小兒遺傳性球形紅細(xì)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(xì)胞膜蛋白基因突變導(dǎo)致的紅細(xì)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(dǎo)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(wěn)定，部分脂質(zhì)以出芽形式形成囊泡而丟失，紅細(xì)胞膜表面積減少，最終使紅細(xì)胞形成小球形。另外，HS紅細(xì)胞(特別是經(jīng)過(guò)脾臟的紅細(xì)胞)都有一定程度的脫水和對(duì)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(xì)胞內(nèi)容積儲(chǔ)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(nèi)被吞噬和清除。在脾臟，還可能由于紅細(xì)胞被阻留于脾髓內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)、紅細(xì)胞ATP生成不足、pH值下降，使紅細(xì)胞更易變?yōu)榍蛐?。此外，由于本病紅細(xì)胞內(nèi)的ATP相對(duì)缺乏，使紅細(xì)胞的除鈣作用減弱，鈣沉積于細(xì)胞膜上而使膜變硬，因而在脾內(nèi)更易于破碎。未破壞的紅細(xì)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(nèi)易于破壞。實(shí)驗(yàn)證明，脾切除后貧血的糾正程度與紅細(xì)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(jī)制
1.病理生理
(1)陽(yáng)離子含量的改變與滲透性：紅細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換需要通過(guò)細(xì)胞膜，紅細(xì)胞內(nèi)外無(wú)機(jī)離子、糖等的濃度差別很大，它們的轉(zhuǎn)運(yùn)都有各自的機(jī)制。正常紅細(xì)胞通過(guò)Na /K 泵維持細(xì)胞內(nèi)Na /K 正常比例，Na /K 泵每作用1次即有3個(gè)Na 泵出細(xì)胞外，2個(gè)K 泵入細(xì)胞內(nèi)，使紅細(xì)胞內(nèi)呈高鉀低鈉狀態(tài)。而HS紅細(xì)胞，特別是從脾臟收集的紅細(xì)胞存在脫水異常和對(duì)單價(jià)離子的通透性異常，推測(cè)是骨架蛋白缺乏的結(jié)果。鉀和水選擇性丟失的途徑被激活引起細(xì)胞的脫水異常，如脾臟的相對(duì)低pH值和氧化作用的損傷以及紅細(xì)胞在脾臟與巨噬細(xì)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(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈉和鉀含量的Na /K 泵的活動(dòng)是亢進(jìn)的。因?yàn)槊?個(gè)原子的鉀轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，3個(gè)鈉原子從細(xì)胞內(nèi)被擠出，泵的功能亢進(jìn)將導(dǎo)致紅細(xì)胞脫水以免紅細(xì)胞腫脹、破壞。蛋白4.2缺乏的HS紅細(xì)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(xì)胞陰離子輸送正?；蜉斔蜏p少。
(2)非變形性球形紅細(xì)胞在脾臟的滯留：脾臟在HS發(fā)病中病理生理機(jī)制的重要性眾所周知。脾臟選擇性破壞HS紅細(xì)胞有兩個(gè)因素：一是HS紅細(xì)胞變形性不良，二是脾臟血管系統(tǒng)的獨(dú)特解剖構(gòu)造充當(dāng)“微循環(huán)過(guò)濾器”的作用。由于表面物質(zhì)缺失引起紅細(xì)胞表面積與體積的比值減少，從而導(dǎo)致紅細(xì)胞變形性差是發(fā)病中的主要因素。正常的盤(pán)狀細(xì)胞具有豐富的表面，允許紅細(xì)胞變形并通過(guò)狹窄的微循環(huán)信道，而HS紅細(xì)胞缺少這部分可變形的額外表面。變形性不良可由于細(xì)胞的脫水更進(jìn)一步加重。紅細(xì)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(zhǎng)與寬分別為2～3μm和0.2～0.5μm，約為紅細(xì)胞直徑的一半。脾標(biāo)本的電子纖維照片顯示只有非常少量的HS紅細(xì)胞穿過(guò)此部位。因此，在切除的脾臟可以觀察到解剖部位的非變形性球形紅細(xì)胞堆積于紅髓，使紅髓充血變粗。
(3)脾臟對(duì)紅細(xì)胞的調(diào)節(jié)與破壞：HS紅細(xì)胞由于表面區(qū)域缺失和細(xì)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(xì)胞移出脾臟就是證據(jù)。這些經(jīng)脾臟處理過(guò)的紅細(xì)胞重返血液循環(huán)，可以通過(guò)滲透脆性檢測(cè)出這部分細(xì)胞群。脾切除后，這些紅細(xì)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(xì)胞可以與網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)接觸等)進(jìn)行HS紅細(xì)胞的體外培養(yǎng)研究顯示，糖缺失和接踵而來(lái)的細(xì)胞內(nèi)ATP的缺乏并非HS紅細(xì)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(xì)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)滯留于脾臟并充滿脾索，其余的90%血液迅速流入靜脈循環(huán)。雖然HS紅細(xì)胞主要在脾臟扣留和破壞，但HS細(xì)胞也在其他外周的器官被破壞。HS紅細(xì)胞表面改變觸發(fā)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬作用的機(jī)制尚不清楚。一個(gè)途徑可能是脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)內(nèi)磷脂的破壞，導(dǎo)致磷脂酰絲氨酸外側(cè)暴露，促進(jìn)紅細(xì)胞附著于網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，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(nèi)的分布在絕大多數(shù)HS患者是正常的，但在一些嚴(yán)重的HS患者有磷脂分布的異常改變。還有一種猜測(cè)，經(jīng)脾臟處理過(guò)的末期HS紅細(xì)胞具有磷脂不均勻的發(fā)生。
