遗传性高铁血红蛋白血症的基础与临床进展

　　作者：徐加菊,综述,陈贻骥,审校　　作者单位：重庆医科大学附属儿童医院，重庆 400014

　　【关键词】 遗传性 高铁 血红蛋白血症

　　高铁血红蛋白(methemoglobin，MetHb)是遗传因素或吸收毒性化合物后由红细胞产生的[1]，其含量超过一定水平即可引起高铁血红蛋白血症(methemoglobinemia)，分为获得性和遗传性两大类[2，3]。遗传性高铁血红蛋白血症(hereditary methemoglobinemia，HM)在国内外被列为罕见病。近年来，由于酶检测技术的进步，有关HM的报道越来越多，其发病机制、临床分型及治疗方面的研究备受国内外学者的重视，其中有关NADH细胞色素65还原酶(NADHdependent Cytochrome 65 reductase,NADHCytb5R)基因突变的研究获得了很大的进展。

　　1 有关概念

　　1.1 高铁血红蛋白

　　血红蛋白(Hb)由珠蛋白和亚铁血红素组成，与氧结合生成氧合Hb。MetHb是去氧或氧合Hb中血红素基团的铁离子从二价铁被氧化为三价铁的Hb衍生物。正常情况下，RBC内有少量Hb会持续而缓慢地氧化成含三价铁的MetHb。MetHb在每一血红素部分的铁原子有一净正电荷，使它易与小的阴离子配体如CN-、N-、F-及Cl-结合，而与Hb的典型配体如O2及CO几乎没有亲合力[1]，从而降低血液的携氧能力并且导致组织中氧气释放障碍，氧离曲线左移，造成功能性的贫血和Hb氧合障碍[4，5]。

　　1.2 高铁血红蛋白血症

　　RBC上具有一系列的酶或非酶促还原系统，保证MetHb的还原能力远远超越Hb的氧化能力(MetHb还原速度为5%Hb总量/h，而Hb氧化的正常速度约为0.02%～0.12%Hb总量/h)，体内MetHb始终处于一定的平衡状态(MetHb正常值：早产儿小于2.2% Hb总量;1岁以内小于1.0%～1.5% Hb总量;1岁以后小于1% Hb总量[2])。酶促还原系统包括NADHCytb5R和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)脱氢酶介导的还原途径，详见图1[6，7]和图2[7]，两者分别占机体总还原能力的67%和5%，后者在正常生理情况下不是主要的还原途径，仅在外来电子传递物(如亚甲蓝)存在时才能发挥作用;非酶促还原系统主要有维生素C和谷胱甘肽，二者分别占机体总还原能力的16%和12%[2]。由此可见MetHb还原过程主要依赖NADHCytb5R，一旦缺乏此酶，将导致MetHb的异常堆积。当MetHb生成过多及还原障碍时，MetHb和Hb的比例失衡，超过上述水平即形成高铁血红蛋白血症[8]。

　　1.3 NADHCytb5R

　　又称NADHMetHb还原酶或二磷酸吡啶核苷黄递酶(diphosphopyridine nucleotide diaphorase，DPND)，经Hultquist和Passon等人的研究发现，该酶并不能直接还原MetHb而需要有细胞色素b5(cytochrome b5，Cytb5)作为电子传递体，自20世纪80年代后即改称为NADHCytb5R。

　　1.3.1 NADHCytb5R的分子结构 NADHCytb5R基因位于22号染色体长臂(22q13qter)，全长31kb，含9个外显子和8个内含子，其cDNA全长1 974 bp，有903 bp的开放阅读框，编码301个氨基酸[6，9]。NADHCytb5R是含有黄素的单链蛋白，它在体内有两种形式[6，10] ：一是可溶型，存在于红细胞胞浆内，由275个氨基酸残基组成，可使MetHb还原;另一种为膜结合型，主要结合于线粒体外膜和内质网膜上，含300个氨基酸残基，是可溶型NADHCytb5R分子的N端多了一个含25个氨基酸残基的疏水肽段所构成。目前认为两型NADHCytb5R是由同一基因编码，具有相同的催化活性，但有两个启动子，分别转录产生不同的mRNA，各自翻译成可溶型和膜结合型NADHCytb5R。

　　　注：(1)需要NADPH参与，而NADPH的产生大部分依赖于磷酸戊糖途径，即需要葡萄糖6磷酸脱氢酶的参与。(2)需要NADPHMetHb还原酶。

　　1.3.2 NADHCytb5R的主要功能 NADHCytb5R的主要生化功能是将NADH上的电子转移至Cytb5上，生成还原型Cytb5，后者无需酶催化直接将电子转移给MetHb，使三价铁还原为二价铁。除此之外，NADHCytb5R还参与体内脂类代谢，如脂肪酸的去饱和延伸、胆固醇合成以及由P450介导的体内药物代谢等生化过程[6]。

