地中海貧血鐵過載與HFE基因突變的研究進展

陳曉玲 張林娜 甘文 李海亮

地中海貧血是一種遺傳性常染色體隱性血紅蛋白疾病，主要源于11 號染色體（編碼β 鏈珠蛋白）或16 號染色體（編碼α 鏈珠蛋白）上的缺陷，造成某個或多個珠蛋白基因異常，引起一種或一種以上珠蛋白肽鏈合成減少或缺乏，導致珠蛋白鏈比例失衡，引起正常血紅蛋白合成不足和過剩的珠蛋白肽鏈在紅細胞內聚集形成不穩定產物。根據受抑制的肽鏈不同，分為α、β、δ、δβ、εβγδ型，最常見的類型為α 和β 地中海貧血。本文主要討論C282Y、H63D、S65C 三種HFE 基因突變類型在地中海貧血鐵過載中的研究進展。

1 地中海貧血的鐵過載機制

1.1 地中海貧血與鐵過載概述 根據臨床表現和是否需要定期輸血，地中海貧血可分為輸血依賴型地中海貧血和非輸血依賴型地中海貧血。輸血依賴型地中海貧血（TDT）是指需要定期輸血的重型地中海貧血，這一類別包括嚴重β 地中海貧血、嚴重Hb E/β 地中海貧血，輸血依賴性Hb H 病或Hb H 胎兒水腫及存活的Hb Bart's 胎兒水腫患者。而非輸血依賴型地中海貧血（NTDT）是指一組不需要輸血或者僅在感染、手術、妊娠、生長發育遲緩等特殊情況下需要輸血的地中海貧血類型，包括不需要輸血的地中海貧血（α 地中海貧血攜帶者、輕型β 地中海貧血、Hb C/β 地中海貧血）、偶爾需要輸血的地中海貧血（缺失型Hb H 病、輕度異常Hb E/β 地中海貧血）、需要間歇性輸血的地中海貧血（非缺失型Hb H 病、中間型β 地中海貧血、中度異常Hb E/β 地中海貧血）[1]。

鐵過載是指過量的鐵元素沉積在人體的組織器官，多見于心臟、肝臟、內分泌腺體、骨骼等，導致多個組織器官功能障礙，最終出現嚴重的臨床并發癥。鐵過載可造成心肌細胞肥大、壞死，導致心律失常和心肌病，甚至心力衰竭、猝死等。鐵過載對肝臟的損害主要為肝纖維化、肝硬化和肝細胞癌等。還可導致人體內分泌系統紊亂，出現性腺功能減退、糖尿病、甲狀腺功能減退等。鐵過載可分為原發性鐵過載（遺傳性血色病）和繼發性鐵過載（長期紅細胞輸注所致的鐵過載）。健康成人體內含鐵總量3.0～4.5 g，其中65%組成血紅蛋白，約30%以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式作為儲存鐵備用，用于人體血紅蛋白的合成。鐵是人體必需的金屬，但是過量的鐵積累會通過產生活性氧導致靶器官的細胞功能障礙、凋亡和壞死。而人體沒有主動的排鐵機制，當外源性鐵被遺傳、反復輸血和其他疾病因素影響時，鐵很容易在人體內累積，從而出現鐵過載情況[2]。鐵過載的現象在地中海貧血患者中常見，并極大程度地降低患者的生存質量和預后。據統計，在1 029 例廣西重型β 地中海貧血患者中，約87.3%的患者出現鐵超載情況[3]。

