臨床生物化學/血紅蛋白分子病

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臨床生物化學

遺傳性疾病的生物化學與分子生物學診斷
- 常見遺傳性疾病的發生與基因診斷
  - 血紅蛋白分子病
  - 先天性代謝缺陷病
  - 診斷分子生物學在生化遺傳學實驗室的發展前景

血紅蛋白由四種珠蛋白肽鏈組成，它們分別是α、β、δ和γ肽鏈，由它們不同的組合組成各種血紅蛋白。除α肽鏈的基因位于16號染色體外，其余β、δ、γ肽鏈的基因連鎖在11號染色體。血紅蛋白異常導致的分子病就是珠蛋白結構基因的DNA分子結構異常所致。

⒈點突變 DNA分子的堿基轉換或顛換造成單個堿基替代，導致三聯體遺傳密碼改變，使得相應表達翻譯的肽鏈中氨基酸發生改變而導致蛋白質結構改變，最終引起該蛋白的生理功能發生改變。如β鏈第6位應是谷氨酸，其對應的堿基密碼是GAA，當顛換成GUA時，表達的氨基酸改為纈氨酸，當轉換成AAA時，表達的氨基酸改為賴氨酸。在目前發現的血紅蛋白異常中，絕大多數屬于這種類型。

⒉終止密碼子突變 mRNA翻譯蛋白質的終止密碼有UAA、UAG、UGA。當終止密碼子發生點突變，如UAA轉換為CAA時，終止密碼翻譯為谷胺酰胺，肽鏈無法終止導致肽鏈延長。相反，肽鏈中途某一密碼突變終止密碼時，肽鏈就提前終止變短。如在中國人中發現有β珠蛋白基因突變，使轉錄mRNA密碼子17由AAG→UAG，使翻譯的β珠蛋白過早終止，造成β鏈過短，而無正常功能，導致珠蛋白生成障礙性貧血發生。

⒊移碼突變由于DNA分子三聯體密碼子之間是無標點符號的，因此當DNA的堿基序列中缺失或插入一個核苷酸，就相當于多了或少了一個堿基，使得在突變位置以后的三聯體密碼子均依次發生變化，包括終止密碼。所以移碼突變可以是肽鏈的氨基酸發生改變，也可是肽鏈長短發生改變。而且這種突變位置越靠近翻譯起始端（5′端）其后果越嚴重。如在中國人中發現有β珠蛋白基因轉錄的密碼子41-42產生缺失，造成β鏈合成提前終止，這種β鏈不穩定而導致β珠蛋白生成障礙性貧血發生。

突變類型檢測可用核酸測序，人工合成寡核苷酸探針作產前診斷。前者多用于研究，后者可應用于臨床。現可利用PCR法擴增突變區域，再行測序或雜交分析，大大提高了靈敏度和特異性，可省去目的基因的克隆，方法也得到一定的簡化。

⒋密碼子缺失和插入它與移碼突變不同的是生殖細胞在減數分裂時，染色單體發生錯配或不等交換，造成在基因DNA分子中，缺失或插入的核苷酸不是一個，而是一部分，即多了或少了一部分密碼子。當然其肽鏈也相應缺失或插入一個以上的氨基酸。如珠蛋白生成障礙性貧血發現二種類型，一種為右側缺失型，缺失了涉及α2和α1基因3.7kb的片段，而左側缺失型則缺失了α2及左側區域4.2kb的片段。（α2基因排列在左，α1基因排列在右）。該類變異可用Southern blot法，RFLP法加以診斷，參見診斷分子生物學基本技術有關章節。

⒌融合基因由于減數分裂時不同珠蛋白肽鏈的基因之間發生不等交換，結果造成某一珠蛋白基因同時融合兩種不同珠蛋白基因的部分堿基，由此合成的肽鏈也含有兩種不同珠蛋白的氨基酸序列。

血紅蛋白病的診斷可根據臨床癥狀，如溶血性貧血等現象。有些沒有臨床癥狀，須依賴實驗室診斷。在細胞水平可以通過血液學檢查，蛋白分子水平也可通過電泳，熱穩定試驗等方法檢查。

血紅蛋白病的治療目前尚無根治辦法。該病的起因是基因突變所致，其治療有待于基因工程技術來矯正基因的缺陷，即用基因治療的方法加以根治。但要進行基因治療，必須建立完善基因診斷的技術，這是醫學檢驗工作者面臨的新課題。目前基因診斷技術可利用核酸探針進行分子雜交或進行核酸測定來分析基因突變和突變的位置。由于mRNA分子直接轉錄了DNA分子上基因的信息，又直接指導蛋白質合成，在細胞內又有一定的量，故易于分離純化和分析，因此對內源性基因的分析，其分析對象多為mRNA分子。mRNA分析最常使用的分子雜交技術有斑點雜交和Northern blot技術以及逆轉錄PCR（RT-PCR）技術。