　　1.3.3 NADHCytb5R的基因突变 NADHCytb5R基因的错义突变可导致NADHCytb5R活性降低或稳定性下降(容易被降解)。自20世纪80年代以来，日本以及其他一些国外学者对NADHCytb5R基因的突变类型进行分析，发现一些不同的突变类型，其中多数为点突变，其次是碱基缺失[6]。迄今为止，国内外学者在患者中已发现40多种不同的基因突变[9]，包括在我国发现的4种突变类型(即R57Q、L72P、C203Y[11]和M176T[12])，其中M176T(ATG→ACG)为最新发现突变类型。

　　2 遗传性高铁血红蛋白血症的临床表现

　　广义的HM包括：血红蛋白M(HbM)症、个别不稳定血红蛋白所引起的异常血红蛋白血症、遗传性Cytb5缺陷及NADHCytb5R缺陷所致的HM，其中以后者最为多见，也最为重要。

　　该病典型的临床表现是皮肤、粘膜出现灰蓝色发绀，而不伴有心肺疾患和其它症状，临床上易误诊为心肺疾病或神经系统的疾病[13]。临床表现与血MetHb的水平相关[2，4，5，7，14]：MetHb占10%～15%Hb总量时，皮肤、粘膜开始出现紫绀;含量达20%～30%，可出现乏力、头昏、头痛、心动过速等症状;含量达30%～40%则出现缺氧的表现;超过60%Hb总量时有明显缺氧，如全身抽搐、嗜睡、昏迷、呼吸衰竭等中枢神经症状，若抢救不及时，可发展为呼吸循环衰竭甚至死亡。症状的严重程度完全取决于组织缺氧的程度，若合并降低血氧分压的疾病(贫血、先天性心脏病)可加重高铁血红蛋白血症[2]。

　　正常人在接触氧化剂时，一般不至于引起高铁血红蛋白血症，而新生儿和小婴儿由于体内胎儿血红蛋白的存在及NADHCytb5R的活性暂时减少(新生儿时期NADHCytb5R的活性仅为成人的60%，在4月龄时仍明显低于成人水平[8，15])，对此类药物比较敏感，可能出现高铁血红蛋白血症。杂合子型NADHCytb5R缺陷者平时不出现紫绀，服用氧化性药物后较正常人容易出现症状。

　　2.1 NADHCytb5R缺陷所致的高铁血红蛋白血症

　　本症为22号染色体隐性遗传性疾病，1845年Francois首次报道，虽少见但全球分布，迄今世界各地已报道不下数百例，尚无流行病学数据[15]，但有研究证实在爱斯基摩人和美洲印第安人中NADHCytb5R缺陷率为15/20 000[16]。在日本和我国也有多例报道，国内共检出11个患病家系，其中6个家系在福建地区(闽侯县2个，长乐市、三明市、宁德县、永泰县各1个)[6]。NADHCytb5R的缺陷致红细胞内MetHb的还原障碍，但由于红细胞内其它还原系统的代偿作用，血中MetHb含量一般不高，约10%～50%[2]。目前国外所称的HM，如未作特殊说明通常即指遗传性NADHCytb5R缺陷症[6]。

　　该病的临床分型尚未达成共识，近年来多数学者主张分为两种类型[3，5，6，9，10，17，18]：I型很少见，其还原酶缺陷只限于红细胞内，耐受性好，不影响寿命，临床仅有紫绀发生，常被忽视。Ⅱ型最常见，占所有HM的10%～15%[19]，酶活性多小于正常的20%[10]，机体所有细胞均有NADHCytb5R缺陷，以持续性的、进行性的神经系统损害为特征，临床表现除紫绀外，还有精神发育迟缓、小头畸形、对称性手足徐动样的运动、斜视、角弓反张和肌张力增高，多于幼年期夭折，鲜有活至成年者[20]。目前，国内尚未见Ⅱ型HM的病例报道[3]。此外，有学者提出Ⅲ型的存在，还原酶缺乏在红细胞、血小板、淋巴细胞和粒细胞系统，临床上也只表现紫绀，但多数学者认为该型应归为I型[9，21]。

　　2.2 Cytb5缺陷所致的高铁血红蛋白血症

　　Hegesh和Kaftory报道了1例因Cytb5缺陷，临床上有高铁血红蛋白血症表现的病人。另有报道1例因Cytb5的基因突变，使其mRNA拼接异常，细胞内Cytb5缺乏所致高铁血红蛋白血症[22]。该病系常染色体隐性遗传性疾病，临床表现为慢性紫绀。

　　2.3 HbM症所致的高铁血红蛋白血症

　　此症为常染色体显性遗传，是由于珠蛋白分子结构异常导致MetHb还原障碍，形成高铁血红蛋白血症，而NADHCytb5R的活性正常。多有家族史，较罕见，仅发现杂合子，故高铁血红蛋白浓度一般不超过30%[2]。

　　HbM症共发现5种，其中4种HbM(包括HbMBoston、Iwate、Saskatoon及HydePark)其α或β肽链中的近端或远端的组氨酸由酪氨酸替代，酪氨酸的酚侧链与血红素的铁相结合，形成稳定的苯复合体，铁被氧化为三价铁。另有1种HbMMilwaukee(密尔沃基)[1]，系β肽链上第67位置上的缬氨酸为谷氨酸所替换，致使谷氨酸的γ羧基组与血红素的三价铁相联结，铁离子不易被还原，形成HbM的MetHb。HbM的MetHb无法借助红细胞内酶的作用而还原。HbM症纯合子多不能存活，杂合子临床多表现为持续性的紫绀，少数间歇发作。

