异常血红蛋白病概要

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卢兴国叶向军

一般所称的异常血红蛋白病即血红蛋白分子异常或血红蛋白结构异常疾病，是血红蛋白病（hemoglobinopathies）中的一个大类。现在世界上发现的血红蛋白分子变异体达种以上，但只有很少数的异常血红蛋白有临床表现。本章重点介绍有溶血或临床特征的血红蛋白结构异常。

异常血红蛋白病是珠蛋白肽链分子结构异常的疾病，异常的珠蛋白肽链，包括α链、β链、δ链和其他肽链，但以β链结构异常最为多见（占80%以上），其次为α链等。

一、异常血红蛋白病的定义

异常血红蛋白病是由珠蛋白基因突变引起珠蛋白肽链一级结构中的一个或一个以上氨基酸的取代（占90%以上）、缺失、插入、肽链延伸和肽链融合，形成结构和功能异常血红蛋白的遗传性疾病；临床症状极不一致，只有少数有临床表现，其中最常见有症状的血红蛋白变异体是HbS、HbE、HbC等；除了纯合子和复合杂合子患病（如HbS病、HbE病和HbC病）外，它们的杂合子患者为无临床表现或仅为轻微的血液学异常，被称为血红蛋白异常基因携带者或某异常血红蛋白特性，如镰状细胞特性（sicklecelltrait）、HbE特性和HbC特性。

二、血红蛋白的结构与种类和功能

（一）血红蛋白的结构

血红蛋白是红细胞的主要蛋白质，占细胞干重的96%。它由两对不同的珠蛋白链和血红素连接而成的一种结合蛋白。在正常情况下，血红素含亚铁（Fe++）的卟啉（原卟啉IX）。正常血红蛋白中的珠蛋白由4种肽链（α、β、γ和δ）构成。每一种血红蛋白的珠蛋白，一半均为一对α链，另一半为一对β链或γ链或δ链。正常成人血红蛋白是HbA（hemoglobinadult），由一对α链和一对β链组成。α链由个氨基酸组成，β链由个氨基酸组成。δ链与β链的分子构造极其相似，在个氨基酸中只有9个相差，故δ链可以视为β链的变异体。γ链与β链相似性也较高。每一条肽链围绕着一个处于中心位置的血红素卟啉环形成一个3级结构。4条肽链连接成一个椭圆形的四聚体，中间是血红素腔袋，为2,3-BPG分子与两条β链相结合的区域（图16-1）。血红蛋白分子量为Da，α、β肽链的大部分（约75%）呈螺旋状排列。β链有8个较长的螺旋段（二级结构），每两个节段之间为少数非螺旋结构的氨基酸。8个螺旋区域从N端以A至H8个字母命名，非螺旋形结构的肽链部分以两个字母取名，即用氨基酸序号和两个螺旋段字母命名，如CD、EF和FG，EF3是连接E和F螺旋的非螺旋片段的第三个残，F8是F螺旋段的第8个氨基酸残基。按照命名方式排列使得同源性显而易见：F8残基是近端血红素连接的组氨酸，血红素远侧的组氨酸是E7。血红蛋白的辅基是亚铁原卟啉IX。每条链上血红素位于E和F螺旋之间的缝隙中。极性的亲水氨基酸（丙氨酸）位于血红蛋白分子表面，非极性的疏水氨基酸则围绕着血红素的部分和分子内的某些隐蔽处。铁离子与F8组氨酸咪唑基的氮（N）原子通过配位键结合。在血红素平面的另一侧，E7位的远端组氨酸没有与铁离子结合，但非常接近配体结合部位。在血红蛋白分子中四条肽链之间的较大的一个接触处称为α1~β1接触区域，此处有34个氨基酸非极性相互作用形成，而较小的被称为α1~β2接触处只有19个氨基酸。

图16-1血红蛋白的结构

A为β链结构示意图，箭头所指表示一些不稳定血红蛋白氨基酸置换的位置；B为通过X线衍射推定的血红蛋白分子结构，由上至下血红蛋白分子由四个亚单位组成：一对相同的a链（浅色部分）和一对相同的β链（深色部分），2,3-BPG在脱氧血红蛋白分子中间与2条β链结合

