地中海贫血铁过载与HFE基因突变的研究进展

陈晓玲 张林娜 甘文 李海亮

地中海贫血是一种遗传性常染色体隐性血红蛋白疾病，主要源于11 号染色体（编码β 链珠蛋白）或16 号染色体（编码α 链珠蛋白）上的缺陷，造成某个或多个珠蛋白基因异常，引起一种或一种以上珠蛋白肽链合成减少或缺乏，导致珠蛋白链比例失衡，引起正常血红蛋白合成不足和过剩的珠蛋白肽链在红细胞内聚集形成不稳定产物。根据受抑制的肽链不同，分为α、β、δ、δβ、εβγδ型，最常见的类型为α 和β 地中海贫血。本文主要讨论C282Y、H63D、S65C 三种HFE 基因突变类型在地中海贫血铁过载中的研究进展。

1 地中海贫血的铁过载机制

1.1 地中海贫血与铁过载概述 根据临床表现和是否需要定期输血，地中海贫血可分为输血依赖型地中海贫血和非输血依赖型地中海贫血。输血依赖型地中海贫血（TDT）是指需要定期输血的重型地中海贫血，这一类别包括严重β 地中海贫血、严重Hb E/β 地中海贫血，输血依赖性Hb H 病或Hb H 胎儿水肿及存活的Hb Bart's 胎儿水肿患者。而非输血依赖型地中海贫血（NTDT）是指一组不需要输血或者仅在感染、手术、妊娠、生长发育迟缓等特殊情况下需要输血的地中海贫血类型，包括不需要输血的地中海贫血（α 地中海贫血携带者、轻型β 地中海贫血、Hb C/β 地中海贫血）、偶尔需要输血的地中海贫血（缺失型Hb H 病、轻度异常Hb E/β 地中海贫血）、需要间歇性输血的地中海贫血（非缺失型Hb H 病、中间型β 地中海贫血、中度异常Hb E/β 地中海贫血）[1]。

铁过载是指过量的铁元素沉积在人体的组织器官，多见于心脏、肝脏、内分泌腺体、骨骼等，导致多个组织器官功能障碍，最终出现严重的临床并发症。铁过载可造成心肌细胞肥大、坏死，导致心律失常和心肌病，甚至心力衰竭、猝死等。铁过载对肝脏的损害主要为肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌等。还可导致人体内分泌系统紊乱，出现性腺功能减退、糖尿病、甲状腺功能减退等。铁过载可分为原发性铁过载（遗传性血色病）和继发性铁过载（长期红细胞输注所致的铁过载）。健康成人体内含铁总量3.0～4.5 g，其中65%组成血红蛋白，约30%以铁蛋白和含铁血黄素的形式作为储存铁备用，用于人体血红蛋白的合成。铁是人体必需的金属，但是过量的铁积累会通过产生活性氧导致靶器官的细胞功能障碍、凋亡和坏死。而人体没有主动的排铁机制，当外源性铁被遗传、反复输血和其他疾病因素影响时，铁很容易在人体内累积，从而出现铁过载情况[2]。铁过载的现象在地中海贫血患者中常见，并极大程度地降低患者的生存质量和预后。据统计，在1 029 例广西重型β 地中海贫血患者中，约87.3%的患者出现铁超载情况[3]。

1.2 TDT 的铁代谢情况 在地中海贫血患者中，异常的珠蛋白肽链会聚集并沉淀在红系前体中，形成包涵体后结合到膜骨架上，通过骨髓中红细胞前体的凋亡导致红细胞氧化膜损伤和广泛的过早破坏。无效的红细胞生成和溶血现象引起体内血红蛋白水平下降，从而导致骨髓增生、肝脾代偿性造血、骨骼畸形及发育迟缓等问题[4]。TDT 患者需要定期输血才能存活，如果没有足够的输血支持，会出现多种并发症甚至寿命缩短。因此其铁过载的现象多为长期输血所致。衰老的输注红细胞被网状内皮巨噬细胞吞噬，不稳定的细胞铁被释放到血浆中以结合转铁蛋白，转铁蛋白结合达到饱和后，非转铁蛋白连接的铁很容易通过钙通道进入肝脏（肝细胞）、心脏（心肌细胞）和内分泌腺等[5]。每输注1 U 红细胞，将有200 mg 铁进入患者体内。若地中海贫血患者每月输注2 U 红细胞，除胃肠途径吸收铁元素外，地中海贫血患者每年将额外储存4.8 g 铁[6]。正常人每天造血需要20～25 mg 铁，主要来自衰老破坏的红细胞，外源性铁摄入仅需1～1.5 mg 即可满足人体的正常需求。人体内的铁主要通过肠黏膜脱落细胞随粪便排出，少量通过尿液、汗液排出，缺乏其他有效的排铁途径。因此，长期依赖输血的地中海贫血患者很容易出现体内铁过载的情况。