　　2.4 不稳定Hb所致的高铁血红蛋白血症

　　不稳定Hb变异体对氧化剂的异常易感性致血液中MetHb的浓度升高，但不足以引起临床上的紫绀症状，溶血是其主要的表现。Hb苏黎世(Hb2H)β163组氨酸→精氨酸就是不稳定Hb的例子。

　　3 遗传性高铁血红蛋白血症的诊断与鉴别诊断

　　自幼开始或突然出现灰蓝色的发绀，且发绀与呼吸困难不成比例，不能用心脏或肺部疾病解释，经氧疗而无效者，应考虑有高铁血红蛋白血症的可能性。抽出血液呈巧克力褐色[18]，在空气中振荡15 min后不变红色，但加入还原剂后即转为鲜红色，可初步诊断为高铁血红蛋白血症。在502～632 nm之间，MetHb有特殊吸收光谱，当其含量大于15%时，在632 nm处有一深色特殊吸光带，经加入几滴5%氰化钾溶液(氰化钾实验)后即见消失。先天性紫绀患者，尤其是有近亲婚史的应怀疑是酶缺陷型HM，可通过直接测定患者红细胞溶解液的NADHCytb5R活性得到证实。若MetHb水平升高，但NADHCytb5R的活性正常，要考虑获得性高铁血红蛋白血症。淀粉凝胶电泳分析有助于诊断HbM[19]。

　　鉴别诊断方面，小婴儿要除外紫绀型先天性心脏病，多伴有明显的缺氧表现及有关的体征，氧分压及血氧饱和度低，血液与空气混合后要转红[2]。而高铁血红蛋白血症患者氧分压及血氧饱和度可正常[10]。年长儿要除外硫化血红蛋白血症(sulfhemoglobinemia)，是指硫磺分子与血红蛋白结合，其发病率更低，但临床症状较重，可用氰化钾实验鉴别。多数可以导致高铁血红蛋白血症的药物，尤其是磺胺类药物和非那西汀也可以引起硫化血红蛋白血症，确诊要用分光光度法或气相色谱法来测定硫化血红蛋白的含量。亚甲蓝或维生素C治疗无效，对症治疗为主，必要时可用换血疗法[23，24]。

　　4 遗传性高铁血红蛋白血症的治疗

　　NADHCytb5R缺陷及Cytb5缺陷所致的高铁血红蛋白血症患者除非为了改善紫绀的容貌，一般无须治疗。但新生儿期由于胎儿血红蛋白的存在、氧离曲线的左移及氧气离解困难等因素，可以导致动脉血氧含量的减低，所以MetHb最好维持在小于10%Hb总量[8]。每日口服维生素C [10] 或核黄素足以维持MetHb含量在5%以下[1]。当患者有症状(部分学者认为有症状且MetHb含量大于20%Hb总量[14])或MetHb含量大于30%Hb总量，推荐静脉使用亚甲蓝(1～2 mg/kg)，可迅速降低MetHb的浓度至正常水平，必要时1 h后重复上述剂量，紫绀消退后可改为3～5 mg/(kg•d)口服[25]。亚甲蓝无效时可选用高压氧、换血疗法或血液透析[2，14]。有临床病例证实，外科手术麻醉前静脉应用亚甲蓝1 mg/kg可以有效地降低MetHb的水平，从而避免手术期间低氧血症的发生[23]，但亦有学者对此结论提出异议[26，27]。目前，本病预后良好，但对Ⅱ型HM的进行性和弥漫性特点仍无对策[20]。

　　HbM症所致的高铁血红蛋白血症应用维生素C或亚甲蓝无效，杂合子预后较好，病人对运动的耐受力接近正常，其寿命与正常人无异，无须治疗[19]，但纯合子多不能存活。

　　不稳定Hb所致的高铁血红蛋白血症患者不接触氧化剂就可避免高铁血红蛋白血症，无需特殊治疗。

　　5 问题与展望

　　基于流行病学观察，有必要对HM在人群中的发病情况进行大规模调查。同其他遗传病一样，目前对HM尚无根治的办法，预防该病发生的首要环节在于防止有NADHCytb5R基因缺陷的胎儿降生，国外已成功开展对HM尤其Ⅱ型HM的产前基因诊断[9，20，28]。

　　HM的基因治疗也是一个令人感兴趣的课题。一方面，对人NADHCytb5R基因的治疗是理想目标：NADHCytb5R基因是典型的单拷贝基因，且目前发现的NADHCytb5R基因突变均位于编码区，不涉及调控区;细胞对NADHCytb5R表达量的要求不严格。但另一方面，对NADHCytb5R基因缺陷进行基因治疗又面临一个棘手的问题：NADHCytb5R在体内分布广泛，矫正部分细胞的NADHCytb5R基因缺陷难以奏效。

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