发病机制:
1.病理生理
(1)阳离子含量的改变与渗透性:红细胞内外物质交换需要通过细胞膜,红细胞内外无机离子、糖等的浓度差别很大,它们的转运都有各自的机制。正常红细胞通过Na
/K
泵维持细胞内Na
/K
正常比例,Na
/K
泵每作用1次即有3个Na
泵出细胞外,2个K
泵入细胞内,使红细胞内呈高钾低钠状态。而HS红细胞,特别是从脾脏收集的红细胞存在
脱水异常和对单价离子的通透性异常,推测是骨架蛋白缺乏的结果。钾和水选择性丢失的途径被激活引起细胞的
脱水异常,如脾脏的相对低pH值和氧化作用的损伤以及红细胞在脾脏与巨噬细胞接触产生氧自由基可刺激K
/Cl
-联合输送器。此外,在HS红细胞,调节细胞内钠和钾含量的Na
/K
泵的活动是亢进的。因为每2个原子的钾转运进入细胞内,3个钠原子从细胞内被挤出,泵的功能亢进将导致红细胞
脱水以免红细胞
肿胀、破坏。蛋白4.2缺乏的HS红细胞有阴离子输送增加,而血影蛋白、锚蛋白或带3缺乏的HS红细胞阴离子输送正常或输送减少。
(2)非变形性球形红细胞在脾脏的滞留:脾脏在HS发病中病理生理机制的重要性众所周知。脾脏选择性破坏HS红细胞有两个因素:一是HS红细胞变形性不良,二是脾脏血管系统的独特解剖构造充当—微循环过滤器―的作用。
由于表面物质缺失引起红细胞表面积与体积的比值减少,从而导致红细胞变形性差是发病中的主要因素。正常的盘状细胞具有丰富的表面,允许红细胞变形并通过狭窄的微循环信道,而HS红细胞缺少这部分可变形的额外表面。变形性不良可由于细胞的
脱水更进一步加重。
红细胞在脾脏滞留的主要部位是脾脏窦孔的壁,来自脾脏红髓脾索的血液进入静脉循环。在大鼠的脾脏,孔的长与宽分别为2v3δm和0.2v0.5δm,约为红细胞直径的一半。脾标本的电子纤维照片显示只有非常少量的HS红细胞穿过此部位。因此,在切除的脾脏可以观察到解剖部位的非变形性球形红细胞堆积于红髓,使红髓充血变粗。
(3)脾脏对红细胞的调节与破坏:HS红细胞由于表面区域缺失和细胞密度的增加,一旦经脾脏扣留将经受附加的损伤,在脾切除时有红细胞移出脾脏就是证据。这些经脾脏处理过的红细胞重返血液循环,可以通过渗透脆性检测出这部分细胞群。脾切除后,这些红细胞群消失。
早期通过模拟脾脏条件(包括低pH值、隔离的红细胞可以与网状内皮系统接触等)进行HS红细胞的体外培养研究显示,糖缺失和接踵而来的细胞内ATP的缺乏并非HS红细胞在脾脏破坏的原因。脾脏条件的影响显示出的是累积的损伤。HS红细胞在脾索停留的时间平均为10v100min,只有1%v10%流经脾脏的血液是暂时滞留于脾脏并充满脾索,其余的90%血液迅速流入静脉循环。
虽然HS红细胞主要在脾脏扣留和破坏,但HS细胞也在其他外周的器官被破坏。HS红细胞表面改变触发网状内皮系统吞噬作用的机制尚不清楚。一个途径可能是脂质双分子层结构内磷脂的破坏,导致磷脂酰丝氨酸外侧暴露,促进红细胞附着于网状内皮系统,使其在脾脏以外的其他器官被吞噬破坏。虽然磷脂在两个脂质双层内的分布在绝大多数HS患者是正常的,但在一些严重的HS患者有磷脂分布的异常改变。还有一种猜测,经脾脏处理过的末期HS红细胞具有磷脂不均匀的发生。
