镰刀型细胞贫血症概述
请从蛋白质结构和功能的角度说明镰刀型贫血症与疯牛病的发病机制。
请从蛋白质结构和功能的角度说明镰刀型贫血症与疯牛病
的发病机制。
摘要：
一、镰刀型贫血症发病机制
1.蛋白质结构异常
2.功能受损
3.临床表现
二、疯牛病发病机制
1.蛋白质异常聚集
2.神经系统的损害
3.传播途径与预防措施
正文：
一、镰刀型贫血症发病机制
镰刀型贫血症是一种常染色体隐性遗传病，主要表现为红细胞形态异常，形成新月形或镰刀状。
这种疾病的发病机制与血红蛋白分子结构异常密切相关。
正常情况下，血红蛋白由两个α-球蛋白链和两个β-球蛋白链组成，而镰刀型贫血症患者的β-球蛋白链基因突变，导致蛋白质结构发生改变。
蛋白质结构的异常导致其功能受损，血红蛋白分子无法正常携氧，进而影响体内各组织器官的供氧，引发一系列临床表现，如疲劳、头晕、黄疸等。
二、疯牛病发病机制
疯牛病，又称牛海绵状脑病，是一种严重危害牛群健康的疾病。
该病的发
病机制与朊病毒蛋白（Prion Protein）异常聚集有关。
正常情况下，朊病毒蛋白是一种细胞膜上的糖蛋白，具有调节细胞功能的作用。
然而，在疯牛病中，朊病毒蛋白发生异常聚集，形成海绵状纤维，导致神经系统的损害。
疯牛病的传播途径主要是摄入感染朊病毒蛋白的食物，如病牛的肉和骨。
这种疾病在牛群中的传播速度很快，且目前尚无有效的治疗方法。
为了预防疯牛病，我国采取了一系列严格的措施，如禁止进口英国等国家的牛肉及牛肉制品，加强对国内牛群的检测等。
综上所述，从蛋白质结构和功能的角度来看，镰刀型贫血症和疯牛病的发病机制都与蛋白质异常有关。
不同的是，前者导致红细胞功能受损，后者则引发神经系统疾病。
镰刀型细胞贫血症及其发病机理
镰刀型细胞贫血症及其发病机理人类的贫血症是由于身体无法制造足够的血红蛋白造成的，人类的贫血症有许多种。
其中，镰刀型细胞贫血症属于分子病，是指基因突变使蛋白质的分子结构或合成的量异常直接引起机体功能障碍的一类疾病。
人类几种常见贫血症镰刀型细胞贫血症是一类遗传性疾病，由于异常血红蛋白S（HbS）所致的血液病，因红细胞呈镰刀状而得名。
该病属于常染色体显性遗传性疾病，是1949年世界上最早发现的第一个分子病，由此开创了疾病分子生物学。
该病主要见于非洲黑种人，最初见于非洲恶性疟疾流行区的黑种人中。
HbS杂合子对恶性疟疾具有保护性，单核吞噬系统将镰状细胞连同疟原虫一起清除，疟疾不治自愈，使HbS杂合子患者得以生存。
人教版教材人教版教材认为，正常的GAG突变为GTG（A→T）；但浙科版教材认为，正常的GAA突变为GTA（A→T）。
查找一些资料两种情况都有，其中，大多数情况是支持前者，但也有的资料同时说明了两种方式的存在。
另外，除了异常血红蛋白S（HbS），即第6位氨基酸由正常的谷氨酸变成了缬氨酸，形成HbS，还有一种是异常血红蛋白C（HbC），即第6位氨基酸由正常的谷氨酸变成了赖氨酸，形成HbC。
如下所示：发病机理：正常成人血红蛋白是由两条α链和两条β链相互结合成的四聚体，α链和β链分别由141和146个氨基酸顺序连接构成。
镰状细胞贫血的发生是由于β珠蛋白基因的第6位密码子由正常的GAG突变为GTG（A→T），使其编码的β珠蛋白N端第6位氨基酸由正常的谷氨酸变成了缬氨酸，形成HbS。
镰状细胞贫血患者因β链第6位上的谷氨酸被缬氨酸替代形成HbS，HbS在脱氧状态下相互聚集，形成多聚体。
这种多聚体由于其HbS的β链与邻近的β链通过疏水键连接而非常稳定，水溶性较氧合HbS低5倍以上。
纤维状多聚体排列方向与细胞膜平行，并与细胞膜紧密接触，故当有足够的多聚体形成时，红细胞即由正常的双凹形盘状变为镰刀形，此过程称为“镰变”。