氧合作用时αβ接触构象有显著变化。氧分子插入血红素铁原子和α珠蛋白链第57位氨基酸残基与β珠蛋白链第63位氨基酸残基E螺旋组氨酸（远端组氨酸）分子间的血红素腔袋内。每个腔袋内的氧原子结合在血红素的铁分子上，使其进入血红素基的平面。F8（α珠蛋白链残基87位和β珠蛋白链残基92位）血红素铁将组氨酸拖转至血红素铁的相对位置，与E螺旋紧密连接。当血红蛋白分子进行充分的氧合作用后，就成为一种致密度很低的结构，所谓松弛型血红蛋白。此时，仅有少数分解成αβ二聚体。在二聚体中的α链和β链之间的原子接触数，所谓的α1β1界面，超过对位的二聚体β链和一个αβ二聚体α链之间的数量（α1β2界面）。氧气从血红蛋白四聚体上脱离，自每一条链上脱离后就转变为致密的形态，即所谓紧密型血红蛋白。

（二）血红蛋白的种类

正常人红细胞中的血红蛋白类型因不同的发育时期而有所不同。出生后的正常血红蛋白有三种：HbA、HbA2和HbF。在胚胎期产生血红蛋白称为早期血红蛋白（胚胎血红蛋白）。

1．HbAHbA由一对α链和一对β链组成，结构式为α2β2。在初生儿中，HbA占所有Hb的10%~40%，但其后很快增加，至4个月后成为血红蛋白中的主要成分，6个月后占全部血红蛋白的97%，至成人一直维持在这一水平。

2．HbA2HbA2由一对α链和一对δ链组成，结构式为α2δ2。在出生6个月后，HbA2占全部血红蛋白的2%~3%，之后维持在这一水平，是血红蛋白中的次要成分。

3．HbFHbF由一对α链和一对γ链组成，结构式为α2γ2。HbF从胚胎第10周起开始合成，是胎儿第四个月以后和初生儿的主要血红蛋白。婴儿出生时，脐带血中的HbF占60%~90%，但出生后很快减少，至出生后4个月已被HbA所替代。在儿童和成人，血中浓度一般不超过血红蛋白的0.5%~0.8%（用Singer抗碱血红蛋白测定法，最高值为2%）。用血红蛋白电泳或层析方法检测到的HbF只有一种，用肽链分析技术则有两种HbF。这两种HbF只差1个氨基酸，一种是在γ链的位上是甘氨酸，另一种则为丙氨酸，分别称为Gγ链和Aγ链，结构式分别为α2γ2Gly和α2γ2Ala。这由γ基因有两个不等位基因分别编码产生两种γ链所致。在正常情况下，这两种HbF都存在，在出生时Gγ链和Aγ链的分子比例为3:1，成人为2：3。

正常哺乳动物血红蛋白包含两对不同的多肽链：每对中的一条为α链或类似α的珠蛋白链，另一条为非α链（β、γ、δ）。在一珠蛋白多肽链氨基酸序列中，某些残基对血红蛋白的稳定性及功能起关键作用。通常这些残基在α链或β链是相同的。β链上N端的缬氨酸与2,3-BPG的相互作用非常重要；C端几个残基则在形成没有配体结合的特征性盐桥起重要作用。非α链（β、γ、δ、ε）长度均为个氨基酸；β链起始的两个氨基酸为缬氨酸和组氨酸。C端的两个残基是Tryβ和Hisβ。δ链（HbA2）与β链只有10个残基不同。δ链和β链的前8个残基和C端的第~残基是相同的。胎儿血红蛋白的γ链与β链有39个残基不同。γ链与β链的N端残基分别是甘氨酸与缬氨酸，而C端残基同为Tryβ和Hisβ。除了N端残基不同之外，γ链与β链的几处初级结构差异需要注意，如γ链含有异亮氨酸而β链则没有。另外一个常见的多态性是Aγ的第75位苏氨酸常见被异亮氨酸取代。

