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由于 β 珠蛋白和 α 血影蛋白突变的共同遗传导致的遗传性 pyropoikilocytosis 表型的新机制
American Journal of Hematology ( IF 10.1 ) Pub Date : 2021-02-08 , DOI: 10.1002/ajh.26121
Soo Jin Kim 1 , Jihyun Song 1 , N Scott Reading 2 , Julio Lautersztain 3 , Abdullah Kutlar 4 , Archana M Agarwal 2 , Theresa L Coetzer 5 , Josef T Prchal 1
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红细胞 (RBC) 膜疾病和血红蛋白病的共存是罕见的,并且由于临床发现的重叠可能会带来诊断挑战。我们描述了遗传性嗜红细胞增多症 (HPP) 表型的新机制,该机制与由于新的 β-珠蛋白基因 ( HBB ) 突变导致的显性 β-地中海贫血相关,并因两个 α-血影蛋白基因 ( SPTA1 ) 突变的共同遗传而加剧。反

β-地中海贫血通常是由HBB突变引起的常染色体隐性遗传病,其影响血红蛋白的 β-珠蛋白亚基的产生。HBB外显子 1 和 2 中的移码或无义突变很常见,会导致异常终止密码子,从而触发无义介导的 mRNA 衰变 (NMD),从而消除有缺陷的 mRNA。1 HBB突变杂合子的个体通常患有轻微的 β-地中海贫血或具有小红细胞症和轻度或无贫血的特征。然而,有罕见的HBB导致显性遗传形式的β-地中海贫血的突变导致中度至重度症状性贫血。经常出现脾肿大,溶血可能很明显。已经描述了其中 40 多种突变,从异质错义突变到移码突变,由小的插入和缺失引起,导致截短或延长的 β-珠蛋白变体。1大多数这些突变位于HBB外显子 2 或 3 的远端,并倾向于逃避 NMD。这导致缺陷肽的积累,当与正常的 α/β 珠蛋白二聚体结合时,这些缺陷肽极度不稳定、无功能且有毒。这些变异可能在家族内表现出异质的临床表型。2

遗传性 pyropoikilocytosis 是一种罕见的严重溶血性疾病,其特征是独特的 poikilocytic 和 microspherocytic 红细胞。3 HPP 患者通常是SPTA1突变的纯合子或复合杂合子,这显着降低了血影蛋白 αβ 异二聚体形成四聚体的“水平相互作用”,四聚体是红细胞膜骨架的主要结构单元,可调节细胞的形状和可变形性. 4这些异常严重削弱了骨骼,导致在循环剪切应力期间形成异细胞。遗传性 pyropoikilocytosis 患者也表现出血影蛋白的减少,这会干扰骨骼和脂质双层之间的“垂直相互作用”,并导致膜和微球细胞的损失。Spectrin 的这种定性和定量缺陷的结合是 HPP 的标志。4

在这里,我们描述了一名 59 岁的多米尼加男性,他终生有严重的小细胞性低色素性贫血和黄疸病史,他的血红蛋白范围为 5-7 g/dL,需要偶尔输注红细胞,没有缺铁。临床和实验室检查结果如图 1(A) 所示。他的外周血涂片(图 1(B))显示典型的 HPP RBC 形态。在初步评估后,先证者逐渐变得严重贫血。十个月后,他接受了符合骨髓增生异常综合征的骨髓活检,细胞遗传学异常证实了这一点。然后他失去了跟进。

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图1
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(A) 先证者及其家人的 HBB 和 SPTA1 的实验室数据和突变。(B) 患者外周血涂片。显着的红细胞增多症和小红细胞增多症是 HPP 的特征。吉姆萨染色。放大 100X。(C) 红系祖细胞增殖受损。来自患者、他的三个孩子和两个对照的外周血单核细胞的红系谱系在体外进行了扩增。在每个时间点,对细胞数进行计数并根据第 1 天的细胞数进行标准化。(D)红系祖细胞的延迟分化。通过 FACS 使用转铁蛋白受体 (CD71) 和血型糖蛋白 A (CD235a)在体外红细胞扩增的第 14 天测定红细胞祖细胞的分化

