胎儿血红蛋白的表达调控

胎儿血红蛋白是胎儿体内主要的血红蛋白类型,是由两条α肽链和两条γ肽链组成的四聚体。出生后胎儿血红蛋白在人体中的表达急剧降低至1%,由两条α肽链和两条β肽链组成的成人血红蛋白取而代之成为主要的血红蛋白类型。β地中海贫血和镰刀型细胞贫血发病原因均基于β-珠蛋白基因发生突变,致使β-珠蛋白合成不足或异常,进而引起一系列临床症状。诸多实验结果及临床疗效表明,提高患者体内γ-珠蛋白的表达可部分替代异常β-珠蛋白从而有效缓解患者的临床症状。随着基因治疗的发展,如何安全高效的再激活胎儿血红蛋白的表达成为治疗β型地中海贫血和镰刀型细胞贫血患者的重要科学命题。本文重点回顾近年来γ-珠蛋白表达的调控机制,以期对寻找更加有效激活胎儿血红蛋白的方法提供参考。     

γ-珠蛋白基因表达调控机制与临床应用

成人体内的血红蛋白是由2个 α-珠蛋白和2个β-珠蛋白组成的四聚体,负责氧气的运输。珠蛋白基因在基因组中成簇分布,其表达受到多种顺式作用元件和反式作用因子的共同调控,具有高度的组织特异性和发育时序性。β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血是两种最常见的由于β-珠蛋白基因突变引起的常染色体隐性遗传病。γ-珠蛋白是一种主要在胎儿时期表达的类β-珠蛋白,同样具有载氧功能,但编码该蛋白的基因在上述贫血患者中却保持完好。因此,临床上优选的治疗方案之一是重新激活患者体内沉默的γ-珠蛋白基因的表达来弥补缺损的β-珠蛋白,从而缓解临床症状。目前已有多种能提高γ-珠蛋白基因表达的药物,在临床上用于治疗β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血。随着基因组编辑技术的发展,针对这两种贫血的精准基因治疗研究也在进行中。本文着重介绍了参与γ-珠蛋白基因调控的转录因子和表观遗传修饰分子,以及目前相关的β-地中海贫血和镰刀型细胞贫血的临床治疗药物和手段,以期为深入阐明γ-珠蛋白基因的转录表达分子调控机制提供参考。     

α-地中海贫血的基因研究与产前基因诊断

地中海贫血(以下简称地贫)是遗传性疾病,常见于世界上不少地区以及我国华南地区。主要特征为血红蛋白α(或β)链合成障碍。α-地贫表现为α-珠蛋白合成减少或完全不合成,其分子机制已研究得较清楚。     

人胎儿γ-珠蛋白基因的再活化及在β血红蛋白病治疗中的

在个体发育过程中,人β类珠蛋白基因的表达存在从胎儿（γ）到成人（β）珠蛋白基因的表达转换（或称开关）.β-地中海贫血和镰刀型贫血症是两种最为常见的严重危害人类健康的单基因遗传病,通过诱导胎儿期血红蛋白（HbF,α2γ2）在成人期表达对该病的治疗是一种有效的策略.一些活化γ珠蛋白基因表达的转录因子和辅助因子已经被鉴定,一些可以增加胎儿血红蛋白在成人红细胞中表达的药物也已被鉴别和实验,它们的作用机制被部分揭示,这些研究为发展通过活化γ-珠蛋白基因治疗镰刀形细胞贫血和重型β-地中海贫血的方法提供了重要线索和实验依据.     

