地中海贫血治疗的研究进展

黄楚雯,江华

广州医科大学附属广州市妇女儿童医疗中心血液肿瘤科(广东广州 510623)

地中海贫血是人类最常见的与α和β珠蛋白链组成缺陷相关的单基因疾病。据统计，全世界范围内每年约有40 618个新生儿出生时有β地中海贫血[1]。β地中海贫血首先在地中海沿岸地区发现，在疟疾影响区域大流行，但是由于人群的迁徙，世界上许多地方都有散发。据报道，世界上至少7%的人带有地中海贫血致病基因，主要分布在热带和亚热带地区，例如非洲、地中海和东南亚。在我国的广东、广西、海南、云南、贵州、四川及香港等地区常见，发病率达10%～14%。根据不同类型的珠蛋白基因缺失或缺陷，将地中海贫血分为α地中海贫血、β地中海贫血、δ地中海贫血、γ地中海贫血及少见的δβ地中海贫血，以前两种类型常见。本文对地中海贫血的治疗进展进行回顾及综述，更进一步加深对地中海贫血的认识的同时，总结出更为安全及有效的治疗手段。

1 地中海贫血的发病机制

α珠蛋白基因位于16号染色体短臂(16p13.33-p13.11-pter)，总长约29 kb,包含7个连锁的α类基因或假基因。每条染色体上各有一对控制合成α-链的α基因，因此每个细胞内有4个α-基因，可发生不同程度基因异常。β珠蛋白基因位于11号染色体短臂1区2带(11p12)，绝大部分是点突变所致，少数几种为几个核苷酸缺失。依据对输血的需要，可分为输血依赖性地中海贫血(transfusion-dependent thalassemia,TDT)和非输血依赖性地中海贫血(non-transfusion-dependent thalassemia,NTDT)。TDT指需要长期定期输血来维持生命的重型地中海贫血，包括纯合子β0地中海贫血和血红蛋白E/β-地中海贫血。NTDT，包括血红蛋白H病和一些血红蛋白E/β-地中海贫血，这只有在手术、感染、怀孕的时候偶尔需要补充红细胞。地中海贫血可以表现多种临床类型，取决于α和非α血红蛋白链的失衡程度及一些基因和环境因素，并发症可以有许多，例如血栓性疾病、感染、肺动脉高压、内分泌障碍和下肢溃疡[2]。低水平的游离肉碱和酰基肉碱，加上肉碱转移酶1活性受损，导致了地中海贫血患者的能量危机相关并发症[3]。

2 地中海贫血的治疗方法

2.1 规律输血与铁螯合治疗 重度β-地中海贫血患者需要规律输注红细胞以维持生命。但轻、中度的地中海贫血患者只有在严重感染后才需要输血。然而，反复输血会导致铁过载，引起一系列威胁生命并发症，例如内分泌失调、心肌病、肝病等最终引起死亡。国际上对于重度地中海贫血患者推荐适度输血，即每隔3～4周输注红细胞10～15 mL/kg，使血红蛋白水平维持在90～105 g/L之间(有心脏疾病的需维持在110～120 g/L)，以提高患者生活水平及维持生长发育[4-5]。目前，特别在发展中国家，许多患儿因为经济关系无法接受规律输血，更不必说定期铁螯合治疗。常用的铁螯合药物包括去铁酮、去铁胺、地拉罗司相对于铁螯合剂去铁酮和地拉罗司的单独用药，联合使用能更有效降低铁蛋白水平[6-8]。铁螯合剂联合水飞蓟素可以有效改善铁过载状态[9]。铁螯合剂使用的最大缺点是费用相对高，较高经济负担限制了很多地中海贫血普遍存在的贫困国家的患者使用。心脏铁过载引起心力衰竭是导致β地中海贫血患者死亡的主要原因[10]。但是，由于与心脏转运机制不同，血清铁蛋白和肝铁水平不能反映心脏铁超载的真实情况。此外，铁螯合疗法容易清除肝脏中的铁。心脏T2*是对铁沉积最敏感的评估方法[11]。心脏彩色多普勒超声诊断对左室收缩末期及舒张末期内径、左室射血分数等指标来评估心脏的铁沉积情况。大多数医院都可以进行运动时心率记录，这可能是评估β地中海贫血患者心脏受累的一种有效途径[12]。未接受输血的重度β地中海贫血患者在生命的头5年内死亡，即使规律输血，在高收入国家也只有50%～65%的患者生活在35岁以上。定期监测内分泌疾病的症状和体征，经常进行相关实验室和X线检查，建立有效的螯合和多学科合作，可以明显改善患者健康及提高生活质量(QOL)[13]。

