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检验医学与遗传病学三单基因遗传性疾病 [复制链接]

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作者:黄山

单位:贵州省临床检验中心

单基因遗传性疾病按蛋白质性质的不同可分为血红蛋白病、血浆蛋白病、酶蛋白病、受体蛋白病、膜转运载体蛋白病和结构蛋白病等。

一、血红蛋白病之镰状细胞贫血

镰状细胞贫血(MIM)是一种常染色体隐性遗传性疾病,该病也是世界上第一个报道的分子病。镰状细胞贫血主要见于非洲黑人群体。该病杂合子携带者占非洲黑人的20%,美国黑人的8%,此外也见于中东、希腊、印第安人及与上述民族长期通婚的人群。杂合子之间通婚,其子女有1/4的机会患镰状细胞贫血。分子遗传学研究发现该病是由于β肽链第6位的谷氨酸被缬氨酸取代,变为HbS所致。

镰状细胞贫血患者一般在出生半年后出现临床症状和体征。由于幼年发病,可导致患者出现生长发育障碍,易发生感染。有贫血、黄疸和肝脾肿大等表现。心、肺功能常受损,可发生充血性心力衰竭。肾脏受累可表现为等渗尿、血尿、多尿,部分患者发展为肾病综合征、肾衰竭。骨质疏松可导致脊柱变形,呈双凹形或鱼嘴形,股骨头无菌性坏死。眼部症状由视网膜梗死、眼底出血、视网膜脱离等病变引起。神经系统表现有脑血栓形成、蛛网膜下腔出血。下肢皮肤慢性溃疡是常见体征。

严重的镰状细胞贫血患者可出现多种危象,包括:①梗死型危象:系最常见的一种危象,是由于镰变的僵硬红细胞阻塞小血管。轻者可导致组织缺氧重者可导致组织坏死。②再生障碍型危象:贫血突然加重,网织红细胞显著减少甚或消失,骨髓增生低下。③巨幼细胞型危象:妊娠患者易发生此型危象,叶酸缺乏是主要原因。严重贫血伴有巨幼细胞贫血特征是本型的主要临床表现。④脾滞留型危象:此型危象多见于儿童患者,也可见于脾肿大的成年患者。主要临床表现是血红蛋白浓度陡然下降,它也成为幼年患儿的致死原因。

根据种族和家族史、镰变试验阳性、血红蛋白电泳显示主要成分为HbS,再结合临床表现,即可明确诊断。该病应与HbM遗传性高铁血红蛋白血症、α地中海贫血和β地中海贫血等加以鉴别。HbM遗传性高铁血红蛋白血症的基因突变主要为α链58位的组氨酸被酪氨酸替代所致,临床上有组织缺氧,但无贫血的表现。α地中海贫血和β地中海贫血主要是因为珠蛋白肽链合成不足或不能合成所致,一般并不形成异常血红蛋白。

1.外周血

血红蛋白为50~g/L,危象时进一步降低。网织红细胞计数常在10%以上。红细胞大小不均,多染性、嗜碱性点彩细胞增多,可见有核红细胞、靶形红细胞、异形红细胞、Howell-Jolly小体。镰状红细胞并不多见,若发现则有助于诊断。通常采用“镰变试验”检查有无镰状细胞。红细胞渗透脆性显著降低。白细胞和血小板计数一般正常。

2.骨髓象

示红系显著增生,但在再生障碍型危象时增生低下,在巨幼细胞型危象时有巨幼细胞变。

3.血清胆红素

有轻中度增高,溶血危象时显著增高。本病的溶血虽以血管外溶血为主,但也存在血管内溶血。

4.血浆触珠蛋白

可降低,而血浆游离血红蛋白可增高。

5.红细胞半衰期测定

显示红细胞生存时间明显缩短至5~15天[正常为(28±5)天]。

6.血红蛋白电泳

显示HbS占80%以上,HbF增多至2%~15%,HbA2正常,而HbA缺如。

7.基因诊断

基因诊断是确诊镰状细胞贫血的方法。可采用PCR-直接测序法检出基因突变。

二、血浆蛋白病之血友病

血浆蛋白是血浆中最主要的固体成分,目前已发现余种。采用功能分类法可将血浆蛋白分为8类:包括凝血系统蛋白质、纤溶系统蛋白质、补体系统蛋白质、免疫球蛋白、脂蛋白、血浆蛋白酶抑制剂、载体蛋白以及未知功能的血浆蛋白质。血浆蛋白的结构改变均可导致血浆蛋白病的发生。