4．胚胎血红蛋白在宫内8周之前，主要的血红蛋白有三种：HbGower1（（ζ2ε2）、HbGower2（α2ε2）和Hbportland（ζ2γ2）。这些血红蛋白是原始血红蛋白，ζ链和ε链分别是成人α、β链和γ、δ链的胚胎期对应物。在胎儿发育过程中，这些原始血红蛋白逐渐减少，珠蛋白生成依次从ζ链转换成α链，ε链转换成γ链，至胎儿8周后便被HbF所取代，至出生后便产生α链和β链为主要构成的血红蛋白（HbA）。了解胚胎期血红蛋白、胎儿期血红蛋白至成人期血红蛋白的演变，对理解地中海性贫血及其产前诊断（方法）有很重要的意义。

（三）血红蛋白的功能

血红蛋白是高效完成气体运输（氧、二氧化碳和一氧化氮）的分子。血红蛋白对氧的亲和力使其在肺与氧的结合几乎达到饱和状态，并且因S形样解离曲线，使之在组织中能够有效地释放氧。这种氧解离曲线是由于血红蛋白是一种变构分子，其构象以及氧分子的亲和力随每一分子氧的结合而改变。血红蛋白在酸碱平衡中也有重要作用，脱氧血红蛋白结合质子，氧合血红蛋白释放质子。氧解离曲线受调节以满足机体的需要。缺氧的组织迅速出现酸中毒，释放的质子使氧解离曲线偏移向组织释放更多的氧。而长期酸中毒或碱中毒（如高海拔地区）的作用，由红细胞2,3-BPG调节作用可以抵消降低血红蛋白氧亲和力。

S型氧解离曲线是血红蛋白分子从配体结合状态至配体解离状态构象改变的函数。在脱氧状态下血红蛋白四聚体除了一些氢键（图16-1）外，还通过亚基之间的盐键和疏水键结合在一起。在脱氧血红蛋白中，2,3-BPG位于两条β链之间的中央腔袋中，当血红素与氧结合时，血红蛋白分子通过一系列复杂而协调的结构改变而实现构象变化。氧气是血红蛋白血红素的主要生理配体，但血红素与一氧化碳（CO）和一氧化氮（NO）的结合也十分重要。CO与血红蛋白结合的亲和力比氧大倍。因此，即使相对低的CO浓度，也能从血红蛋白置换大量的氧。从临床看，CO对氧解离曲线左移而有严重影响。所以，CO中毒的临床效应比单纯氧气置换所能释放的要严重得多。血红蛋白与NO结合后则被氧化为高铁血红蛋白。血红蛋白对NO的清除有重要的生理意义，这也可以解释阵发性睡眠性血红蛋白尿患者发生的食管痛（见第六章）和实验性输注血红蛋白溶液后发生的高血压。

保持正常功能和不发生溶血，几个方面的分子结构完整性非常重要：分子外表面结构必须完整，电荷不发生改变；δ链与β链接触处必须稳定；血红素腔袋周围氨基酸序列必须保持完整。

三、血红蛋白结构异常的命名

异常血红蛋白的命名经过多次更改。正常成人血红蛋白被称为HbA（A代表adult），胎儿血红蛋白称为HbF（F代表fetal）。最早发现的镰形细胞贫血的异常血红蛋白称为HbS（S代表sickle）。也就是从年Ingram等发现HbS的分子生物学特征后，变异型或异常血红蛋白的数量快速增长甚至呈指数级增长，但除了少数有临床表现外，多数是在人群普查中被偶然发现的无症状者。