α血红蛋白稳定蛋白的功能

α血红蛋白稳定蛋白(α-hemoglobin-stabilizingprotein,AHSP)是α血红蛋白分子伴侣,它能与α血红蛋白结合,维持α血红蛋白的稳定性,保持α血红蛋白可溶性,减弱α珠蛋白沉积对细胞膜的破坏作用。AHSP的结构、功能和作用机制的研究,对β地中海贫血的治疗具有重要的价值。     

β地中海贫血的分子缺陷

一、前言地中海贫血(简称地贫)是常见的遗传性疾病,在地中海沿岸国家及我国南方携带地貧基因者比例很高。地贫基因主要有α和β两类。β地贫又包括β~+和β~0等主要类型,前者表现为红细胞中β珠蛋白链合成减少(为正常的5—30％),后者β链完全不能合成,但二者的β珠蛋白基因是完整的(除极少数病例外),其分子基础涉及到特异性分子缺陷,从而导致基因表达的异常或失能。现在已知,β地贫分子缺     

一个α,β地中海贫血复合家系β珠蛋白基因的进一步研究

 前文~[1]曾报道广西一个α,β地中海贫血复合家系的血红蛋白组成及α珠蛋白基因分析结果,并讨论了各成员可能的β珠蛋白基因结构情况。本文利用先进的PCR即基因扩增技术,结合特异寡核苷酸探针斑点杂交及扩增后直接测定DNA序列的技术,进一步研究并彻底搞请了该家系各成员的β珠蛋白基因结构情况。结果显示:母亲及两个弟弟都是编码子41—42TTCT四个碱基缺失造成框架位移所致β地中海贫血的杂合子。父亲与先证者的β基因均属正常。前三个成员均为α地贫复合β地贫,其α与β珠蛋白链合成的不均衡状态得到改善,贫血症状也明显轻。     

β地中海贫血症的手纹形态

地中海贫血综合症是分子遗传病中广泛分布的一类疾病,是因珠蛋白的一种或多种肽链合成速率降低所致的遗传性血红蛋白病。血红蛋白是当前研究得最透彻的蛋白质之一,但是对该征息者的浅表形态研究不多。其重型患者有特殊面容(Doun氏面容),表型异常较明显。近年来的研究证明,许多染色体异常综合症,都有不同程度的皮纹异常Ⅲ,其中头面部表型异常较明显的患者,其皮纹改变也明显。因此,本文从探究分子遗传病的皮纹形态出发,介     

两种血红蛋白病的分子生物学基础的比较

镰形细胞贫血症和地中海贫血症均属于血红蛋白病,血红蛋白是一种含有色素辅基的结合蛋白质,其色素部分是血红素(heme,haem),蛋白质部分是珠蛋白(globin)。血红蛋白是一个四聚体,每个亚单位由一条肽链和一分子血红素组成。构成各种血红蛋白的珠蛋白肽链有7种：α、β、^Gγ、^Aγ、δ、ε和ζ。据统计至今已发现异常血红蛋白200多种,异常血红蛋白携带者有一亿多人。镰贫和地贫都与血红蛋白异常有关,二者的分子生物学基础都涉及到基因突变、缺失而导致某种蛋白链合成障碍,引起融血性贫血,使其发生功能性改变直至致病,但二者又有不同之处,镰贫主要原因是发生了基因的错义突变,而地岔系由于α链或β链合成失去平衡所致．     

人类珠蛋白基因表达的遗传控制

人类珠蛋白基因表达的遗传控制曾溢滔,任兆瑞,黄淑帧（上海市儿童医院上海医学遗传研究所上海２０００４０）一、血红蛋白的遗传人类珠蛋白基因可以说是基因组中最具有代表性的基因,不仅由于它本身的遗传复杂性是研究人类基因组结构及其表达的理想材料,而且珠蛋白基因突变的多样性导致的血红蛋白合成异常（如各种类型的地中海贫血综合征和异常血红蛋白病）也是研究基因的结构和功能关系的典型模型。     

人类珠蛋白相关基因上游开放阅读框的变异分析

β-地中海贫血症是一种珠蛋白生成障碍的常染色体隐性遗传病。而γ珠蛋白基因的开放表达和胎儿血红蛋白的合成,是缓解β地中海贫血病人临床表型的一个重要因素。本研究针对202个血红蛋白相关调控基因或miRNA,对1802个β-地中海贫血症患者进行了目标区域捕获测序。通过生物信息学的分析,检测出了所有捕获区域内的突变。进一步对位于5′端非编码区(5′untranslated region, 5′UTR)的突变进行系统扫描,共计寻找到41个影响uORF(upstream open reading frame, uORF)有或无的功能性突变。从中选取了CHTOP基因(chr1:153606541 C>T)和TGFB1基因(chr19:41859418 G>A)的两个突变,通过定点诱变和双荧光素酶报告实验,在体外证实这两个突变均可显著地改变下游基因的表达。该研究结果为β-地中海贫血症临床表型的精确诊断提供了潜在的筛查靶点。     

Future prospects for treatment of hemoglobinopathies.