镰型细胞贫血症,a地中海贫血症发生的分子机制和特点
2，在HbS中，由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区，HbS形成管状凝胶结构(如棒状结构)，导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变)。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管，加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大，阻塞毛细血管,引起局部组织器官缺血缺氧，产生脾肿大、胸腹疼痛(又叫做“镰形细胞痛性危象”)等临床表现。时，不易变形通过，挤压时易破裂，导致溶血性贫血。
1，大多数α地中海贫血是由于α珠蛋白基因的缺失所致，少数由基因点突变造成。
2，一条染色体上的一个α基因缺失或缺陷，则α链的合成部分受抑制，称为α地贫2；若每一条染色体上的2个α基因均缺失或缺陷，称为α地贫1。重型α地贫是α地贫1的纯合子状态。
3，重型α地贫患者在胎儿期即发生大量γ链合成γ4（Hb Bart's）。Hb Bart's对氧的亲合力极高，造成组织缺氧而引起胎儿水肿综合征。中间型和α地贫是α地贫1和α地贫2的杂合子状态，是由3个α珠蛋白基因缺失或缺陷所造成，患者仅能合成少量α链，其多余的β链即合成HbH（β4）。HbH对氧亲合力较高，又是一种不稳定血红蛋白，容易在红细胞内变性沉淀而形成包涵体，造成红细胞膜僵硬而使红细胞寿命缩短。
1,镰型细胞贫血症，a地中海贫血症发生的分子机制和特点
镰型细胞贫血症
a地中海贫血症
机制
由于β珠蛋白基因缺陷（突变），使其编码的β珠蛋白N端第6位氨基酸由正常的谷氨酸变成了缬氨酸，使血红蛋白异常，形成HbS
镰刀型细胞贫血病指南(罕见病诊疗指南)
106.镰刀型细胞贫血病概述镰刀型细胞贫血病（sickle cell disease，SCD）是一种常染色体显性遗传血红蛋白（Hb）病。
由于β-肽链第6位的谷氨酸被缬氨酸替代，使血红蛋白S （hemoglobin S，HbS）异常，以致红细胞呈镰刀状得名。
临床表现为慢性溶血性贫血、慢性局部缺血导致器官组织损害、易感染和再发性疼痛危象（以前也称为镰状细胞危象）。
镰状细胞综合征通常用于描述与链状细胞改变现象有关的所有疾病，包括纯合子状态、杂合子状态、HbS与其他异常血红蛋白的双杂合子状态3种主要表现形式，而镰状细胞贫血病这一术语则通常用于描述HbS的纯合状态。
病因和流行病学镰状细胞贫血病是1949年世界上发现的第一个分子病，由此开创了疾病分子生物学。
正常成人血红蛋白是由两条α链和两条β链相互结合成的四聚体，α链和β链分别由141和146个氨基酸顺序连接构成。
镰状细胞贫血患者因β链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸所代替，形成了异常HbS，取代了正常血红蛋白（HbA），在脱氧状态时HbS分子间相互作用，聚集成为溶解度很低的螺旋形多聚体，使红细胞扭曲成镰状细胞（镰变）。
这种多聚体形似长绳状，由于其HbS的β链与邻近的β链通过疏水链连接，结构非常稳定，水溶性较氧合HbS 降低5倍以上。
纤维状多聚体与细胞膜平行紧密接触，也常与其他纤维连成线，所以当有足够多的多聚体形成时，红细胞即由正常的双凹圆盘状扭曲变为典型的新月形或镰刀形，并导致红细胞变形性显著下降。
脱氧HbS的聚合是慢性缺血、血管阻塞现象的必要条件。
红细胞内HbS浓度、脱氧程度、酸中毒、红细胞脱水程度等许多因素与红细胞镰变有关。
红细胞镰变的初期是可逆的，给予氧即可逆转镰变过程。