1.3 NTDT 的铁代谢情况 NTDT 虽然不需要定期输血，但是血清铁蛋白水平会随着年龄增长而增加。即使从未输血治疗，患者的血清铁蛋白水平也可高达1 000 ng/mL[7]。NTDT 患者主要通过胃肠道途径吸收铁元素。胃肠道铁吸收增加主要是因为红细胞的无效生成和铁调素下降所致。铁调素是一种由25 个氨基酸组成的小分子多肽，主要在肝细胞中合成，其他细胞和组织如巨噬细胞、脂肪细胞和大脑表达低水平的铁调素[8]。铁调素对铁的吸收有抑制作用，因为它下调了铁转运蛋白的表达，从而减少肠道细胞和巨噬细胞铁的吸收，降低体内的铁元素水平[9]。对于地中海贫血人群而言，长期贫血和缺氧状态会抑制铁调素的表达，引起体内铁元素的过度沉积，甚至出现铁过载情况[10]。

2 血色素沉着症与HFE基因

血色素沉着症是一种铁代谢相关的常染色体隐性遗传性疾病，其特征是铁吸收和积累增加，导致铁超负荷毒性引起的多器官损伤。如果不进行治疗，肝硬化、原发性肝癌、糖尿病或心肌病等并发症可能会导致死亡。已经有大量的研究证明，HFE 基因突变（HFE 基因最初被称为人类组织相容性白细胞-H）与血色素沉着症的发生密切相关。1996 年，Feder 等[11]发现HFE 基因是一个250 千碱基的区域，被定位在6 号染色体（6p21.3）的短臂上，并与6号染色体上的主要组织相容性复合体（MHC）相关。HFE 基因可编码MHC I 类蛋白HFE，HFE 蛋白是一种343 个残基的I 型跨膜蛋白，包括信号肽、细胞外转铁蛋白受体结合区（α1 和α2）、免疫球蛋白样结构域（α3）、跨膜区和短胞质尾。HFE 蛋白结合β2微球蛋白形成一种在细胞表面表达的异二聚体，它可以和转铁蛋白受体结合，并将其与转铁蛋白的亲和力降低5～10 倍[12-13]，从而减少人体内铁元素的吸收，防止铁过载的出现。所以HFE 基因突变可能会导致体内铁元素的过度沉积，增加地中海贫血患者发生铁超负荷的风险[14]。

HFE 基因最常见的三种编码区突变类型是C282Y、H63D 和S65C。HFE 基因的两个突变位点C282Y 和H63D 与80%以上的血色素沉着症病例相关，另一种突变S65C 在8%的血色素沉着症患者的染色体上可检测到。C282Y 突变源于HFE基因的845 核苷酸处的鸟嘌呤G 到腺嘌呤A 的转换（845G →A），这就产生了蛋白质产物中氨基酸282 位的半胱氨酸替代酪氨酸的现象。在H63D 突变中，HFE 基因187 核苷酸处的鸟嘌呤G 取代了胞嘧啶C（187G →C），使HFE 蛋白质中氨基酸位置63 处的天门冬氨酸取代组氨酸。65 位半胱氨酸取代丝氨酸就形成了S65C 突变基因。HFE 基因的三个错义突变C282Y、H63D、S65C 已经被证明与铁代谢有关，后两个突变与较温和的铁过载有关，但其中任何一个突变与C282Y 突变的复合杂合状态增加了发生铁超负荷的风险[15]。HFE 基因缺乏小鼠（HFE 基因敲除模型）表现出与人类遗传性血色病相似的铁超载的观察结果证明HFE 基因参与调节铁稳态[16]。同时，在意大利进行的一项研究中得出结论，HFE 基因突变和β 地中海贫血特征共存将加剧β 地中海贫血携带者发生铁超载的风险[17]。另一方面，在正常人群中也可发现HFE 基因突变，但血清铁蛋白水平均在正常范围内。

3 HFE基因突变与地中海贫血铁过载

3.1 H63D 基因突变 H63D 基因突变可分为纯合子突变和杂合子突变。有文章指出，H63D 基因突变的人群中有90%为杂合子突变，而剩下的10%为纯合子突变[18]。在一项关于埃及地中海贫血患者HFE 基因突变对铁超载影响的研究中指出，在100 例地中海贫血患者中，发现36 例H63D 基因突变的患者，其中28 例为H63D 杂合子，8 例为纯合子。H63D 突变的杂合子或纯合子地中海贫血患者的血清铁蛋白水平显著高于未发生突变的患者[19]。Selvaraj 等[20]发现H63D 基因在金奈地区β 地中海贫血携带者、β 地中海贫血重型患者和正常对照人群的突变基因频率分别为8.13%、15.8%和6%，其中19 例重型β 地中海贫血患者中有4 例H63D 杂合子突变、1 例H63D 纯合子突变，而203 例β 地中海贫血携带者中有33 例H63D 杂合子突变，而且H63D 基因突变杂合子的患者血清铁蛋白水平明显高于正常对照组，对照组没有铁过载情况。在204 例巴基斯坦地中海重型贫血患者中，H63D 基因杂合子突变的概率为11.3%，H63D 突变患者血清铁蛋白水平相比正常人显著升高[21]。在意大利撒丁岛152 例β 地中海贫血携带者中，发现45 例H63D 突变杂合子、4 例突变纯合子，H63D 突变纯合子的β 地中海贫血携带者的血清铁蛋白水平高于无该等位基因携带者[22]。

