1、分子病与先天性代谢病,2,3,本章重点内容提示,1、概念：分子病、血红蛋白病 2、血红蛋白的类型、发育演变及遗传控制 3、异常血红蛋白病发病的分子基础 4、地中海贫血的基因型及临床类型 5、地中海贫血发病的分子基础 6、先天性代谢病：病名，酶缺陷，遗传方式 7、LDL受体基因突变的功能类型,4,第一节 分子病,分子病（Molecular Disease）：基因突变导致蛋白质分子质 和量的异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病。1949年，Pauling等在研究镰状细胞贫血时提出分子病 的概念。 血红蛋白病（Hemoglobinopathy）：由于珠蛋白分子结构或 合成量的异常所引起的疾病。血红蛋
2、白病是人类研究分子病的最好模型。,5,本节内容阐述 血红蛋白的结构与功能 珠蛋白基因的结构及表达 珠蛋白基因表达调控 血红蛋白病,6,血红蛋白的分子结构,血红蛋白四聚体,血红蛋白单体,4,珠蛋白链,血红素,类链 ( 、),类链 (、),7,一级结构,类链（141个氨基酸）,类链（146个氨基酸）,8,二 级 结 构,螺旋,折叠片层,9,三级结构,四级结构,10,血红蛋白的发育演变,11,血 红 蛋 白 类 型,12,胚胎Hb： Hb Gower 22 Hb Gower 22 Hb Portland 22 胎儿Hb： Hb F 22 成人Hb ：Hb A 22 95% Hb A2 22,血 红
3、蛋 白 类 型,13,正常成人血红蛋白,14,血红蛋白的遗传基础珠蛋白基因,珠蛋白基因簇 人类珠蛋白基因分为珠蛋白基因簇,重点掌握基因定位、排列顺序,15,珠蛋白基因簇（16p13）,5-2- 1-2-1-2-1-1-3,16,珠蛋白基因簇（11p15）,5- 2- -G-A-1-3,17,珠 蛋 白 基 因,5,3,Exon1 IVS-1 Exon2 IVS-2 Exon3,起源相同、结构相似、功能相关,18,珠蛋白基因表达,19,珠蛋白基因表达特点, 发育阶段特异性 基因簇上的基因53 顺次表达、关闭 合成场所特异性卵黄囊胎肝骨髓 表达数量协调性类、类链的表达维持1:1的比例总之，珠蛋白基
4、因在表达时空的遗传控制上具有精确的协调性。,20,血 红 蛋 白 病 (Hemoglobinopathy),由于珠蛋白分子结构或合成量异常所引起的疾病称为血红蛋白病。,血红蛋白病分为两大类：（1）异常血红蛋白病（2）地中海贫血,21,22,异 常 血 红 蛋 白 病,由于珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病。,主要类型：（1）镰状细胞病（2）不稳定血红蛋白病（3）血红蛋白M病（4）氧亲和力改变的血红蛋白病,23,镰 状 细 胞 病, 遗传方式：AR, 形成原因：链第6位谷氨酸被缬氨酸取代，形成HbS。在缺氧情况下，HbS聚合形成长棒状聚合物，使细胞镰变，引起血
5、粘度增高，导致血管梗阻性继发症状。, HbSHbS 镰状细胞病HbAHbS 镰形细胞性状HbAHbA 正常人,24,镰 状 细 胞 病,25,26,临床症状： 血管梗阻性继发症状：一过性剧痛（肌肉、骨骼和腹痛） 急性大面积组织损伤：心梗，肺、肾脏损伤； 慢性溶血性贫血,27,28,29,治疗： 药物 儿童 氨苄青霉素预防性治疗 成人重症 羟基尿 （hydroxyurea） 升高HbF 输血和吸氧 骨髓移植 基因治疗,30,杂合子优势 疟疾,31,不 稳 定 血 红 蛋 白 病, 遗传方式：AD（不完全显性）, 临床表现：Hb不稳定容易自发变性，形成的珠蛋白小体（Heinz小体）粘附在细胞膜导致
6、阳离子通透性增加，同时红细胞变形性降低，通过微循环时导致血管内、外溶血。, 代表疾病：Hb Bristol形成原因：链第67位缬氨酸被天冬氨酸取代临床症状：先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大,32,血 红 蛋 白 病 M 病 （遗传性高铁血红蛋白病）, 形成原因：肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸发生替代，导致部分铁原子呈稳定的高铁状态。, 临床表现：紫绀和继发性红细胞增多, 遗传方式：AD,33,氧亲和力改变的血红蛋白病, 形成原因：由于珠蛋白基因突变致Hb肽链上氨基酸发生置换，致使Hb分子与氧的亲和力增高或降低，运输氧功能改变。, 临床表现：红细胞增多症(氧的亲和力增高)或紫绀(氧的亲和力降低)