多数异常血红蛋白是由于氨基酸替代改变了净离子电荷，进而影响电泳迁移率。起初，各种异常血红蛋白还是按照发现的先后依次用英文拼音字母命名，如HbC、HbD、HbE、HbG…HbQ，由于新发现的异常血红蛋白还是日益显著增多，继之改用首先发现地为名称，例如HbDakar、HbKoln、HbSeattle、HbBart（Bart是英国Bartholomew医院的简称）。继之发现早年认为电泳速度相同的异常血红蛋白是同一异常血红蛋白，但实际上不一定是同一异常血红蛋白，如已知的HbG有十多种。因此，如果是不同的异常血红蛋白则在原名称（字母名称）后加上发现所在地的名称，如HbGHongKong、HbGPhiladalphia、HbGAccra、HbGSanjose，HbD-Punjab、HbE-Saskatoon、HbM-Hydepark以示区别。有时以表达异常血红蛋白分子结构的不同，将珠蛋白链结构改变的形式予以显示，如把HbS写成Aα2Sβ2或α2Sβ2，左上角字母A表示HbA，S表示HbS。还可以更详细表达珠蛋白的成分变异，如HbS写成α2β26缬或α2β26谷→缬为表示正常的第6位谷氨酸被缬氨酸取代，或HbSβ6（A3Glu→Val）表示β珠蛋白链第6位或A螺旋段第3位的谷氨酸被缬氨酸取代；而HbG-Philadelphia，α68（E17）Asn→Lys为α珠蛋白链第68位或E螺旋段第17位的天冬氨酸被赖氨酸取代，为最常见的α链变异型。有些字母标注也被用于表示某些变异型的电泳特性，如有几种HbDs（D-Punjab、D-Iran和D-Ibadan），这些变异型都与HbS在碱性（醋酸纤维素）电泳中的迁移率相似，而在酸性pH（枸橼酸盐琼脂糖）电泳中则与HbA的迁移率一样；HbEs则在碱性电泳中与HbC相似，而在枸橼酸盐电泳中则与HbA一致。

四、血红蛋白结构异常的分类

（一）异常血红蛋白功能分类

根据异常血红蛋白的功能进行分类，见表16-1。

表16-1异常血红蛋白的功能分类

异常血红蛋白功能

取代的氨基酸位置

临床表现

异常血红蛋白常见型

无

分子表面

无

HbGPhiladelphia

溶解度减低而易于凝聚

分子表面

溶血性贫血（纯合子）

HbS

不稳定性

分子内部非极性氨基酸

溶血性贫血（纯合子）

HbKoln

增加氧亲和力

α1β2接触或β链C端

红细胞增多

HbChesapeake

降低氧亲和力

接近血红素及接触α1β2

发绀、贫血

HbKansas

高铁血红蛋白血症

近端（F8）或远端（E7）

的组氨酸

发绀

HbM

α地中海贫血表型

可变

溶血性贫血（复合杂

合子）

HbCS

β地中海贫血表型

可变

溶血性贫血（复合杂

合子）

HbLepore

（二）有临床症状异常血红蛋白分类

至今发现的异常血红蛋白变异在千种以上，绝大多数异常血红蛋白变异无临床症状。大多数血红蛋白变异是珠蛋白基因（α、β、γ和δ）单个核苷酸被取代的错义突变（点突变），是常见的一种突变方式。如镰状细胞性贫血（HbS病）是β链第6位谷氨酸被缬氨酸取代，HbE病是β2链第6位谷氨酸被赖氨酸取代，HbC病是β链第6位谷氨酸被赖氨酸取代或个别氨基酸的缺乏所致。不常见的突变有单个或多个核苷酸缺失或插入突变导致阅读框的改变、血红蛋白基因融合并发生基因间DNA序列的缺失（如HbKenya中的γβ融合以及HbLepore中的δβ融合）、终止密码子突变导致的珠蛋白链延长。能明显改变血红蛋白分子的结构、稳定性、合成或功能的血红蛋白分子异常，才会导致血液学和（或）临床上的不良后果（表16-2）。