1.2 TDT 的鐵代謝情況 在地中海貧血患者中，異常的珠蛋白肽鏈會聚集并沉淀在紅系前體中，形成包涵體后結合到膜骨架上，通過骨髓中紅細胞前體的凋亡導致紅細胞氧化膜損傷和廣泛的過早破壞。無效的紅細胞生成和溶血現象引起體內血紅蛋白水平下降，從而導致骨髓增生、肝脾代償性造血、骨骼畸形及發育遲緩等問題[4]。TDT 患者需要定期輸血才能存活，如果沒有足夠的輸血支持，會出現多種并發癥甚至壽命縮短。因此其鐵過載的現象多為長期輸血所致。衰老的輸注紅細胞被網狀內皮巨噬細胞吞噬，不穩定的細胞鐵被釋放到血漿中以結合轉鐵蛋白，轉鐵蛋白結合達到飽和后，非轉鐵蛋白連接的鐵很容易通過鈣通道進入肝臟（肝細胞）、心臟（心肌細胞）和內分泌腺等[5]。每輸注1 U 紅細胞，將有200 mg 鐵進入患者體內。若地中海貧血患者每月輸注2 U 紅細胞，除胃腸途徑吸收鐵元素外，地中海貧血患者每年將額外儲存4.8 g 鐵[6]。正常人每天造血需要20～25 mg 鐵，主要來自衰老破壞的紅細胞，外源性鐵攝入僅需1～1.5 mg 即可滿足人體的正常需求。人體內的鐵主要通過腸黏膜脫落細胞隨糞便排出，少量通過尿液、汗液排出，缺乏其他有效的排鐵途徑。因此，長期依賴輸血的地中海貧血患者很容易出現體內鐵過載的情況。

1.3 NTDT 的鐵代謝情況 NTDT 雖然不需要定期輸血，但是血清鐵蛋白水平會隨著年齡增長而增加。即使從未輸血治療，患者的血清鐵蛋白水平也可高達1 000 ng/mL[7]。NTDT 患者主要通過胃腸道途徑吸收鐵元素。胃腸道鐵吸收增加主要是因為紅細胞的無效生成和鐵調素下降所致。鐵調素是一種由25 個氨基酸組成的小分子多肽，主要在肝細胞中合成，其他細胞和組織如巨噬細胞、脂肪細胞和大腦表達低水平的鐵調素[8]。鐵調素對鐵的吸收有抑制作用，因為它下調了鐵轉運蛋白的表達，從而減少腸道細胞和巨噬細胞鐵的吸收，降低體內的鐵元素水平[9]。對于地中海貧血人群而言，長期貧血和缺氧狀態會抑制鐵調素的表達，引起體內鐵元素的過度沉積，甚至出現鐵過載情況[10]。

2 血色素沉著癥與HFE基因

血色素沉著癥是一種鐵代謝相關的常染色體隱性遺傳性疾病，其特征是鐵吸收和積累增加，導致鐵超負荷毒性引起的多器官損傷。如果不進行治療，肝硬化、原發性肝癌、糖尿病或心肌病等并發癥可能會導致死亡。已經有大量的研究證明，HFE 基因突變（HFE 基因最初被稱為人類組織相容性白細胞-H）與血色素沉著癥的發生密切相關。1996 年，Feder 等[11]發現HFE 基因是一個250 千堿基的區域，被定位在6 號染色體（6p21.3）的短臂上，并與6號染色體上的主要組織相容性復合體（MHC）相關。HFE 基因可編碼MHC I 類蛋白HFE，HFE 蛋白是一種343 個殘基的I 型跨膜蛋白，包括信號肽、細胞外轉鐵蛋白受體結合區（α1 和α2）、免疫球蛋白樣結構域（α3）、跨膜區和短胞質尾。HFE 蛋白結合β2微球蛋白形成一種在細胞表面表達的異二聚體，它可以和轉鐵蛋白受體結合，并將其與轉鐵蛋白的親和力降低5～10 倍[12-13]，從而減少人體內鐵元素的吸收，防止鐵過載的出現。所以HFE 基因突變可能會導致體內鐵元素的過度沉積，增加地中海貧血患者發生鐵超負荷的風險[14]。