血友病是一种遗传性凝血功能障碍的出血性疾病,遗传方式为X伴性隐性遗传性疾病。血友病分为A和B两种类型,以血友病A为多见。后来又发现了一种vWF因子缺乏的血管性假血友病。临床上,血友病A和B分别因凝血系统蛋白质中控制抗血友病球蛋白(AHG)(也称因子Ⅷ)和血浆凝血活酶成分(PTC)(也称因子Ⅸ)的基因突变(包括核苷酸取代、缺失、插入和移码)所致。

血友病A(MIM)和血友病B(MIM)具有类似的临床表现,主要表现为出血,其特点是出血部位广泛且严重,可涉及皮肤、黏膜、肌肉或器官内,且不易止血,出血常持续数小时甚至数周;常有自发性关节积血,并反复发生而引起血友病性关节炎。

血友病A和血友病B的诊断依赖患者的临床表现、止凝血实验结果以及基因突变检测结果。

1.止凝血检查

①常规检查方法:显示出血时间、血小板计数、血块回缩时间、凝血酶原时间均正常。②筛选试验:显示凝血时间(CT)、活化部分凝血酶原时间(APTT)、硅化凝血时间(S-CT)、活化凝血时间(ACT)和复钙时间(RT)可延长。③纠正试验:可显示凝血酶原消耗试验(PCT)、简易凝血活酶生成试验(STGT)和Bigg凝血活酶生成试验(B-TGT)延长,延长的APTT、STGT、B-TGT若被正常吸附血浆纠正而不被正常血清纠正,则可诊断为血友病A;延长的APTT、STGT、B-TGT若被正常血清纠正,而不被吸附血浆纠正,则可诊断为血友病B。④FⅧ:C/FⅨ:C测定:是目前诊断血友病的常用方法。根据FⅧ:C/FⅨ:C的水平,可将血友病分为重型(<2%)、中型(2%~5%)、轻型(5%~25%)、亚临床型(25%~45%)。⑤排除试验:由于血管性血友病(vWD)伴有FⅧ:C减低,故在诊断血友病A时,检测出血时间延长和血管性血友病因子抗原(vWF:Ag)减低,可排除血友病A的诊断。

2.基因诊断

血友病A常见的基因突变包括:

(1)FⅧ基因内含子22倒位:采用Southern印迹法发现中国人群由于FⅧ基因内含子22倒位所导致的血友病A约占1/3;

(2)点突变:迄今检测到的点突变以无义突变和错义突变为主,主要位于外显子8、11、14、18、23、24和26;

(3)基因缺失:根据缺失部位的不同,可产生无活性的蛋白或活性低下的蛋白,但FⅧ基因缺失几乎均导致重型血友病A。血友病B基因缺陷的种类包括:①FⅨ基因点突变:其中错义突变占68%,无义突变占14%。②FⅨ基因缺失:包括全部缺失、部分缺失和小缺失,缺失范围为1bp至整个基因,但以小缺失为主。③FⅨ基因插入:插入片段如非3的倍数可造成移码突变。

三、酶蛋白病之苯丙酮尿症

由于遗传性酶缺乏所导致的先天性代谢病称为酶蛋白病,迄今已报道有0余种。该类疾病不仅是单基因遗传性疾病中的主要类型之一,也是较易开展实验室检查的一类遗传性疾病。按受累蛋白的不同,可将酶蛋白病分为氨基酸代谢病、糖代谢病、脂类代谢病、嘌呤代谢病、卟啉代谢病和尿素循环代谢病等。导致酶蛋白病发生的基因突变包括错义突变、无义突变及因碱基缺失或插入导致的移码突变或密码子改变,还包括基因片段丢失及因染色体不等交换形成的融合基因等,但不同类型代谢病中基因突变的类型常有较大差别,而且常有突变热点。