表16-2有临床表现异常血红蛋白的分类

1．理化性质改变的异常血红蛋白

（1）HbS（脱氧血红蛋白S多聚化）：HbS病

（2）HbC（晶体折出）：溶血性贫血，小红细胞性改变

2．不稳定血红蛋白

先天性变性珠蛋白小体溶血性贫血

3．氧亲和力改变的异常血红蛋白

（1）高亲和力变异：红细胞增多症

（2）低亲和力变异：贫血和发绀

4．HbM

高铁血红蛋白血症：紫绀

5．导致地中海贫血表型的异常血红蛋白

（1）β地中海性贫血

①HbLepore（δβ融合）

②HbRNA加工异常（如HbE、HbKnossos、HbMalay）

③高度不稳定血红蛋白（如HbGeneva、HbWestdale）

（2）α地中海性贫血

①α珠蛋白链终止突变异常（如HbConstantSpring）

②α珠蛋白链高度不稳定变异（如HbQuongSze）

（三）结合异常血红蛋白功能和有无临床表现分类

1．无临床表现异常血红蛋白此型由珠蛋白外部氨基酸的变异所致，是临床上最常见的异常血红蛋白。它虽为遗传性（异常基因携带），但无临床表现，常在人群普查时被发现。

2．凝聚性异常血红蛋白HbS和HbC属于本型。在某些条件下，异常血红蛋白可以凝集成结晶体，导致红细胞形态改变。如在HbS中，β链第6位的氨基酸被缬氨酸取代，红细胞在缺氧条件下形成棒状结晶体，诊断主要依据廉变试验和电泳检查；HbC为β链第6位谷氨酸被赖氨酸取代或个别氨基酸的缺乏所致。

3．氧亲和力异常异常血红蛋白此型均有氧亲和力异常。如氧亲和力增高在组织中释放氧减少，可以继发红细胞增多（高氧亲和力变异型）；氧亲和力减低在组织中释放氧增加，可以发生贫血（低氧亲和力变异型）。它们的分子学基础是由于α1β1肽链接触部位或β肽链末端氨基酸的取代，如红细胞增多症的Chesapeake（Arg→Leu）、Hiroshima（His→Asp）和Wood（His→Leu）；引起溶血的Hammersmith（Phe→Ser）和Kansas（Asn→Thr）。

4．不稳定血红蛋白此型分子基础是由于维持血红蛋白分子稳定的珠蛋白内部非极性氨基酸被取代造成，导致对氧化变性非常敏感，以红细胞中形成不溶性包含体（变性珠蛋白小体）和溶血为特征，如HbZurich、Hbkoln、Hbseattle。变性珠蛋白小体附着于红细胞膜面，使细胞变得僵硬而在脾中被扣留破坏。

5．伴高铁血红蛋白异常血红蛋白此型血红蛋白病以高铁血红蛋白血症为特征，是因某种氨基酸的取代导致三价铁还原为二价铁，血红蛋白携氧能力降低而表现出紫绀。如HbM。临床表现为自幼有发绀，常伴有继发性红细胞增多症。

五、血红蛋白结构异常遗传特征和流行病学

异常血红蛋白病多为常染色体显性遗传。患者由上代遗传得到一个正常和一个异常基因者为杂合子（临床无症状或仍有轻微表现），如镰状细胞特性（HbS特性）只遗传了一个HbS等位基因，HbD病遗传了一个HbD等位基因。得到两个相同的异常基因为常染色体隐性遗传的纯合子，有严重的临床表现，如HbS病、HbC病和HbE病。除了常见的异常血红蛋白，如HbS、HbC、HbE和HbD–LosAngeles外，极少在其他异常血红蛋白病中见到纯合子患者。杂合子和纯合子个体之间的婚配所生后代的患病或携带异常基因的概率见表16-3。

表6-3婚配时异常基因所致的遗传概率

婚配1

婚配2

后代遗传基因型的概率（%）

正常杂合子纯合子

杂合子

正常

杂合子

杂合子

纯合子

正常

0

纯合子

杂合子

纯合子

纯合子

得到两个不同的异常基因为复合杂合子或双重杂合子（doublyheterozygous），如HbC、HbE、HbD和HbO-Arab都是镰状细胞血红蛋白（HbS）与β地中海贫血或另一种β珠蛋白变异的复合杂合子状态，有临床症状。但其与配偶的后代遗传，可能取其之一。这取决于两个基因是等位基因还是非等位基因，也就是说它们是影响的是同一条珠蛋白肽链还是不同的肽链（表16-4）。具有复合杂合子的HbS和HbC男性，两者均是β缺失，且是等位基因，则能遗传该基因之一，仅为一个基因遗传给子女。因此，子女将是HbS或HbC的杂合子，无复合杂合子。非等位基因遗传是很不相同的，因一个基因影响α链而另一个影响β链。所以，复合杂合子患者婚配的后代，可能是正常人也可能是遗传有单个异常基因或两个异常基因。