2.分子機(jī)制 正常紅細(xì)胞的膜是有非酯化膽固醇和糖脂插入的不對(duì)稱性磷脂雙層結(jié)構(gòu)。膜的外層為膽堿磷脂(磷脂酰膽堿也稱卵磷脂和鞘磷脂)，內(nèi)層為氨基酸磷脂(磷脂酰氨基乙醇和磷脂酰絲氨酸)。紅細(xì)胞膜也含有不對(duì)稱的蛋白成分。所有的糖蛋白暴露于膜的外側(cè)表面，具有紅細(xì)胞抗原和受體或轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)胞膜。一個(gè)獨(dú)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?、血影蛋白與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(xiàn)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(dú)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(qū)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(xì)胞來(lái)增強(qiáng)其限制功能。這些紅細(xì)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(xiàn)。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(xì)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(dǎo)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(nèi)有一個(gè)正常數(shù)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(jié)合的個(gè)體可無(wú)癥狀。純合子或復(fù)合雜合子的α-血影蛋白缺乏HS個(gè)體，將是嚴(yán)重型的HS患者。Wichterle等報(bào)道1例復(fù)合雜合子的α-血影蛋白缺乏嚴(yán)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)域部位有一個(gè)氨基酸取代了結(jié)構(gòu)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(xiàn)，導(dǎo)致明顯的血影蛋白缺乏的球形紅細(xì)胞增多性溶血性貧血。利用脈沖標(biāo)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(yán)重缺乏(約占正常成分的26%)的HS，其α-血影蛋白的合成顯著減低。盡管這些缺陷的分子基礎(chǔ)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(xiàn)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(jié)合部分缺乏：血影蛋白與錨蛋白結(jié)合部分缺乏的生物化學(xué)表現(xiàn)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(yīng)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(shù)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(yán)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)?，F(xiàn)有的報(bào)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(xiàn)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(bào)道。1例患者，8號(hào)染色體上全部錨蛋白基因缺失導(dǎo)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(xì)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(xiàn)于輕、中型顯性遺傳的HS患者，伴有蘑菇樣或鉗形紅細(xì)胞，其中大部分患者伴有蛋白4.2缺乏。迄今為止，發(fā)現(xiàn)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(qū)域和膜剪切區(qū)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(yán)重貧血。影響帶3蛋白的等位基因(SLC4A1)已被鑒定，當(dāng)帶3蛋白突變連續(xù)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(xì)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(xiàn)某些病例存在帶3蛋白不穩(wěn)定。