2.分子机制 正常红细胞的膜是有非酯化胆固醇和糖脂插入的不对称性磷脂双层结构。膜的外层为胆碱磷脂(磷脂酰胆碱也称卵磷脂和鞘磷脂),内层为氨基酸磷脂(磷脂酰氨基乙醇和磷脂酰丝氨酸)。红细胞膜也含有不对称的蛋白成分。所有的糖蛋白暴露于膜的外侧表面,具有红细胞抗原和受体或转运蛋白。这个整体的膜蛋白穿透或跨越脂质双层,与疏水脂质的核心部位相互作用并且紧紧地束缚红细胞膜。一个独立的蛋白网络与整体膜蛋白和脂质双层形成垂直和水平相互作用的膜骨架。膜骨架包括血影蛋白(或称收缩蛋白,又分为Ω和? spectrin)、锚蛋白(ankyrin)、蛋白4.1、蛋白4.2和肌动蛋白(图1)。HS的分子改变具有异质性。通过聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)密度梯度测定法定量分离膜蛋白,HS被分为以下5种亚型:单一血影蛋白部分缺乏、血影蛋白与锚蛋白连接部分缺乏、带3部分缺乏、蛋白4.2缺乏和其他少见的共同缺乏。
(1)单一的血影蛋白部分缺乏:单一血影蛋白部分缺乏包括Ω-血影蛋白和?-血影蛋白。大量文献证实在血影蛋白缺乏的显性遗传HS患者有?-血影蛋白基因(SPTB)突变存在。但有一种例外,?-血影蛋白
Houston在一些家族被证明是一种移码突变,这些突变是局限的,是独特的个体家族,并且可能与?-血影蛋白mRNA减少的积累有关。?-血影蛋白
Kissimmee是一种局限在与蛋白4.1交互作用的?-血影蛋白的高度保守区域的点突变,是一种限制蛋白4.1与血影蛋白到肌动蛋白连接键的功能障碍。因此,通过还原剂处理循环中的红细胞来增强其限制功能。这些红细胞富含还原型谷胱甘肽,血影蛋白/蛋白4.1限制性减低是非功能性的表现。
单一血影蛋白缺乏的非显性遗传HS患者,属Ω-血影蛋白的缺乏。在正常的红细胞,Ω-血影蛋白合成量大大超过?-血影蛋白,Ω-血影蛋白基因(SPTA1)突变导致Ω-血影蛋白合成减少。由于Ω-血影蛋白超过?-血影蛋白的合成,因而,在膜内有一个正常数量的血影蛋白异二聚体组合,因此,一个正常的Ω-血影蛋白和一个有缺陷的Ω-血影蛋白等位基因结合的个体可无症状。纯合子或复合杂合子的Ω-血影蛋白缺乏HS个体,将是严重型的HS患者。Wichterle等报道1例复合杂合子的Ω-血影蛋白缺乏严重的HS病例,具有两个不同的Ω-血影蛋白基因缺乏,在一个等位基因上,有一个与上游间插序列突变(Ω
LEPRA)有关的剪切缺失;在另一个等位基因上有另外一个基因突变,即a
PRAGUE。Ω
LEPRA 等位基因产生比正常的等位基因少6倍的纠正剪切的Ω血影蛋白转录物。更进一步的研究显示,许多非显性遗传的血影蛋白缺乏HS,Ω
LEPRA与Ω
Bug Hill(在Ω?结构域部位有一个氨基酸取代了结构域)的连接是失平衡的。因此Ω
LEPRA等位基因与其他Ω-收缩蛋白缺乏的杂合个体出现,导致明显的血影蛋白缺乏的球形红细胞增多性
溶血性贫血。
利用脉冲标记的BFU-E研究显示,在一些致死性或接近致死性的与血影蛋白严重缺乏(约占正常成分的26%)的HS,其Ω-血影蛋白的合成显著减低。尽管这些缺陷的分子基础尚不清楚,但有母亲是轻度显性遗传的HS和有渗透脆性轻度增加而血液学表现正常的父亲的家族史,提示有至少两个基因缺陷的简单杂合子的可能。