HFE 基因最常見的三種編碼區突變類型是C282Y、H63D 和S65C。HFE 基因的兩個突變位點C282Y 和H63D 與80%以上的血色素沉著癥病例相關，另一種突變S65C 在8%的血色素沉著癥患者的染色體上可檢測到。C282Y 突變源于HFE基因的845 核苷酸處的鳥嘌呤G 到腺嘌呤A 的轉換（845G →A），這就產生了蛋白質產物中氨基酸282 位的半胱氨酸替代酪氨酸的現象。在H63D 突變中，HFE 基因187 核苷酸處的鳥嘌呤G 取代了胞嘧啶C（187G →C），使HFE 蛋白質中氨基酸位置63 處的天門冬氨酸取代組氨酸。65 位半胱氨酸取代絲氨酸就形成了S65C 突變基因。HFE 基因的三個錯義突變C282Y、H63D、S65C 已經被證明與鐵代謝有關，后兩個突變與較溫和的鐵過載有關，但其中任何一個突變與C282Y 突變的復合雜合狀態增加了發生鐵超負荷的風險[15]。HFE 基因缺乏小鼠（HFE 基因敲除模型）表現出與人類遺傳性血色病相似的鐵超載的觀察結果證明HFE 基因參與調節鐵穩態[16]。同時，在意大利進行的一項研究中得出結論，HFE 基因突變和β 地中海貧血特征共存將加劇β 地中海貧血攜帶者發生鐵超載的風險[17]。另一方面，在正常人群中也可發現HFE 基因突變，但血清鐵蛋白水平均在正常范圍內。

3 HFE基因突變與地中海貧血鐵過載

3.1 H63D 基因突變 H63D 基因突變可分為純合子突變和雜合子突變。有文章指出，H63D 基因突變的人群中有90%為雜合子突變，而剩下的10%為純合子突變[18]。在一項關于埃及地中海貧血患者HFE 基因突變對鐵超載影響的研究中指出，在100 例地中海貧血患者中，發現36 例H63D 基因突變的患者，其中28 例為H63D 雜合子，8 例為純合子。H63D 突變的雜合子或純合子地中海貧血患者的血清鐵蛋白水平顯著高于未發生突變的患者[19]。Selvaraj 等[20]發現H63D 基因在金奈地區β 地中海貧血攜帶者、β 地中海貧血重型患者和正常對照人群的突變基因頻率分別為8.13%、15.8%和6%，其中19 例重型β 地中海貧血患者中有4 例H63D 雜合子突變、1 例H63D 純合子突變，而203 例β 地中海貧血攜帶者中有33 例H63D 雜合子突變，而且H63D 基因突變雜合子的患者血清鐵蛋白水平明顯高于正常對照組，對照組沒有鐵過載情況。在204 例巴基斯坦地中海重型貧血患者中，H63D 基因雜合子突變的概率為11.3%，H63D 突變患者血清鐵蛋白水平相比正常人顯著升高[21]。在意大利撒丁島152 例β 地中海貧血攜帶者中，發現45 例H63D 突變雜合子、4 例突變純合子，H63D 突變純合子的β 地中海貧血攜帶者的血清鐵蛋白水平高于無該等位基因攜帶者[22]。

3.2 C282Y 和S65C 基因突變 有研究指出，C282Y 基因突變或許與鐵代謝有關。目前國內外關于C282Y 基因突變在地中海貧血中的研究較少，或許可以從一般人群去推測地中海貧血人群的基因突變概率。C282Y 基因突變具有明顯的地域差異性，不同地區人群中突變的患病率差異很大。C282Y 基因突變在歐洲人口中非常普遍，而在亞洲、非洲、印度、澳大利亞等地區概率很低。C282Y 等位基因的頻率范圍從歐洲人群的平均6%到亞洲和非洲人群的幾乎為零[23]。在1 450 例歐洲國家人群中，C282Y 等位基因頻率約為3.8%，這些觀察到的等位基因頻率與先前估計的北歐血色素沉著癥人群的頻率相當[24]。在西歐荷蘭地區，C282Y 基因的純合率為0.3%，雜合率為10%，C282Y 突變基因人群的血清轉鐵蛋白飽和度和血清鐵水平均顯著升高[25]。在巴西168 例地中海貧血患者中發現C282Y 基因突變的概率為2.38%，這可能導致患者體內鐵金屬水平的升高[26]。在中國血色素沉著癥患者、印度β 地中海貧血患者中C252Y 基因突變的概率極低[27-28]。在印度金奈地區222 例β 地中海貧血患者發現了1 例C282Y 突變患者[20]。