引起帶3缺失的機(jī)制尚不清楚，推測(cè)機(jī)制有：減弱帶3蛋白與錨蛋白的連接，導(dǎo)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(dá)可以降低，或一個(gè)帶3突變可妨礙帶3進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的固有聯(lián)合轉(zhuǎn)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(qū)域，這些膜的山梨醇脂肪酸酯(跨度)區(qū)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(xì)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(cè)這種現(xiàn)象可能為突變型帶3合成后不折疊、插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，DS-PAGE對(duì)快速移行的帶3進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)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(jī)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(xì)胞膜的蛋白4.2幾乎全部缺失。蛋白4.2缺乏的紅細(xì)胞也可有錨蛋白和帶3蛋白的缺乏。少數(shù)的報(bào)道證明，蛋白4.2缺乏由于帶3胞漿區(qū)域改變而導(dǎo)致蛋白4.2與膜的連接減弱。推測(cè)這些改變包括蛋白4.2與帶3的交互作用部位。有文獻(xiàn)報(bào)道，在兩個(gè)不同帶3缺乏的復(fù)合純合子HS患者，其紅細(xì)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(qū)的突變，推測(cè)一個(gè)突變型帶3蛋白(帶3Okinawqa)，在紅系祖細(xì)胞上連接所有可利用的蛋白4.2。由于帶3Okinawqa不能插入紅細(xì)胞膜，帶3Okinawqa-蛋白4.2復(fù)合體被降解，引起上述表型。
3.表面區(qū)域缺乏的分子基礎(chǔ) 遺傳性球形紅細(xì)胞固有的特性是不穩(wěn)定，如在三磷腺苷(ATP)缺乏或細(xì)胞應(yīng)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(nèi)在蛋白質(zhì)的小囊泡釋放。通過(guò)體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中滲透脆性增加可以證實(shí)，膜物質(zhì)的丟失是膜表面區(qū)域缺乏至一定程度所致的結(jié)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(qū)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(xì)胞的骨架蛋白形成一個(gè)接近單分子的亞膜層，占據(jù)一半以上的膜表面。因此，血影蛋白缺乏導(dǎo)致這個(gè)網(wǎng)絡(luò)密度減低，結(jié)果，從細(xì)胞內(nèi)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(qū)域。 在帶3蛋白缺乏的HS病例，兩個(gè)假設(shè)的途徑可能導(dǎo)致表面區(qū)域的丟失(如圖2)。一個(gè)機(jī)制包括帶3蛋白從細(xì)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(dǎo)致表面區(qū)域缺乏。另外一種可能的機(jī)制是在膜內(nèi)存在無(wú)帶3的區(qū)域形成，進(jìn)而形成膜大泡，以微囊泡的形式從細(xì)胞內(nèi)釋放。這個(gè)假設(shè)基于發(fā)現(xiàn)了殘影細(xì)胞膜內(nèi)顆粒的集簇性(帶3蛋白的主要組成)導(dǎo)致膜脂質(zhì)大泡而非微囊泡的顆粒去除區(qū)域形成。近年的證據(jù)來(lái)自帶3敲除鼠的模型。缺乏帶3的紅細(xì)胞本能地脫出囊泡，導(dǎo)致嚴(yán)重的球形紅細(xì)胞增多和溶血。
4.HS與非紅系臨床表現(xiàn) 在大多數(shù)HS病例，臨床表現(xiàn)被限定為單一的紅細(xì)胞系統(tǒng)，可能由于紅細(xì)胞膜蛋白(如血影蛋白和骨架蛋白)的非紅系副本被獨(dú)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(bào)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(xì)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(yán)重HS，病情進(jìn)展可成為與小腦Purkinje細(xì)胞變性性改變相吻合的神經(jīng)綜合征。Purkinje細(xì)胞通常表達(dá)紅細(xì)胞骨架蛋白，而在nb/nb鼠的表達(dá)是減低的。帶3缺乏在常染色體顯性遺傳的遠(yuǎn)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(xì)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(xì)胞有關(guān)。有報(bào)道證實(shí)由于帶3mRNA加工突變導(dǎo)致兩個(gè)Hs家族出現(xiàn)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(jī)制尚不清楚。
5.遺傳性 基于HS的非單一性分子基礎(chǔ)，推測(cè)HS的基因可分為幾種染色體的改變。目前發(fā)現(xiàn)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(hào)染色體，與錨蛋白相關(guān)的為8號(hào)染色體，與β-血影蛋白相關(guān)的為14號(hào)染色體，與蛋白3相關(guān)的為17號(hào)染色體，與蛋白4.2相關(guān)的為15號(hào)染色體。在絕大多數(shù)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(bào)道證明，部分隱性遺傳的HS患者伴發(fā)嚴(yán)重的溶血性貧血。這部分患者主要傾向于紅細(xì)胞血影蛋白的缺乏，推測(cè)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(xiàn)為輕度溶血，紅細(xì)胞形態(tài)為口形和卵圓形。極少病例為純合子，表現(xiàn)為嚴(yán)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(xiàn)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(dá)的修飾等位基因?qū)е略诩彝ブ信R床表現(xiàn)的變異性;④缺乏組織特異的鑲嵌型。