我们进行了补充数据中概述的几项调查。HBB基因测序揭示了一个新的致病性移码β-地中海贫血外显子2,HBB 282delT突变,编码β-珠蛋白Cys93fs。多重连接依赖性探针扩增 (MLPA) 分析未检测到大的缺失或重复。计算算法预测内含子 2 剪接不受影响,并且使用从患者外周血粒细胞 RNA 获得的 cDNA,通过 Sanger 测序证实了突变的HBB转录物。由于我们无法获得足够的网织红细胞 RNA,我们在体外进行在 3 周的液体红细胞培养中扩增红细胞祖细胞。最初,大多数外周血单核细胞是淋巴样细胞。在第 7 天,大多数淋巴样细胞死亡,其余细胞为红系祖细胞。对第 7 天表达 CD71 的细胞进行计数,表明样品之间的细胞数差异很小。在第 14 天收获祖细胞,我们检测到突变HBB转录本缺少外显子 2 的密码子 93 中的 T。等量的突变型和野生型HBB存在转录本,表明未诱导 NMD。预计该突变会导致 156 个氨基酸的延长蛋白,称为 Hb Santo Domingo,在 C 末端包含 10 个额外的残基,并改变移码下游的所有氨基酸,直到新的终止密码子终止翻译(图 S1)。突变序列富含疏水氨基酸,包括九个色氨酸残基,其具有影响肽结构方面和稳定性的庞大侧链。二级结构预测表明,通常存在于 β-珠蛋白 C 末端的 α 螺旋被破坏并被无规卷曲和延伸链取代。对与 α-珠蛋白的静电相互作用很重要的四个酸性氨基酸(两个天冬氨酸和两个谷氨酸残基)缺失,另外十个对 α/β 二聚体形成至关重要的氨基酸已经丢失,这意味着延长的突变体 β -珠蛋白不能参与稳定的珠蛋白四聚体的组装。新的疏水性 C 末端可能使突变肽对有效蛋白水解的敏感性降低,从而导致缺陷肽的积累。多余的单个 β-珠蛋白链形成不溶性聚集体,与多余的 α-珠蛋白一起沉淀为细胞内包涵体,新的疏水性 C 末端可能使突变肽对有效蛋白水解的敏感性降低,从而导致缺陷肽的积累。多余的单个 β-珠蛋白链形成不溶性聚集体,与多余的 α-珠蛋白一起沉淀为细胞内包涵体,新的疏水性 C 末端可能使突变肽对有效蛋白水解的敏感性降低,从而导致缺陷肽的积累。多余的单个 β-珠蛋白链形成不溶性聚集体,与多余的 α-珠蛋白一起沉淀为细胞内包涵体,5患者体内存在大量 Heinz 尸体证明了这一点。异丙醇试验对不稳定的血红蛋白呈阳性。然而,阳离子交换 HPLC、反相 HPLC 或毛细管电泳无法检测到突变血红蛋白,这很可能是由于异常 β-珠蛋白分子的高度不稳定性和 Heinz 小体的形成,这阻碍了体外溶解度和实验室检测。这些夹杂物可能有助于加速红细胞破坏。

通过先证者血型糖蛋白和转铁蛋白受体阳性和强度的时间变化评估,红系祖细胞的体外分析显示增殖(图 1(C))和分化(图 1(D))均显着减少成熟红系祖细胞的血红蛋白化在第 14 天无法辨别,而对照具有容易辨别的“红色”红系祖细胞。这些数据表明 Hb Santo Domingo 损害红细胞生成,并且突变蛋白对红细胞祖细胞有毒。