但当镰变已严重损害红细胞膜后，镰变就变为不可逆，即使将这种细胞置于有氧条件下，红细胞仍保持镰状。
镰变的红细胞僵硬，变形性差，可受血管的机制破坏和单核巨噬系统吞噬而发生溶血。
镰变的红细胞还可使血液黏滞性增加，血流缓慢，加之变形性差，易堵塞毛细血管引起局部缺氧和炎症反应导致相应部位产生疼痛危象，多发生于肌肉、骨骼、四肢关节、胸腹部，尤以关节和胸腹部为常见。
镰刀形红细胞贫血
外周血干细胞(PBSC)的采集方法与成分血的单采术类似，即用血
细胞分离机分离采集外周血的单个核细胞组分。目前最常用的细 胞分离机机型是FewnalCS—3000(或CS—3000Plus)。多采用分离淋巴
细胞的程序分离。一般情况下行大静脉穿刺即可，外周静脉穿刺 困难(尤其是小儿)时需中心静脉穿刺。 采集成人时的血流速度为50—60m1/min，每次分离4—6循环(约3— 4h)，分离血液的总容积9L，依据情况连续或隔日采集。对儿童采 集时的血流速度和分离的总容积依年龄和体重而定。
羊膜穿刺术
取样时间：
1.中孕羊膜腔穿刺：以在妊娠16 ～21周进行最佳。在孕15周时， 羊水容量已达200ml，一般抽吸 羊水20ml。
2.早孕羊膜腔穿刺：在妊娠9～13 周进行。7～10周时抽取羊水5ml ，10周后抽取羊水量可达10ml。 该方法对胚胎发育可能有影响， 所取的标本量少，故目前很少应 用。
镰形红细胞贫血&疟原虫
猜测：
寄生虫感染的红细胞选择性发生镰变，使单核巨噬细胞系统能更 加有效地清除感染的红细胞，通过钾流失增加，红细胞PH降低 ，寄生虫感染的红细胞对内皮细胞粘附增加等，对寄生虫的生长 产生抑制效应。
高空缺氧
平原进入高原后，红细胞和血红蛋白显著 增加，增加的程度与海拔高度、居住时间 、劳动强度及性别有关。
什么是HLA配型？
HLA抗原是人类主要组织相容性复合物抗原，它们与同种异体移 植中的排斥反应有密切关系，故又称为移植抗原。
HLA-Ⅰ类和Ⅱ类分子均是主要移植抗原，但这两类抗原在移植中 所起的作用是不相同的。体外实验表明，供受体Ⅱ类分子不同时 ，供体Ⅱ类抗原能直接刺激受体CD4+T细胞增殖和淋巴因子分泌 ，即MLR。这一反应是免疫应答的中心，因为B细胞抗体的生成及 CD8+T细胞发育和分化，都有赖于CD4+T细胞的活化以及淋巴因 子的分泌。而Ⅰ类分子不同以及次要组织相容性抗原不同，就会 诱发CD8+T细胞增殖和分化成熟，导致移植物的破坏。
镰刀型细胞贫血症病例2
镰刀细胞性贫血的分子基础是什 么（基因和蛋白质的改变）？
• 其发病的分子基础是：正常血红蛋白的β链 上的第6位谷氨酸被缬氨酸所替代；是由于 编码谷氨酸的密码子GAG突变为编码缬氨 酸GUG，即GAG→GUG，实际上是决定β 多肽链那条DNA分子上一碱基发生了改变， 即A→T。从而造成异常血红蛋白的生成， 导致镰刀状细胞贫血症。
正常红细胞与镰刀形红细胞对比
•产生镰型细胞贫血症的机制：
单个碱基的突变
氨基酸的改变 蛋白质性质发生变化， 直接产生性状变化。 正常双凹圆盘状红细胞转变为镰 刀形红细胞 缺氧时表现贫血症。
如何界定异常血红蛋白病与地中海贫血？
镰状细胞病的特征是红血球形状发生突变，由平滑的 圆圈形状改变为新月形或半月形。畸形细胞缺乏可塑 性，会阻塞毛细血管，阻碍血液流动。这一状况导致 红血球存活期缩短，继而发生贫血，通常称之为镰状 细胞贫血。镰状细胞病患者血液含氧量低并且发生血 管堵塞，可导致出现慢性和急性疼痛综合症、重度细 菌感染和坏疽(组织坏死)。地中海贫血也是遗传性血 液异常。地中海贫血患者的红血球中无法产生足够的 血红蛋白，向身体各个部位送氧。当红血球里没有足 够的血红蛋白时，氧气则无法到达身体各个部位。这 时器官就会缺氧，也就无法正常活动。地中海贫血主 要分为两种，即α型和β型，以组成正常血红蛋白的两 条蛋白链命名。α型和β型血红蛋白有轻度和重度两种 病症。