7、,34,异常血红蛋白病的分子基础珠蛋白基因突变, 主要类型：（1）单个碱基置换（2）移码突变（3）密码子的缺失和插入（4）融合基因,36,单 个 碱 基 置 换, 错义突变,37,单 个 碱 基 置 换, 无义突变,DNA144 145 146 147 Hb A AAG UAU UCG UAA Hb McKees-Rock AAG UAA,PROTEIN144 145 146 147 Hb A 赖氨酸 酪氨酸 精氨酸 （终止） Hb McKees-Rock 赖氨酸（终止）,38, 终止密码突变,单 个 碱 基 置 换,DNA139 140 141 142 143 Hb A AAA UAC CG
8、U UAA GCU Hb Constant-Spring AAA UAC CGU CAA GCU,PROTEIN139 140 141 142 143 Hb A 赖氨酸 酪氨酸 精氨酸（终止） Hb Constant-Spring 赖氨酸 酪氨酸 精氨酸 谷酰胺 丙氨酸-172,39,移 码 突 变,40,密码子的缺失或插入,41,融 合 基 因,不等交换 融合基因 Hb LeporeHb anti-Lepore 不稳定 地贫,42,地 中 海 贫 血,由于珠蛋白基因缺失或突变导致某种珠蛋白链合成障碍，造成链和链合成失去平衡而导致的溶血性贫血称为地中海贫血。, 主要类型（1）地中海贫血由于珠蛋
9、白基因的缺失或缺陷，使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。（2）地中海贫血由于珠蛋白基因的缺失或缺陷，使链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。,43,地 中 海 贫 血,44, 地 中 海 贫 血, +地贫：一条16号染色体缺失1个基因, 0地贫：一条16号染色体缺失2个基因,45,46,-地中海贫血的分子基础, 从基因缺陷程度区分为：缺失型和非缺失型, 基因缺失：分为+地贫和0地贫+地贫有：（1）左侧缺失：缺失包括2基因（2）右侧缺失：缺失包括2基因3端和1基因5端（3）东南亚缺失型：缺失包括 1、2、1和1,47,-地中海贫血的分子基础,右侧缺失,左侧缺失,东南亚缺失型,48,-地中海贫血的
10、分子基础, 非缺失型（点突变）：1 生成无功能或稳定性降低的mRNA无义突变移码突变终止密码突变起始密码突变2 RNA加工突变3 产生不稳定Hb,49,-地 中 海 贫 血, 0地贫：完全不能合成链, +地贫：部分合成链,50,-地中海贫血临床分类,51,-地中海贫血临床分类,52,-地中海贫血的分子基础, 地中海贫血已发现100多种突变类型，包括点突变和基因缺失。, 绝大多数地中海贫血是由于基因发生点突变所致，突变涉及基因内及侧翼序列。,（1）编码区突变 （2）非编码区突变 （3）启动子区突变 （4）RNA裂解信号突变 （5）加帽位点单个碱基突变,53,导致地中海贫血的突变模式,54,编码区
11、突变mRNA稳定性降低或形成无功能mRNA,（1）无义突变密码子17：AC密码子43：GT （2）移码突变密码子71/72：+A密码子41/42：-TCTT （3）起始密码突变ATGAGG,55,非编码区突变影响mRNA剪切、加工过程,内含子GTAT，丧失一个剪切信号,56,非编码区突变影响mRNA剪切、加工过程,GGTAGT，激活隐蔽剪切位点,57,启动子区突变降低mRNA的转录效率,58,RNA裂解信号突变不能准确裂解和加polyA,3侧翼序列中AATAAAAACAAA,加帽位点单个碱基突变干扰加帽过程，影响转录效率,加帽位点发生AC颠换,59,60, 异常血红蛋白病和地中海贫血有共同的分
12、子基础突变、缺失, 基因缺失是引起地中海贫血的主要原因, 基因突变是引起地中海贫血的主要原因,61,第二节 先天性代谢病, 先天性代谢缺陷：因一种特殊酶的缺乏产生可能有病理后果的代谢阻断。, 1908年，Garrod提出“先天性代谢缺陷”的概念,62, 先天性代谢缺陷产生机制,（1）结构基因突变 酶结构改变，稳定性降低，酶动力学特性改变 （2）调节基因突变 酶合成速率下降，催化活性降低 （3）翻译后修饰加工障碍 酶催化中心不完善，活性降低,63,底物 中间产物1 中间产物2 中间产物3 终产物,E1,E2,E3,E4,E5,代谢旁路开放,反馈抑制（）,酶蛋白基因突变，导致正常代谢受阻，通过不同
13、发病环节引起疾病,64, 氨基酸代谢病,参与氨基酸代谢过程的酶遗传性缺乏, 苯丙酮尿症 白化病 尿黑酸尿症,65,苯丙氨酸、酪氨酸代谢,/,/,/,66,苯丙酮尿症（PKU）, 酶缺乏致代谢旁路产物增多 遗传方式：AR 关 键 酶：苯丙氨酸羟化酶（PAH） 基因定位：12q24 临床表现：苯丙酮酸苯乳酸苯乙酸毛发、皮肤和尿有特殊气味患者毛发和皮肤颜色浅,67,苯丙氨酸代谢途径,/,68,白 化 病（Albnisiom）, 酶缺乏致终产物缺乏 遗传方式：AR 关 键 酶：酪氨酸酶 基因定位：11q14-21 临床表现：皮肤呈白色，头发呈银白色虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素视物模糊，眼球震颤，羞