先证者的HPP形态促使进一步调查。值得注意的是,EMA 分析显示荧光轻度下降 13%,表明 RBC 膜蛋白缺陷。通过外显子组和靶向 Sanger 测序,在SPTA1中检测到两个突变。高通量测序显示编码其他主要红细胞膜蛋白和酶的基因以及与溶血性贫血相关的其他基因没有致病突变。先证者是 Spectrin Jendouba 杂合子 (SPTA1 D791E[c.2373C > A] ),SPTA1中的6基因位于外显子 17。该突变位于 α-Spectrin αII 结构域内的 α8 重复序列中,远离 αI 结构域 N 端的二聚体自结合位点,因此对 Spectrin 四聚体的影响很小形成。在形态学上,它与不常见的椭圆形细胞有关。6 SPTA1同态αLELY多态性7以反式存在于血影蛋白 Jendouba。该αLELY是SPTA1中由三个变体(c.5572C>G、c.6531-12C>T、c.6549-12G>A)组成的低表达等位基因,不同人群中的频率为20%~31%。7αLELY 本身不会引起疾病,无论是杂合子还是纯合子。αLELY 等位基因导致 50% 的SPTA1转录本发生外显子跳跃,这导致仅产生正常量的 50% 的 α-Spectrin,但由于合成的 α-Spectrin 超过 β-Spectrin,因此有足够的 α-Spectrin Spectrin 与 β-Spectrin 相互作用形成异二聚体和四聚体。αLELY的反式遗传与其他与血影蛋白自结合位点缺陷相关的致病性SPTA1突变可导致中度至重度溶血。然而,与血影蛋白 Jendouba的反式共同继承仅导致血影蛋白二聚体的边际增加6因此不会引起我们患者的 HPP 形态。对红细胞膜出芽和小球红细胞增多症的一个更合理的解释是,高度不稳定的 β-珠蛋白地中海贫血突变促进了亨氏小体的形成,亨氏小体与红细胞膜8结合并使潜在的异常血影蛋白骨架不稳定。已经表明,由于对膜的氧化损伤,血红蛋白和亨氏体不稳定的患者的血影蛋白量减少。9因此,血影蛋白量的减少可以解释外周涂片上的微球细胞,以及 EMA 与膜的大分子带 3 复合物的暴露残基的结合相对温和的减少。我们提出,β-珠蛋白和 α-血影蛋白缺陷的组合增强了临床严重程度并加剧了导致 HPP 表型的地中海贫血性红细胞形态异常。

Hb Santo Domingo 和SPTA1等位基因的遗传在家族研究中进行了追踪图 1(A)和图 S2),这些研究受到缺乏材料和无法进行后续研究的限制。这位母亲具有镰状细胞性状,并将 HbS 基因传给了她的三个孩子,但只有两个孩子继承了 Hb Santo Domingo。他们的外周血形态因大量镰状细胞而变得复杂,但他们的红细胞没有表现出父亲身上明显的典型 HPP 红细胞形态。与儿童 2 相比,儿童 1 的红细胞成熟延迟(图 1(D)),尽管这一有趣发现的原因尚不清楚。两个孩子都遗传了 Hb Santo Domingo 和 HbS,但他们的SPTA1不同然而,等位基因要么是无症状的,要么对成熟的红细胞膜骨架影响很小。红细胞生成期间的后果尚不清楚。

这项研究说明了在红细胞膜和血红蛋白缺陷共同遗传的情况下的诊断挑战。已经描述了一些这样的罕见病例10, 11,其中遗传性球形红细胞增多症或椭圆红细胞增多症的存在会增加 β-地中海贫血的严重程度,并对红细胞形态产生不利影响。在这篇文章中,我们不仅描述了导致常染色体显性遗传β-地中海贫血的新型HBB突变,而且还提供了 HPP 表型的新病因。10, 11[第一次在线发表后于 2021 年 3 月 17 日更正:参考文献 #10 和 #11 在原始发表后添加。] 我们认为这是由于突变 β-珠蛋白肽和异常红细胞膜骨架之间的复杂相互作用,这降低了膜的血影蛋白含量并加剧了α-血影蛋白椭圆形细胞增多症突变和SPTA1等位基因低表达的影响。





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更新日期:2021-04-12
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