苯丙酮尿症(PKU)(MIM)是一种常染色体隐性遗传性疾病,其病理机制主要是由于肝脏中苯丙氨酸轻化酶(PAH)缺乏或活性低下所致。由PAH基因突变所致的PKU也被称为经典型PKU约占90%以上;此外,由于合成苯丙氨酸轻化酶的辅酶--四氢生物蝶呤(BH4)的相关酶(如二氢蝶啶还原酶)缺乏或活性低下可导致非经典型或恶性PKU。苯丙氨酸的代谢障碍可引起酪氨酸、多巴胺及5-羟色胺等正常代谢产物减少,而血中苯丙氨酸含量明显增加,并通过旁路代谢途径生成苯丙酮酸、苯乙酸及苯乳酸等衍生物,对神经系统产生毒害作用导致神经及精神症状的出现。

患儿刚出生时可无明显的临床症状,出生3~4个月起出现呕吐、易激惹、神经发育落后等表型,未经治疗者在4~9个月间出现智力发育障碍等。神经系统以智力发育落后为主要表现,约60%达到重型智力低下(IQ低于50%);还可有精神行为异常,如兴奋不安、多动、攻击性行为。约1/4的患者出现癫痫发作,常在出生后18个月内出现。恶性PKU患儿常见肌张力明显减低、软弱无力、抬头困难、嗜睡和难以控制的惊厥。约90%的患儿在出生数月后因黑色素合成不足而出现毛发、皮肤和虹膜等的色泽变浅。约1/3的患儿皮肤干燥,常有湿疹,甚至持续数年。由于尿液和汗液中排出苯乙酸,故部分患儿有特殊的鼠尿臭味。

PKU的诊断依赖患者的临床表现、血中苯丙氨酸的含量、尿中生物蝶呤的含量以及基因突变检测结果。PKU智力低下的表现需与唐氏综合征和脆性X综合征加以鉴别。唐氏综合征和脆性X综合征除了有智力障碍外,还有染色体异常的表现。PKU的色素减退需与白化症加以鉴别,后者色素减退更明显,但无智力低下表现。本病为少数可治性遗传代谢病之一,应力求早期诊断与治疗,以避免患儿出现不可逆性神经损伤。目前新生儿筛查是早期发现PKU的有效手段。

1.新生儿期筛查

新生儿喂给奶类3日后,采集其足跟末梢血一滴,吸在厚滤纸上,晾干后即可寄送至筛查实验室检查。血苯丙氨酸浓度可以采用Guthrie细菌生长抑制试验半定量测定。

2.血苯丙氨酸和酪氨酸生化定量

凡上述筛查结果阳

性者都需经过此项检查加以确诊。正常人苯丙氨酸浓度为0.06~0.18mmol/L(1~3mg/dl)。经典型PKU患者生后用乳类喂养数日后,血苯丙氨酸持续在1.22mmol/L(20mg/dl)以上,而血中酪氨酸为正常或稍低。苯丙氨酸负荷试验可供判别各型高苯丙氨酸血症。经典型PKU患者在72小时负荷期间,血中苯丙氨酸浓度持续在1.22mmol/L以上。

3.尿蝶呤分析

应用高压液相层析法(HPLC)测定尿液中新蝶呤和生物蝶呤的含量,可用以诊断非经典型或恶性PKU。

4.基因诊断

近年来已广泛用于PKU的诊断、杂合子检出和产前诊断。目前,采用测序分析法发现欧洲人群中约2/3的PAH基因突变有6种类型,其中RW(31%)、IVS12nt1G→A(11%)、IVS10nt-11G→A(6%)、I65T(5%)、YC(5%)、RQ(4%)和F39L(2%)。亚洲人群中80%的患者PAH基因突变类型为RP(25%)、RQ(18%)、E6nt-96A→G(14%)、IVS4nt-1G→A(9%)、RX(9%)和YX(8%)。上述结果表明PAH基因突变具有种族特异性。

四、受体蛋白病之家族性高胆固醇血症

细胞的代谢活动在相当程度上是通过细胞的受体蛋白对外界分子的反应来调节的。有调节功能的信号分子都有它们特异的受体,如胰岛素受体、成纤维生长因子受体和低密度脂蛋白受体等。一旦受体蛋白的生物合成发生缺陷,会对复杂的代谢过程产生干扰,从而导致受体蛋白病。家族性高胆固醇血症是研究遗传性受体蛋白缺陷的典型例子。