2.2 诱导胎儿血红蛋白形成 β类珠蛋白基因表达的调控和转换受顺式作用原件、反式作用因子、γ-δ基因间序列以及它们与珠蛋白结构基因序列的相互作用等多种因素共同调控。γ-珠蛋白链诱导剂旨在减少对红细胞输注的需求，同时减少α4聚体形成后堆积在红细胞膜上引起的溶血。BCL11A、HBS1L-MYB、Xmml-HBG2、KLF1均是目前与HBF表达相关的基因位点[14-15]。MYB基因是促红细胞发生过程中分化与增殖平衡的关键调节因子。一些γ-珠蛋白链诱导药物已经完成了测试，包括：DNA甲基化转移酶的5-氮胞苷和地西他滨；组蛋白脱乙酰基酶抑制剂如丁酸盐及其衍生物及其他短链脂肪酸衍生物；雷帕霉素靶点抑制剂如雷帕霉素及依维莫司均能诱导正常人及β地中海贫血患者红系前体细胞γ-珠蛋白基因的表达。目前，羟基脲是唯一批准上市的由多种机制诱导γ-珠蛋白的药物。例如，它的细胞毒性作用被认为能加速分化过程，刺激细胞应激反应途径，从而导致胎儿蛋白细胞数量的全面增加[16-17]，同时它能对多种并发症：髓外造血、下肢溃疡、甲状腺功能减退、骨质疏松、肺动脉高压等有保护作用，但可能增加性腺功能减退的风险。细胞因子类的促红细胞生成素具有促进红细胞增殖和抗凋亡的特性；干细胞因子促进患者红系祖细胞分化和活化γ基因的表达。辛伐他汀和丁基氢醌可抑制转录因子KLF1及BCL11A表达来诱导HbF合成[18]。KLF1转录因子通过激活bcl11A抑制γ-珠蛋白的表达，单倍体剂量不足导致F细胞水平升高[19]。KLF基因家族的基因组变异与地中海贫血的严重程度及羟基脲治疗有效性相关[20]。

2.3 异基因造血干细胞移植 异基因造血干细胞移植目前被认为是地中海贫血患者广泛使用的唯一治愈方案。自从1982年，托马斯·埃德在美国首次成功地用同种异型骨髓移植治疗了一例14个月大的重症β地中海贫血患儿，揭开了异基因造血干细胞移植的序幕。由于移植技术的改进，人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)匹配的同胞供体(matched sibling donor,Msd)的年轻低风险的儿童的移植相关死亡率已经下降到5%甚至更低。与20世纪80年代和90年代相比，今天的移植结果要满意得多，超过90%存活率，其中80%以上的患者在接受了世界各地不同移植中心治疗后达到无病生存[21]。造血干细胞根据采取来源分为骨髓造血干细胞、外周血干细胞、脐带血干细胞。造血干细胞移植的预后受疾病评分影响，也称为Pesaro分类，包括肝肿大>2 cm、门脉纤维化、不充分铁螯合治疗。1级：无危险因素(匹配同胞移植后儿童的无病生存率94%)；2级，1个或2个危险因素(无病生存率88%)；3级：所有3个危险因素均有(无病生存率62%)[22]。最近定义的高危人群包括7岁以上并且肝肿大>5cm的患者(无病生存率24%)[23]。Mathews等[24]认为，以苏消安为基础的外周血造血干细胞移植方案可以显著改善Ⅲ级高危患者的临床疗效。近几年，以应用白消安后4 d环磷酰胺的清髓方案成为重型地中海贫血造血干细胞移植的治疗标准。3级高危患者接受新的预处理：移植前免疫抑制(pre-transplantation immunosuppression，PTIS)其包括氟达拉滨40 mg/(m2·d)，静脉注射，5 d，地塞米松25 mg/(m2·d)，静脉注射，5 d,1～2个周期后，再行BuFlu为基础的减少毒性预处理方案(reduced-toxicity conditioning regimen，RTC)，所有患者可以达到稳定的全供体植入[25]。Sheth等[26]认为氟达拉滨减少毒性的清髓方案的造血干细胞移植对于高危3级患儿是安全和有效的。Li等[27]提出了NF-08-TM方案[环磷酰胺：55 mg/(kg·d)，-10～9 d；氟达拉滨 40 mg/(m2·d),-8～-4 d；噻替派10 mg/(kg·d),-5 d；静脉白舒非：剂量依据患儿年龄，-8～-6 d，咪唑硫嘌呤3 mg/kg，-45 d开始，羟基脲30 mg/kg -45 d开始]，总生存率达到91.5%，移植相关死亡率达8.5%。WZ-14-TM方案[环磷酰胺：100～120 mg/(kg·d) -10～-9 d，静脉BU：-8～-5 d，氟达拉滨:-6～-2 d，ATG：-4～-1 d]在经典BU/CY方案上，作了调整，有效地降低了移植相关死亡率和提高总生存率和无病生存率[28]。大量数据显示，如果患者接受HLA-DPB1不合无关供者的造血干细胞移植，会增加急性移植物抗宿主反应的风险。但半相合的外周血造血干细胞移植为没有HLA全相合供者的重型地中海贫血患者提供有希望的治疗策略，它可以给患者提供稳定、持续的植入。一种新的预处理方案(氟达拉滨+白消安+环磷酰胺+抗胸腺细胞球蛋白)为半相合造血干细胞移植降低了移植相关死亡率[29]。在经济花费方面尽管造血干细胞移植比输血高(114 000美元vs73 928美元)，但如果在儿童和年轻人中成功移植，则可以获得更好的生活质量(26.49vs14.11)和长期收益[30]。造血干细胞移植具有很高的成本效益(质量调整生命年增量成本高达986美元)，其长期的临床和经济效益超过规律输血和去铁[31]。造血干细胞移植后血清铁并不能一直准确地评估肝脏铁沉着的程度，仅在移植后第1年内血清铁与肝脏沉着程度相关性较强[32]。但造血干细胞移植后远期的内分泌腺功能紊乱如甲状腺功能紊乱、性腺损伤、糖尿病、身材矮小等仍是值得长期探讨解决[33]。