表16-4复合杂合子患者的等位与非等位基因遗传模式

患者

配偶

后代遗传基因型的概率（%）

正常杂合子复合杂合子

两个异常基因影响同一条肽链

（等位基因），如HbS、HbC

正常

0

（HbS和HbC各为50%）

两个异常影响不同肽链（非等

位基因），如HbS、HbHopkinsII

正常

（HbS和25

HbHopkinsII各为25%）

在不同地区和民族，异常血红蛋白分布差异很大，在最常见的HbS、HbE、HbC和HbD中，每一种变异体在世界范围内受影响的人数达数百万。年WHO估计大约5%的世界人口携带血红蛋白病基因。镰状细胞贫血（HbS病或HbS综合征）在非洲的亚撒哈拉和赤道地区（发病率高达1%~2%之间），还有中东、印度和地中海地区，都是高发病率地区。在美国的非洲裔新生儿大约1/为镰状细胞贫血；镰状细胞特性（杂合子）在美国的非洲后裔发生率为8%。镰状细胞贫血和镰状细胞特性患者对疟疾具有抵抗性，故其发病可以反映世界范围内的疟疾分布，但随着人口的迁移原先不流行的地区也在变得多起来。在我国尚未见镰状细胞贫血的报道。HbE病在东南亚很常见，主要分布缅甸、泰国、老挝、柬埔寨、马来西亚和印度，在部分地区的异常基因携带者可达30%。随着人口外迁，HbE病也是某些地区的一种常见的血红蛋白病，可能仅次于镰状细胞贫血。HbC病在西非的发病率高达17%~28%，在美国的约有3%的黑人居民携带HbC基因。HbD病在世界多地被发现，包括非洲、北欧和印度等。在我国，HbE病发病率不高，但在西南地区较为多见，其次有HbC病和不稳定血红蛋白病等。

六、异常血红蛋白的病理生理

发生在分子表面的氨基酸取代一般是无症状的，因它们不影响血红蛋白的四级结构、血红素功能或亚单位之间的相互作用。实际上，多数功能正常的异常血红蛋白氨基酸取代都发生在分子表面，一般普遍的也是在普查中电泳检查因发现氨基酸取代后发生的分子净电荷改变。HbS和HbC是突变发生在血红蛋白分子表面的两个例子，突变导致分子电荷和理化性质的改变，脱氧HbS形成多聚体，HbC则形成结晶，严重影响红细胞的功能、形态、流变性质和寿命，HbS还损伤微血管循环。

有些血红蛋白变异体的结构显示不稳定性。对于不稳定血红蛋白病变异有几种解释的机制，通常是不稳定的血红蛋白分子在红细胞内沉积并黏附在红细胞膜上内层形成变性珠蛋白小体，导致先天性变性珠蛋白小体溶血性贫血，因红细胞变得僵硬而被单核巨噬细胞过多清除。较多的不稳定血红蛋白电荷无变化（中性），是由于氨基酸被取代，影响内部非极性残基。这些氨基酸被取代的许多血红蛋白会影响血红素的残基接触而减低血红素珠蛋白的结合。水可以接近血红素腔袋，且血红素也可以从分子中脱离。无血红素的正常珠蛋白和部分无血红素的血红蛋白自身不稳定。也有不稳定血红蛋白整个分子构象有明显变化，特别是带有丢失的血红蛋白（如HbGunHill）。

某些氨基酸残基改变血红蛋白分子对氧的亲和力，血红蛋白R构象（松弛，氧合构象）的稳定导致高亲和力变异血红蛋白的形成和红细胞增多。发生这种异常的大多数氨基酸取代发生于α1β2接触点而损害了血红素-血红素的相互作用。一些氨基酸取代发生在β链C端附近，干扰了碱性波尔效应（alkalineBohreffect）。我国发现的氧亲和力增加的血红蛋白变异体有HbChongqing、HbHarbin、HbGuangzhou-Hangzhou、HbQuinhai等。相反，血红蛋白T构象（紧密，脱氧构象）的稳定导致低氧亲和力变异血红蛋白的形成，在组织中释放氧增多，但在某些情况下因氧感应通路受抑而发生紫绀和贫血。