家族性高胆固醇血症(FH)(MIM)是一种常染色体显性遗传性疾病,该病由于低密度脂蛋白受体(LDLR)基因突变所致。

家族性高胆固醇血症的临床表现主要因胆固醇沉积所致。如胆固醇沉积在动脉壁,可导致动脉粥样硬化,沉积冠状动脉处可导致冠状动脉粥样硬化以及心绞痛和心肌梗死;如果胆固醇沉积在皮肤和肌键处则形成皮肤黄瘤或肌腔黄瘤;如胆固醇沉积环绕角膜边缘则形成角膜弓或称老人环。该病纯合子患者较罕见,但起病更早,有的儿童时期就发病,症状也更严重,很少活到30岁。该病患者多为杂合子,频率为1/,其血浆胆固醇含量一般超过正常的2倍以上。

家族性高胆固醇血症的诊断依据包括提前出现的冠心病、黄瘤和角膜弓等临床表现,还包括血中的高胆固醇水平及检测到LDLR基因突变。家族性高胆固醇血症需与一般的高胆固醇血症加以鉴别,后者为多基因遗传性疾病,往往在中年以后起病,体重明显超过正常人,且LDLR基因正常。

1.血胆固醇含量测定

杂合子血浆总胆固醇达到7.8~10.4mmol/L(~mg/dl);纯合子血浆总胆固醇达到15.6~31.2mmol/L(~1mg/dl)。

2.基因诊断

被检测的LDLR基因突变包括核苷酸的置换、缺失和插入等,其中缺失型最为多见。已知突变位于所有18个外显子上,无明显的突变热点。

五、膜转运载体蛋白病之肝豆状核变性

小分子量物质通过细胞膜进出细胞,有相当程度取决于各种特异性的主动转运系统,在这种主动转运系统中如发生载体蛋白的遗传性缺陷,就将导致膜转运载体蛋白病。

肝豆状核变性(MIM)是一种因铜代谢障碍所致的疾病,呈常染色体隐性遗传。群体发病率为1/000~1/00。肝豆状核变性发病的原因在于细胞膜与铜转运有关的ATP7A和ATP7B基因缺陷,导致铜不能从细胞内及时清除。

肝豆状核变性发病多在青少年期,大多在6~20岁。40%的患者以肝损害为主,多发生在儿童,发病形式类似慢性活动性肝炎,后来发展到肝硬化,伴有蜘蛛痣、黄疸、肝脾肿大、腹腔积液、便血等肝功能不全的症状;约40%的患者以神经症状为主,多发生在成年患者,有发音和吞咽困难、运动失调、体态异常、僵硬、震颤,偶有癫痫发作等;约20%的患者出现精神症状。有时可被误诊为精神分裂症,也有患者兼有神经损害和肝病表现。

肝豆状核变性的诊断依据包括临床表现、实验室检查和影像学检查结果。该病的肝损表现需与慢性活动性肝炎加以鉴别,后者往往有肝炎病史,且肝炎抗原或抗体检查呈阳性。该病的肾功能异常需与肾病综合征等加以鉴别,后者根据病理学检查能明确诊断。

1.头颅CT检查

最常见者为脑萎缩,其余表现为豆状核低密度灶、脑干萎缩、脑室扩大、小脑萎缩、丘脑软化灶、尾状核低密度灶。头颅CT常是诊断本症有价值的指标。

2.肝功能检查

肝功能常出现异常。如白∶球比例倒置、絮浊反应异常、碱性磷酸酶中度增高、凝血酶原时间延长等。如有必要可行肝脏活检,以明确诊断。

3.肾功能检查

可检测到因近曲小管受损导致的氨基酸尿、蛋白尿等。

4.眼科检查

眼科裂隙灯检查发现角膜周缘出现黄绿色环(Kayser-Fleischer环)。

5.基因诊断

ATP7A和ATP7B基因突变的类型包括错义突变、缺失、插入、无义突变和拼接区突变等。

六、结构蛋白病之成骨不全症

结构蛋白是构成人类结缔组织和细胞间质的一类蛋白,主要由胶原、弹性蛋白和蛋白多糖组成。借助这3种成分,细胞可黏合连接形成组织器官。结构蛋白不仅有维持细胞形态、机械支持和负重的功能,而且在防御、保护、营养和修复方面发挥作用。假如结构蛋白生成障碍,就会导致结缔组织和细胞间质发生异常,由此引起遗传性结构蛋白病,如各种肌营养不良症、成骨不全症等。