Strategies for the treatment of sickle cell anemia and beta-thalassemia are founded on the knowledge that these disorders result from structural or functional defects in an adult gene for which an intact fetal counterpart exists. During the past decade, several pharmacologic agents have been investigated for their potential to ameliorate sickle cell anemia and beta-thalassemia by increasing the synthesis of fetal hemoglobin in adults. Progress in understanding globin gene regulation is now being combined with advances in retrovirus-mediated gene transfer, and the once-distant goal of providing gene therapy for hemoglobinopathies is rapidly approaching reality.     

Design,synthesis, and optimization of a series of 2-azaspiro[3.3]heptane derivatives as orally bioavailable fetal hemoglobin inducers

Pharmacological reactivation of the γ-globin gene for the production of fetal hemoglobin (HbF) is a promising approach for the management of β-thalassemia and sickle cell disease (SCD). We conducted a phenotypic screen in human erythroid progenitor cells to identify molecules that could induce HbF, which resulted in identification of the hit compound 1. Exploration of structure–activity relationships and optimization of ADME properties led to 2-azaspiro[3.3]heptane derivative 18, which is more rigid and has a unique structure. In vivo using cynomolgus monkeys, compound 18 induced a significant dose-dependent increase in globin switching, with developable properties. Moreover, compound 18 showed no genotoxic effects and was much safer than hydroxyurea. These findings could facilitate the development of effective new therapies for the treatment of β-hemoglobinopathies, including SCD.     

急性粒细胞白血病珠蛋白基因表达失衡的研究

应用竞争性逆转录聚合酶链式反应（ＲＴ－ＰＣＲ）测定了１０例急性粒细胞白血病Ｍ＿２型（ＡＭＬ）患者外周血网织红细胞中α／β珠蛋白ｍＲＮＡ的相对含量,其中８例表现不同程度增高,２例正常,均值为１．５１３±０．１８２（±ｓ）,与正常对照组（１．２４±０．０８３）进行ｔ检验比较,有非常显著差异（Ｐ＜０．０１）．此外,ＰＣＲ－ＳＳＣＰ分析显示ＡＭＬ患者β珠蛋白基因启动子区序列（５＇端－１３５至＋１２２位核苷酸）无明显异常。说明ＡＭＬ患者珠蛋白基因表达失衡系由于转录异常,很可能系ＡＭＬ的发生对α／β珠蛋白基因的平衡表达产生了某种影响,从而表现为获得性β地中海贫血特征。实验结果为进一步探讨白血病的发病机理及其α／β珠蛋白基因表达失衡的机制奠定了基础。     

Treating hemoglobinopathies using gene-correction approaches: promises and challenges

Hemoglobinopathies are genetic disorders caused by aberrant hemoglobin expression or structure changes, resulting in severe mortality and health disparities worldwide. Sickle cell disease (SCD) and β-thalassemia, the most common forms of hemoglobinopathies, are typically treated using transfusions and pharmacological agents. Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation is the only curative therapy, but has limited clinical applicability. Although gene therapy approaches have been proposed based on the insertion and forced expression of wild-type or anti-sickling β-globin variants, safety concerns may impede their clinical application. A novel curative approach is nuclease-based gene correction, which involves the application of precision genome-editing tools to correct the disease-causing mutation. This review describes the development and potential application of gene therapy and precision genome-editing approaches for treating SCD and β-thalassemia. The opportunities and challenges in advancing a curative therapy for hemoglobinopathies are also discussed.