预防： 本病预后不佳且缺乏有效疗法，故应注重预防，提倡优生，进
行婚前和产前检查。采用聚合酶链反应(PCR)和寡核苷酸探针(ASO) 方法或采用PCR和限制性内切酶片段长度多态性(RFLP)方法，在 妊娠早期即可作产前诊断，防止纯合子患儿的出生。
谢谢！
为什么患者的红细胞会变成镰刀状？
镰刀型细胞贫血症
2021/3/27
CHENLI
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限制性内切核酸酶酶谱分析
❖ 限制酶MstⅡ识别的核苷酸序列为CCTGAGG， 基因组DNA被此酶消化并与-珠蛋白基因探针 进行杂交后，正常-珠蛋白基因CCTGAGGAG产 生1.15kb+0.20kb的片段，而HbS的-珠蛋白 基因（CCTGTGGAG）失去了MstⅡ识别序列， 从而产生了1.35kb的片段，据此可对HbS病做 出基因诊断。
2021/3/27
CHENLI
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❖ 在疟原虫毁坏镰刀型贫血症携带者
（杂合子）的红细胞时，会导致患
者缺氧，这样就会让原来正常的红
细胞变成镰刀型的，镰刀型红细胞
容易形成血栓，人体自身免疫系统
会提前结束这些阻碍血流畅通的红
细胞的生命，而积聚在红细胞中正
等待大量繁殖的疟原虫也同样被杀
死了。
2021/3/27
2021/3/27
CHENLI
停滞血管 急性危象 慢性进行性器 官损伤
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5、镰刀细胞性贫血在世界范围内的分布有何特点？
❖ 本病主要分布在非洲，也散发于地中海地区， 在东非某些地区HbS基因频率高达40%，因此 镰状细胞贫血症成为世界范围内最严重的血 红蛋白病。
❖ HbS基因的地形分布于疟疾的地形分布相似， 这与HbS携带者对疟疾有较强的抵抗力有关。
CHENLI
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HbS病
2021/3/27
CHENLI
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6、镰刀细胞性贫血患者的血红蛋白在电 泳行为上与正常的血红蛋白有何差别？
2021/3/27
镰状细胞贫血眼部病变演示课件
根据临床表现和严重程度，镰状 细胞贫血可分为若干类型，如镰 状细胞贫血型、镰状细胞-C病、 镰状细胞β+-地中海贫血等。
诊断标准与鉴别诊断
诊断标准
镰状细胞贫血的诊断主要依据临床表 现、家族史和实验室检查，包括血红 蛋白电泳、基因检测等。
鉴别诊断
需要与其他类型的溶血性贫血、地中 海贫血、遗传性球形红细胞增多症等 疾病进行鉴别。
加强国际合作
镰状细胞贫血眼部病变是一种全球性的疾病，未 来我们将加强与国际同行的合作，共同推动该领 域的研究进展。
提高公众对镰状细胞贫血眼部并发症认识
加强科普宣传
通过各种渠道，如科普讲座、宣传册、社交媒体等，向公众普及镰 状细胞贫血眼部并发症的相关知识，提高公众的认知水平。
开展义诊活动
组织专业的医疗团队，定期开展镰状细胞贫血眼部并发症的义诊活 动，为疑似患者提供免费的检查和咨询服务。
治疗原则及方法
治疗原则
镰状细胞贫血的治疗原则包括改善缺氧、预防血管阻塞和溶血、减轻疼痛、防 治并发症等。
治疗方法
包括输血治疗、羟基脲治疗、骨髓移植等，同时可给予止痛药、抗生素等对症 治疗。近年来，基因治疗和干细胞移植等新型治疗方法也在研究中。