14、明易患皮肤癌,69,苯丙氨酸、酪氨酸代谢,/,70,白 化 病（Albnisim）,71,尿黑酸尿症（Alkaptonuria）, 酶缺乏致中间产物堆积 遗传方式：AR 关 键 酶：尿黑酸氧化酶 基因定位：3q21-23 临床表现：尿中尿黑酸弥漫性色素沉着黄褐病,72,苯丙氨酸、酪氨酸代谢,/,73, 糖代谢病,参与糖代谢过程的酶遗传性缺乏, 半乳糖血症 糖原贮积症,74,半乳糖血症（Galactosemia）,半乳糖 半乳糖-1-磷酸+2-磷酸尿苷葡萄糖 2-磷酸尿苷半乳糖,葡萄糖-1-磷酸,E1,E2,半乳糖醇,葡萄糖-6-磷酸,E1：半乳糖激酶 E2：半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶,75,
15、 酶缺乏致中间产物堆积 遗传方式：AR 关 键 酶：半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶 基因定位：9p13 临床表现：肝硬化半乳糖-1-磷酸智力障碍低血糖半乳糖醇致白内障,半乳糖血症（Galactosemia）,76,糖原贮积症I型（von Gierke病）,糖原 葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸 葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶, 酶缺乏致代谢底物堆积 遗传方式：AR 关 键 酶：葡萄糖-6-磷酸酶 基因定位：17q21 临床表现：低血糖肝、肾肿大,77, 脂类代谢病,参与脂类分解代谢过程的酶遗传性缺乏, Gaucher病 Tay-Souchs病,78,Gaucher病, 酶缺乏致代谢底物堆积 遗传方
16、式：AR 关 键 酶：葡萄糖脑苷酯酶 基因定位：1q21 临床表现：急性：全身肌张力过度慢性：肝、脾肿大，贫血病理学：Gaucher细胞（肝、脾、骨，中枢神经系统）,79,Tay-Souchs病（家族性黑曚性痴呆）, 酶缺乏致代谢底物堆积 遗传方式：AR 关 键 酶：氨基己糖苷酶A 基因定位：15q23-24 临床表现：听觉过敏视网膜黄斑变性失明进行性肌张力,80, 嘌呤代谢病自毁容貌综合征（Lesch-Nyhan综合征）,5-磷酸核糖 PRPP,ATP AMP,1-氨基-5-PR,IMP,AMP,GMP,（）,（）,次黄嘌呤 鸟嘌呤,HGPRT,81, 嘌呤代谢病自毁容貌综合征（Lesch-
17、Nyhan综合征）, 酶缺乏致反馈抑制减弱 遗传方式：XR 关 键 酶：HGPRT 基因定位：Xp26-27.2 临床表现：智力发育不全 舞蹈样动作、强迫性自残行为痛风性关节痛、高尿酸血症、尿道结石,82, 受体蛋白病家族性高胆固醇血症, 遗传方式：AD（不完全显性） 细胞膜上LDL受体缺陷 临床表现：血清胆固醇 LDL胆固醇伸肌腱胆固醇沉积（黄色瘤）,83,LDL受体途径,84, LDL受体, 基因定位：19p13.1-13.3 基因全长45kb 含18个外显子 mRNA为5.3kb 分子量为160kD 属于整合膜蛋白,85, LDL受体突变,86, LDL受体突变,1. 无mRNA和蛋白产
18、生 2. 阻断LDL受体从内质网转运至高尔基复合体 3. LDL受体不能正常地结合配体 4. 不能内在化 5. 再循环障碍型,87,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）缺乏症,预防疟疾的伯氨基喹啉和食用蚕豆引起严重的溶血性贫血。该病在世界各地较为常见。 后来发现诱发贫血的基础是G6PD的遗传性缺陷。,88,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）代谢途径,89,DNA水平：60多种突变包括几乎整个编码区（多为错义突变）蛋白水平：已报道400多种等位突变型，其中许多是多态,G6PD 基因：定位于X染色体，全长19kb，含13个外显子，编码514个氨基酸的蛋白,90,常见G-6-PD基因突变,外显子 突变位置 突变类型 Aa位置 Aa替代5 376 AG 126 天冬酰氨天冬氨酸4 202 GA 68 缬氨酸蛋氨酸 6 563 CT 188 丝氨酸苯丙氨酸突变导致电泳迁移率改变（E5）和酶活性降低（E4和E6）。,G-6-PD缺乏症用于研究对药物反应的遗传基础。,