S65C 在地中海貧血人群中的突變并不常見。有研究指出S65C 基因與輕度鐵沉著有關[29]。據報道，除歐洲國家外，所有大陸的S65C 突變頻率都很低，甚至不存在。在歐洲國家，捷克共和國報告了S65C基因的突變概率約為1.25%[30]。在斯洛文尼亞人群中，S65C 的等位基因頻率為1.8%[31]。

4 地中海貧血的治療進展

目前國際上針對地中海貧血的治療方法主要有規律輸血和祛鐵治療、造血干細胞移植（HSCT）、基因治療等。最新研究還提及一些新興的治療手段諸如針對無效紅細胞的靶向治療、調節鐵代謝等。這些新療法的有效性和安全性仍在多個臨床試驗中進行研究，有些處于早期階段[32]。HSCT 可治愈疾病但依賴配型及患者身體狀況，基因治療已取得重要進展但尚未在臨床廣泛應用。故地中海貧血領域目前仍以輸血并輔以鐵螯合劑療法為主導。即使是不依賴于輸血的地中海貧血患者，隨著病程的延長仍會出現鐵過載的情況，極大降低了患者生存的質量。臨床上一般通過靜脈放血或藥物治療鐵過載情況。靜脈放血最適用于原發性鐵過載患者，也適用于重型地中海貧血患者HSCT 術后血象恢復，但不宜用于有貧血（Hb＜110 g/L）的患者[33]。在藥物治療方面，常用的鐵螯合劑主要包括去鐵胺、去鐵酮和地拉羅司等。

近年來，臨床上用于監測鐵過載的指標除了血清鐵蛋白、肝鐵濃度等傳統方法以外，磁共振成像等無創性檢測手段已逐漸成為臨床診斷鐵過載和監測去鐵治療效果的方法。鐵超負荷磁共振成像的診斷和定量鑒于其安全性和可靠性，使用R2*或T2*技術的磁共振成像已取代肝活檢，成為肝臟鐵含量定量的金標準。在排除活動性炎癥、肝病、腫瘤、溶血和酗酒等因素的影響后，血清鐵蛋白 ＞1 000 μg/L 即可診斷為鐵過載，立即啟動祛鐵治療，并且每3 個月監測1 次血清鐵蛋白。

5 小結與展望

主流觀點認為當地中海貧血與某些遺傳因素相互作用時，HFE 突變基因在某種程度上可能與鐵儲存增加有關，但是也有部分觀點認為兩者之間并無關系。在重型地中海貧血患者中，H63D 突變基因的存在對患者的血液鐵蛋白水平和心臟、肝臟的鐵超載情況沒有影響[34]。Kelley 等[35]對H63D 純合子患者的研究表明，盡管突變基因與平均鐵蛋白水平升高相關，但隨訪時僅有6.7%的患者記錄到鐵超負荷情況。在地中海貧血患者中，體內鐵代謝情況受多種因素影響，鐵超載也可能由多次輸血、脾功能亢進或其他繼發性非HFE 基因因素引起。同時，HFE 突變基因也存在顯著的地區差異性。因此需要進行更大規模的臨床研究，進一步明確地中海貧血人群HFE 突變基因與鐵超載的關系。全球約有80%的地中海貧血基因攜帶概率，這是一個龐大的患病人群，而且地中海貧血人群在終身治療過程中或多或少都有存在鐵過載問題。筆者認為，或許可以從遺傳基因方面著手，盡早篩查出攜帶HFE 基因突變的地中海貧血人群，進一步評估地中海貧血患者發生鐵過載的危險程度，提前進行干預。這或許有望成為新興的基因治療方法，為后續地中海貧血祛鐵治療提供新的診療思路，有望改善地中海貧血人群的生存質量及臨床預后。