血红素结合位点的突变，特别是影响保守的近端（F8）和远端（E7）组氨酸的突变（被Tyr取代），导致血红素中亚铁被氧化为高铁，产生高铁血红蛋白血症和发绀。HbMMilwaukeeβ63（E11）的缬氨酸被谷氨酸取代，因谷氨酸残基中的羧基能形成类似的离子键而使血红蛋白不能结合氧，导致高铁血红蛋白血症和发绀。

有几种异常血红蛋白结构限制了珠蛋白链的合成，导致地中海性贫血表型（表16-2）。这些异常血红蛋白（同时改变珠蛋白结构和合成速率）的突变包括融合血红蛋白，如HbLepore，其5端珠蛋白基因序列与3端β珠蛋白序列融合，而基因间DNA序列缺失；形成的δβ融合基因被置于低效的δ珠蛋白启动子的转录控制下，使融合珠蛋白表达水平降低，导致地中海性贫血表型。有些变异血红蛋白错义突变同时形成一个异常的剪接位点，如HbE、HbMalay，还有高度不稳定的珠蛋白，即新生成的珠蛋白链高度不稳定，被蛋白酶快速水解，导致受累的珠蛋白降低。在我国常见的是HbE-β地中海性贫血，其次有HbGTaicgung-α地中海性贫血。

γ珠蛋白变异体只在胎儿期表达，其水平在出生后随着γ至β（胚胎至成人）珠蛋白转换而逐渐下降，但β和α珠蛋白变异体却是终生表达的。δ珠蛋白变异体表达水平很低，只有在珠蛋白合成转换全部完成后才可以检测到。因所有在胚胎期后表达的血红蛋白都含有α珠蛋白链，如HbF的α2γ2、HbA的α2β2和HbA2的α2δ2，所以α珠蛋白链的变异也会引起HbF（α2xγ2）和HbA2(α2xδ2)变异体的产生。在杂合子中，红细胞血红蛋白的40%~50%为β珠蛋白变异体，但在某些因素可以影响携带者变异型β珠蛋白链量。这些因素包括变异体的稳定性、变异型β珠蛋白链的表面电荷，以及同时存在的α、β地中海贫血。变异体的稳定性越差其量越低。变异体的表面电荷也是决定红细胞内变异体量多少的因素，因αβ二聚体形成是血红蛋白四聚体形成关键的第一步，该步骤主要是由α和β链之间的静电作用驱动的。由于α珠蛋白链表面相对带正电荷，更易与相对带负电荷的β珠蛋白变异体相互作用形成αβ二聚体。这也反映在表面带负电荷的β珠蛋白变异体比例较高，如HbN-Baltimore（β95Lys→Glu），在杂合子中占约50%；而带正电荷的β珠蛋白变异体，如HbS（β6Glu→Val）或HbC（β6Glu→Lys），在杂合子中占40%~50%。当同时存在α地中海性贫血时，带负电荷的β珠蛋白变异体在与α珠蛋白竞争型结合中占有优势，这一现象反映在常见的缺失型α地中海贫血时，这些变异体携带者的HbS和HbC比例更低，如HbS在杂合子α+地中海性贫血（-α/αα）中占30%~35%，在纯合子α+地中海贫血（-α/-α）中仅占25%~30%。根据受累的α珠蛋白基因不同，以及是否同时存在α或β地中海贫血，α珠蛋白变异体的量可以不同。因为正常情况下有四个α珠蛋白基因位点（（αα/αα）），其中5端的α珠蛋白基因（α2）表达水平较高，而α1珠蛋白基因表达水平较低，因此α珠蛋白变异体的水平在某种程度上还需要视哪一个珠蛋白基因的突变。

七、血红蛋白结构异常的临床共性

现在世界上发现的异常血红蛋白已在种以上，我国发现的也在种以上，但只有少数有临床表现。有临床表现血红蛋白结构异常使红细胞功能和形态发生改变，前者可导致携氧力下降，后者可出现形态异常（如镰状细胞、靶形细胞、低色素性小细胞）等。这些反映在临床和实验室的共性特点是：阳性家族史；多有发育不良或特殊外貌；可见脾肿大而无淋巴结肿大；药物治疗无明显疗效，切脾部分类型有效。