02
眼部病变与镰状细胞 贫血关系
眼部结构特点及易感性
微血管瘤形成
在视网膜血管上可能出现 微小的血管瘤样结构。
血管闭塞
部分视网膜血管可能发生 闭塞，导致局部缺血。
视网膜出血、渗出和水肿现象
视网膜出血
视网膜各层均可出现出血，呈点 状或片状，严重时可影响视力。
渗出物
视网膜表面可能出现黄白色渗出 物，多位于血管周围。
视网膜水肿
视网膜组织可能出现水肿，导致 视网膜厚度增加，透明度降低。
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镰刀型细胞贫血症
镰刀型细胞贫血症是20世纪初才被人们发现的一种遗传病。
1910年,一个黑人青年到医院看病,他的症状是发烧和肌肉疼痛,经过检查发现,他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血症,他的红细胞不是正常的圆饼状,而是弯曲的镰刀状。
后来,人们就把这种病称为镰刀型细胞贫血症。
镰刀型细胞贫血症主要发生在黑色人种中,在非洲黑人中的发病率最高,在意大利、希腊等地中海沿岸国家和印度等地,发病人数也不少,在我国的南方地区也发现有这类病例。
1928年,人们就已经了解到镰刀型细胞贫血症是一种遗传病。
后来证实,它是一种常染色体隐性遗传病。
1949年,一位曾经两次获得诺贝尔奖金的美国著名化学家鲍林(Li.C.Pauling,1901—),在美国的《科学》杂志上发表了题为《镰刀型细胞贫血症cc一种分子病》的研究报告。
他在文章中写道:“在我们的研究开始之时,有证据表明(红细胞)镰变的过程可能是与红细胞内血红蛋白的状态和性质密切相关的。
鲍林将正常人、镰刀型细胞贫血症患者和镰刀型细胞贫血症基因携带者的血红蛋白,分别放在一定的缓冲溶液中电泳,发现正常人和患者的血红蛋白的电泳图谱明显不同,而携带者的血红蛋白的电泳图谱,与由正常人的和患者的血红蛋白以1:1的比例配成的混合物的电泳图谱非常相似。
鲍林推测镰刀型细胞贫血症是由于血红蛋白分子的缺陷造成的。
正常的血红蛋白是由两条α链和两条β链构成乃木厶?其中每条肽链都以非共价键与一个血红素相连接。
α链由141个氨基酸组成,β链由146个氨基酸组成。
镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白的分子结构与正常人的血红蛋白的分子结构不同。
1956年,英格拉姆(Ingram)等人用胰蛋白酶把正常的血红蛋白(HbA)和镰形细胞的血红蛋白(HbS)在相同条件下切成肽段,通过对比二者的滤纸电泳双向层析谱,发现有一个肽段的位置不同。
这是β链N末端的一段肽链。
也就是说,HbS和HbA的α链是完全相同的,所不同的只是"链上从N末端开始的第6位的氨基酸残基,在正常的HbA分子中是谷氨酸,在病态的HbS 分子中却被缬氨酸所代替。
在HbS中,由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替,致使血红蛋白的溶解度下降。
在氧张力低的毛细血管区,HbS形成管状凝胶结构(如棒状结构),导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变)。
这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管,加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大,阻塞毛细血管,引起局部组织器官缺血缺氧,产生脾肿大、胸腹疼痛(又叫做“镰形细胞痛性危象”)等临床表现。