(2)血影蛋白与锚蛋白的结合部分缺乏:血影蛋白与锚蛋白结合部分缺乏的生物化学表现最先在1988年由Coetzer等提出。锚蛋白代表血影蛋白在膜上的主要连接部位,因此,尽管血影蛋白的合成正常,锚蛋白缺乏常伴有相应比例的血影蛋白减少是不奇怪的。例如,?-血影蛋白突变的HS,大多数的锚蛋白缺陷属于与mRNA累积减少相关的点突变。除外锚蛋白
Florisnopolis外,移码突变与严重的HS有关,这一点由来自3个不同遗传背景家族的HS患者而证实。现有的报道中15%v20%的锚蛋白基因(ANKl)突变属新生突变(de novo mutation)。在两个家庭中发现有双亲镶嵌体锚蛋白突变,因此,在相同HS家族中有临床症状不同的病例发生。
包括锚蛋白基因部位的缺失或移位的染色体组型异常的非典型HS病例也有报道。1例患者,8号染色体上全部锚蛋白基因缺失导致一个大的缝隙缺失。锚蛋白缺失可能是典型症状的球形红细胞增多、智力低下、典型面容和性腺功能减低的邻近基因综合征的一部分。
(3)带3蛋白部分缺乏:带3蛋白部分缺乏发现于轻、中型显性遗传的HS患者,伴有蘑菇样或钳形红细胞,其中大部分患者伴有蛋白4.2缺乏。迄今为止,发现有近50种不同的带3突变与HS有关,这些突变延伸遍及带3,存在于胞浆区域和膜剪切区域。带3突变的纯合子(带3
Coimbra)可引起致死性或近致死性的HS,伴有胎儿
水肿、
代谢性酸中毒以及与带3完全缺失并蛋白4.2缺乏相关的严重
贫血。影响带3蛋白的等位基因(SLC4A1)已被鉴定,当带3蛋白突变连续遗传,将加重带3缺乏并使疾病的临床症状更加恶化。
某些带3缺乏的HS病例,
网织红细胞减少。这种病例带3合成和mRNA水平是正常的。同时也发现某些病例存在带3蛋白不稳定。引起带3缺失的机制尚不清楚,推测机制有:减弱带3蛋白与锚蛋白的连接,导致初始带3蛋白或锚蛋白缺乏;或膜上缺少带3组合的—零件―。在某些带3缺乏的HS患者,带3基因表达可以降低,或一个带3突变可妨碍带3进入内质网膜的固有联合转录插入,或妨碍带3移位到原生质膜。
【病因】
病因:本病溶血的主要原因是先天性红细胞膜蛋白基因突变导致的红细胞膜异常。
HS的
分子遗传学异常主要包括锚蛋白和膜收缩蛋白联合缺乏、带3蛋白缺乏、单纯膜收缩蛋白部分缺乏和4.2蛋白缺乏,以锚蛋白和膜收缩蛋白联合缺乏最常见。上述膜蛋白异常可导致膜骨架与膜之间的垂直方向相互作用减弱,从而使膜脂质双层变得不稳定,部分脂质以出芽形式形成囊泡而丢失,红细胞膜表面积减少,最终使红细胞形成小球形。另外,HS红细胞(特别是经过脾脏的红细胞)都有一定程度的
脱水和对单价离子通透性异常,这可能也与膜骨架缺陷有关。
由于球形细胞内容积储备很低,其变形性能因而降低,难于通过直径比其本身小得多的脾微循环而阻留于脾髓内被吞噬和清除。在脾脏,还可能由于红细胞被阻留于脾髓内的时间长、红细胞ATP生成不足、pH值下降,使红细胞更易变为球形。此外,由于本病红细胞内的ATP相对缺乏,使红细胞的除钙作用减弱,钙沉积于细胞膜上而使膜变硬,因而在脾内更易于破碎。未破坏的红细胞多次经过脾循环后,其脆性进一步增加,球形更明显,在脾内易于破坏。
实验证明,脾切除后
贫血的纠正程度与红细胞膜收缩蛋白的原有缺乏程度有关。收缩蛋白>正常70%者,术后
贫血可完全纠正;为正常40%v70%者,可得到代偿;<正常40%者术后仍有
贫血。所幸<40%的病例常为隐性遗传患者,临床少见。