八、血红蛋白结构异常的实验室特点

大多数血红蛋白结构变异体，包括某些伴功能异常者在内，并不影响红细胞的形态，故单靠红细胞形态学检查对异常血红蛋白病的诊断无明显意义。目前，许多国家将血红蛋白电泳列入常规项目包括在新生儿的筛查计划中。这样，在出生时即可以查出新生儿所患的异常血红蛋白病或携带的异常血红蛋白基因。

（一）血红蛋白电泳

血红蛋白电泳是筛查和鉴定异常血红蛋白最重要和最常用的方法。由于血红蛋白电泳是根据血红蛋白电荷的多少来分离蛋白质的，故不能鉴定无电荷变化的氨基酸被取代的异常血红蛋白，特别是一些不稳定血红蛋白和氧亲和力增高的异常血红蛋白。

当前，最简单和最普遍应用的方法是醋酸纤维薄膜电泳。醋酸纤维薄膜可以用于许多类型的电泳装置上，利用此方法可以在30~min完成血红蛋白电泳，将条带洗脱还可以进行定量。用于筛查的常规电泳条件为pH8.6~9.1。Tris-EDTA-硼酸（TEB）缓冲液或用不连续缓冲系统（阴极为TEB、阳极为巴比妥缓冲液）。在上述条件下，通过与HbS标准物的泳动度比较，可以将异常血红蛋白分为五大组：HbJ、HbA、HbF、HbS和HbC，可以鉴定多种异常血红蛋白（表16-5）

表16-5几种异常血红蛋白在碱性醋酸纤维薄膜电泳泳速

类别

泳动度

主要的异常血红蛋白

HbC

慢于HBS，用HbC做标准

HbC、HbE、HbA2、HbOArab

HbS

慢，用HbS做标准

HbS、HbD、HbG、HbLepore

HbA

用HbA做标准

HbA、HbM，某些不稳定血红蛋白和

氧亲和力增高的血红蛋白

HbJ

比HbA快，用HbJ做标准

HbJ、HbK、HbNBalitimore

HbH

比HbJ快

HbH、HbI、HbBart

等电聚焦电泳是一种新方法，有非常高的分辨率，可以对新生儿和成人血红蛋白带作出精确定位，几乎可以获得其他电泳方法的全部信息。

HbM可以通过氰化铁将所有血红蛋白转化为高铁血红蛋白，然后进行淀粉电泳与HbA分离。

（二）色谱仪和质谱方法

有高压液相色谱仪、微柱色谱仪和逆向高压色谱仪等。高压液相色谱仪具有良好的分辨力，只需要1mg以下的血红蛋白就可以分离其他方法不易检测的血红蛋白变异体，可以有效分离HbA与HbF，HbH与HbI，HbC与HbE和HbO。微柱色谱仪可以测定HbA2与HbF。逆向高压色谱仪结合氨基酸分析进行氨基酸序列测定。质谱方法，如电喷涂质谱方法较适用于单个氨基酸被取代的异常血红蛋白。

（三）放射免疫技术

放射免疫技术用于识别血红蛋白变异体的特异性比电泳和色谱仪方法高，但需要应用变异体单抗。

（四）突变基因和肽链分析

许多异常血红蛋白可以通过突变基因的直接分析较珠蛋白结构测定更容易做出诊断。肽链分析也是要求很高的一种检测技术，可以检测异常氨基酸的有无。

（五）改变物理与化学性质的方法

1．HbS检测如通过镰状细胞的溶解度试验检测HbS的有无，但不能区分镰变细胞基因型。

2．HbF检测在HbF水平较低时可以通过抗碱变性试验定性，用分光光度计方法可以测定0.5%水平的HbF，精确度较高；当15%水平的HbF时，可以用醋酸纤维薄膜电泳进行定量。HbF的细胞分布还可以通过差式染色技术进行测定。

3．不稳定血红蛋白检测用常规电泳方法检测不出不稳定血红蛋白，故采用热变性试验是比较有用的筛查方法。其他简便的方法有异丙醇试验和活体染色（甲紫、煌焦油蓝或水晶紫等），但活体染色方法检测的是红细胞中存在的不稳定血红蛋白，经染色后形成变性珠蛋白小体。由于变性珠蛋白小体也见于G-6-PD缺乏症，需要注意鉴别诊断。