞而言，在任何发育时期，α类和β类珠蛋白基因应该等量表达从而形成对应的血红蛋白。即α类和β类珠蛋白基因应处于表达平衡状态。而由于α类或β类珠蛋白基因突变导致该类珠蛋白表达下降，从而破坏这一平衡，是地贫发生的分子病理学特征。
对于α地贫来说，当α珠蛋白合成完全缺失时（HbBart’s水肿胎），胎儿体内仅有γ四聚体（HbBart’s），而HbBart’s在低氧状态下也不能释放O2，胎儿严重缺氧窒息致死。α珠蛋白合成显著不足时（HbH病），患儿体内过剩聚合成β四聚体（HbH），HbH易分解为游离的b链并沉积聚集形成H包涵体，使红细胞受损导致慢性溶血性贫血［10-12］。β地贫的病理生理学机制则是溶血和无效造血。由于β珠蛋白不足，过多的α珠蛋白链形成包涵体沉积在红细胞膜上，导致红细胞变形能力下降且易受到氧化损伤，易于在微循环中破裂而产生溶血。无效造血即是α链沉积于红系祖细胞膜引起祖细胞加速凋亡，从而在分化成熟前死亡，可引发骨髓增生和脾脏增大［10-12］。
3致病基因突变及临床表型变异
地贫是一种常见的全球性疾病，但是不同人群拥有不同的突变谱组成，所以，在进行分子诊断时，要参照患者所属人群的特有突变谱来选择合适的检测手段。以下主要介绍我国南方地区的地贫致病突变。
在中国，现已至少发现57种α地贫突变，包括19种大片段缺失和38种α珠蛋白基因点突变（数据源于浙江大学遗传与基因组医学中心LOVD数据库寻常性白癜风复方木尼孜其颗粒副作用都有哪些