2.4 基因治疗 基因治疗处于临床实验阶段。其原理是以造血干细胞为基因的载体，把正常珠蛋白基因导入病变的造血干细胞，从而实现正常的表达，但主要问题是如何做到高效的导入和准确表达。理论上自身来源的造血干细胞可以避免异基因造血干细胞移植后所引起的严重移植物抗宿主反应，但因其来源有限，限制了其应用。它是一种强有力的治疗方法，它没有造血干细胞移植的免疫并发症，但也有其他缺点。转移的β珠蛋白的准确且充分表达，不仅需要完整的结构基因和近端调控程序，还需要位点控制区(locus control region，LCS)的引入。锌指核酸酶(zinc finger nucleases)通过锌脂蛋白识别并通过连接的限制性内切酶FOK-1目标在目标位置产生双链断裂，随后以要插入的基因序列为模板通过同源重组的方式修复缺陷基因[34]。转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALEN)则是通过TALE蛋白识别后类似于锌脂蛋白的方式修复缺陷基因。通过使用CRISPR/Cas9基因组编辑系统，这些幼稚的诱导多能干细胞与修饰过的诱导多能干细胞相比，明显提高了基因校正效率。重要的是，人类泌尿细胞也可以用类似的方法重新编程成基态[35]。一种CRISPR/Cas9基因编辑系统，该系统将cas 9核蛋白和腺相关病毒载体的同源供体结合在一起，实现在造血干细胞中血红蛋白β基因的同源重组[36-37]。用修饰过的β-珠蛋白基因转导干细胞后的自体移植在少数患者中已获得成功，但需要大量临床试验予以证明[38-39]。整合的HDAd5/35++腺病毒载体表达抗CRISPR肽可以减少CRISPR/Cas9毒性，为血红蛋白疾病的造血干细胞基因治疗提高一个新的平台[40]。减少清髓毒性及降低费用仍是基因治疗面临的挑战[41]。

3 展望

地中海贫血的最佳治疗方案仍然没有明确的结果，这取决于传统规律输血和定期铁螯合、γ-珠蛋白诱导、异基因造血干细胞移植和基因治疗在大多数β地中海贫血患者所居住的低收入国家的所获得的益处/风险/成本比。随着产前诊断技术的发展以及人类生活水平的提高，越来越多的地中海贫血胎儿被发现，且大部分家长会选择终止妊娠，从而减少了地中海贫血患儿的出生。子宫内基因治疗可纠正杂合地中海贫血小鼠模型[7]，未来或许可为怀孕妈妈带来福音[42]。目前唯一可以治愈的手段是造血干细胞移植，但其移植的预处理方案仍在不断探索中，尽管可选择的供体种类增多，移植后支持治疗技术的迅猛提高，但并发症发生率仍很高，影响移植的预后因素很多，所以仍还没有最佳的移植方案；但是值得期待的是基因编辑技术的引入，或许给地中海贫血患者带来治愈的希望。