成骨不全症(OI)(MIM166)是一种常染色体显性遗传性疾病,也被称为脆骨病。该症是一种由于间充质组织发育不全,胶原形成障碍而造成的先天性遗传性疾病。其临床主要特征为骨质脆弱、蓝巩膜、耳聋、关节松弛等。OI是一个具有遗传异质性的遗传性疾病,迄今已报道的基因突变类型超过种。临床上采用帕米磷酸盐治疗,对改善症状有一定的功效。

OI以骨骼发育不良、骨质疏松、脆性增加及畸形、蓝色巩膜、听力丧失为特征,但临床表现差异很大,重症患者出现胎儿宫内多发骨折及死亡,轻者至学龄期才有症状,并可存活至成年。目前,临床上广泛采用Sillence的四型分类法。Ⅰ型为常染色体显性遗传。表现为轻至重度骨脆性、蓝巩膜、早期听力丧失、牙本质发育不全(±)。Ⅱ型也为常染色体显性遗传或散发。为极度骨脆性、宫内骨折、呼吸衰竭,可导致新生儿死亡。Ⅲ型为常染色体显性或隐性遗传,中至重度骨脆性,很多患者呈现宫内发育延迟,出生后即出现骨折,临床上出现严重的骨关节畸形,婴儿期表现为蓝巩膜,儿童期以后则不显著。Ⅳ型为常染色体显性遗传,巩膜颜色正常,轻中度骨脆性及畸形。牙本质发育不全(±),虽无宫内发育延迟,但发育速度慢。身材矮小。

根据患者的临床特征,并结合X线检查,不难作出诊断。产前诊断则依靠超声检查、放射学检查、羊水及绒毛细胞的基因分析。OI有时要与严重的佝偻病相鉴别。

1.生化检查

患者血钙、磷和ALP一般正常,少数患者ALP也可增高,尿羚脯氨酸增高,部分伴氨基酸尿和勃多糖尿。有2/3的患者血清T4升高。由于甲状腺素增高,白细胞氧化代谢亢进,可有血小板聚集障碍。

2.X线表现

关节的主要表现为:①部分患者因骨软化可引起髋臼和股骨头向骨盆内凹陷。②骨干的膜内成骨发生障碍,可致骨干变细,但由于软骨钙化和软骨内成骨依然正常,而使组成关节的骨端相对粗大。③部分患者骨骺内有多数钙化点。④假关节形成,这是由于多发骨折,使骨折处形成软骨痂,X线片上看上去很像假关节形成。骨骼的主要表现为:骨干过细或骨干过粗,骨呈囊状或蜂窝样改变;长骨皮质缺损、毛糙;肋骨变细、下缘不规则或弯曲、粗细不一;手指呈花生样改变;牙槽板吸收;脊椎侧凸,椎体变扁,或椎体上下径增高,也可表现为小椎体、椎弓根增长;颅骨菲薄,缝间骨存在,前后凸出,枕部下垂;四肢长骨的干骺端有多数横行致密线;干骺端近骺软骨盘处密度增高而不均匀。早发型与晚发型成骨不全的骨损害表现有所不同。早发型者多表现为全身长骨的多发性骨折,伴骨痂形成和骨骼变形;晚发型者有多发性骨折、长骨弯曲或股骨短而粗,呈“手风琴”样改变。

3.基因诊断

迄今已发现多种Ⅰ型胶原基因的突变类型。由于COL1A1和COL1A2基因较大,可先采用PCR-SSCP、PCR-DGGE或PCR-DHPLC等筛选方法确定突变所在的外显子,然后进行测序分析以检出基因突变。

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