3.2 C282Y 和S65C 基因突变 有研究指出，C282Y 基因突变或许与铁代谢有关。目前国内外关于C282Y 基因突变在地中海贫血中的研究较少，或许可以从一般人群去推测地中海贫血人群的基因突变概率。C282Y 基因突变具有明显的地域差异性，不同地区人群中突变的患病率差异很大。C282Y 基因突变在欧洲人口中非常普遍，而在亚洲、非洲、印度、澳大利亚等地区概率很低。C282Y 等位基因的频率范围从欧洲人群的平均6%到亚洲和非洲人群的几乎为零[23]。在1 450 例欧洲国家人群中，C282Y 等位基因频率约为3.8%，这些观察到的等位基因频率与先前估计的北欧血色素沉着症人群的频率相当[24]。在西欧荷兰地区，C282Y 基因的纯合率为0.3%，杂合率为10%，C282Y 突变基因人群的血清转铁蛋白饱和度和血清铁水平均显著升高[25]。在巴西168 例地中海贫血患者中发现C282Y 基因突变的概率为2.38%，这可能导致患者体内铁金属水平的升高[26]。在中国血色素沉着症患者、印度β 地中海贫血患者中C252Y 基因突变的概率极低[27-28]。在印度金奈地区222 例β 地中海贫血患者发现了1 例C282Y 突变患者[20]。

S65C 在地中海贫血人群中的突变并不常见。有研究指出S65C 基因与轻度铁沉着有关[29]。据报道，除欧洲国家外，所有大陆的S65C 突变频率都很低，甚至不存在。在欧洲国家，捷克共和国报告了S65C基因的突变概率约为1.25%[30]。在斯洛文尼亚人群中，S65C 的等位基因频率为1.8%[31]。

4 地中海贫血的治疗进展

目前国际上针对地中海贫血的治疗方法主要有规律输血和祛铁治疗、造血干细胞移植（HSCT）、基因治疗等。最新研究还提及一些新兴的治疗手段诸如针对无效红细胞的靶向治疗、调节铁代谢等。这些新疗法的有效性和安全性仍在多个临床试验中进行研究，有些处于早期阶段[32]。HSCT 可治愈疾病但依赖配型及患者身体状况，基因治疗已取得重要进展但尚未在临床广泛应用。故地中海贫血领域目前仍以输血并辅以铁螯合剂疗法为主导。即使是不依赖于输血的地中海贫血患者，随着病程的延长仍会出现铁过载的情况，极大降低了患者生存的质量。临床上一般通过静脉放血或药物治疗铁过载情况。静脉放血最适用于原发性铁过载患者，也适用于重型地中海贫血患者HSCT 术后血象恢复，但不宜用于有贫血（Hb＜110 g/L）的患者[33]。在药物治疗方面，常用的铁螯合剂主要包括去铁胺、去铁酮和地拉罗司等。

近年来，临床上用于监测铁过载的指标除了血清铁蛋白、肝铁浓度等传统方法以外，磁共振成像等无创性检测手段已逐渐成为临床诊断铁过载和监测去铁治疗效果的方法。铁超负荷磁共振成像的诊断和定量鉴于其安全性和可靠性，使用R2*或T2*技术的磁共振成像已取代肝活检，成为肝脏铁含量定量的金标准。在排除活动性炎症、肝病、肿瘤、溶血和酗酒等因素的影响后，血清铁蛋白 ＞1 000 μg/L 即可诊断为铁过载，立即启动祛铁治疗，并且每3 个月监测1 次血清铁蛋白。

5 小结与展望

主流观点认为当地中海贫血与某些遗传因素相互作用时，HFE 突变基因在某种程度上可能与铁储存增加有关，但是也有部分观点认为两者之间并无关系。在重型地中海贫血患者中，H63D 突变基因的存在对患者的血液铁蛋白水平和心脏、肝脏的铁超载情况没有影响[34]。Kelley 等[35]对H63D 纯合子患者的研究表明，尽管突变基因与平均铁蛋白水平升高相关，但随访时仅有6.7%的患者记录到铁超负荷情况。在地中海贫血患者中，体内铁代谢情况受多种因素影响，铁超载也可能由多次输血、脾功能亢进或其他继发性非HFE 基因因素引起。同时，HFE 突变基因也存在显著的地区差异性。因此需要进行更大规模的临床研究，进一步明确地中海贫血人群HFE 突变基因与铁超载的关系。全球约有80%的地中海贫血基因携带概率，这是一个庞大的患病人群，而且地中海贫血人群在终身治疗过程中或多或少都有存在铁过载问题。笔者认为，或许可以从遗传基因方面着手，尽早筛查出携带HFE 基因突变的地中海贫血人群，进一步评估地中海贫血患者发生铁过载的危险程度，提前进行干预。这或许有望成为新兴的基因治疗方法，为后续地中海贫血祛铁治疗提供新的诊疗思路，有望改善地中海贫血人群的生存质量及临床预后。