《醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基礎(chǔ)》 三、膜蛋白病

細(xì)胞膜是物質(zhì)、能量、信息總的傳遞和變換的場所，具有廣泛的生理功能，其中有許多功能是與膜蛋白息息相關(guān)的。按其功能可分為下列幾類。

1．膜骨架蛋白病以紅細(xì)胞為例。紅細(xì)胞膜是由雙層脂質(zhì)組成，外層主要為膽堿磷脂，內(nèi)層主要為氨基磷脂，橫跨雙脂層及雙脂層下有多種蛋白質(zhì)*，橫跨雙脂層的蛋白質(zhì)稱為整合膜蛋白或跨膜蛋白（transmembrane proteins）(圖4-17)，其中有：①血型糖蛋白A、B、C（glycophorin,GP-A,B、C）,有抗原和受體功能；②蛋白3為主要的陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，作為運(yùn)輸渠道。

* 膜蛋白的命名沿用電泳速率快慢依次為蛋白1-8，后來又分為亞帶蛋白，如蛋白4有蛋白4.1、4.9等，當(dāng)這些蛋白質(zhì)的性質(zhì)或功能明確后，有的名稱又有改變，如蛋白2.1又稱為錨蛋白等。

圖4-17 紅細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)示意圖

脂質(zhì)內(nèi)層與胞質(zhì)接觸部份的蛋白質(zhì)稱外周膜蛋白（peripheral membrane protein），其中有：①膜收縮蛋白（spectrin,Sp）是主要成分，由兩種肽鏈組成，即α-Sp(240kd)與β-Sp(220kd)形成的二聚體（異常二聚體，heterodimer）；②膜動蛋白（actin,蛋白5），呈短絲狀，連接Sp的四聚體；③蛋白4.1其功能為促進(jìn)Sp與膜動蛋白結(jié)合，并與GP-C連接，亦即將Sp固定在膜上；④蛋白4.2，它與陰離子通道、錨蛋白及蛋白4.1結(jié)合；⑤蛋白4.9，與Sp-Sp四聚體結(jié)合，再與Sp和蛋白4.1結(jié)合，構(gòu)成紅細(xì)胞膜骨架（membrane skeleton）的主體（圖4-17）；⑥錨蛋白（ankyrin,蛋白2.1），其作用似乎是連接β-Sp與蛋白3，使膜骨架蛋白固定在脂質(zhì)內(nèi)層，起“錨”的作用。其它尚有一些膜蛋白，其作用在探討中。膜骨架的形成是維持紅細(xì)胞雙凹形結(jié)構(gòu)、膜的可變形性和完整性的基礎(chǔ)。基因突變導(dǎo)致這些膜蛋白結(jié)構(gòu)和功能的改變，是一類遺傳性溶血性貧血的根本原因。

（1）球形細(xì)胞增多平：球形細(xì)胞增多癥（spherocytosis）是以球形紅細(xì)胞增多為特點(diǎn)的溶血性疾病?；颊叱事灾卸蓉氀?、黃疸、脾大，大多數(shù)紅細(xì)胞呈球形，脆性明顯增高。本病多數(shù)呈常染色體顯性遺傳。從分子水平看，有遺傳異質(zhì)性，有Sp輕至中度缺乏、錨蛋白缺乏、蛋白4.2缺乏等病因。

（2）橢圓形細(xì)胞增多癥：正常外周血中有1%-14%的橢圓形紅細(xì)胞，而遺傳性橢圓形紅細(xì)胞增多癥時(shí)，可增至50%-90%，出現(xiàn)溶血、貧血、黃疸、脾大等癥狀，紅細(xì)胞脆性增高。多呈常染色體不完全顯性遺傳，其遺傳基礎(chǔ)也有異質(zhì)性，可因Sp二聚體結(jié)合障礙、蛋白4.1異?；蛱堑鞍兹狈σ?。

（3）熱異形細(xì)胞增多癥：熱異形細(xì)胞增多癥（pyropoikilocytosis,HPP）的特點(diǎn)是外周血紅細(xì)胞對熱不穩(wěn)定，在加溫至46℃時(shí)即出現(xiàn)異紅細(xì)胞乃至紅細(xì)胞碎片（正常要49℃才出現(xiàn)）?；颊弑憩F(xiàn)嚴(yán)重溶血。呈常染色體隱性遺傳。Sp嚴(yán)重缺乏是本病的基本原因。

目前發(fā)現(xiàn)的幾十種膜蛋白基因突變與上述疾病有關(guān)，但某種突變與這三種疾病間并沒有發(fā)現(xiàn)必然的聯(lián)系，但Sp突變?nèi)哉级鄶?shù)。

2．膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白病有些物質(zhì)（如氨基酸、葡萄糖）通過細(xì)胞膜需要借助于分子導(dǎo)體（膜蛋白）進(jìn)行易化擴(kuò)散（faciliteddiffusion）?；蛲蛔兛蓪?dǎo)致膜蛋白質(zhì)或量的改變，影響某些物質(zhì)通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，由此產(chǎn)生的一類疾病稱為轉(zhuǎn)運(yùn)病（transport disease）。例如胱氨酸尿癥就是由于腎近曲小管和胃腸上皮細(xì)胞不能轉(zhuǎn)運(yùn)胱、賴、精和鳥氨酸4種氨基酸。其中特別是胱氨酸解度低，在尿中濃度超過30mg%時(shí)，即易產(chǎn)生胱氨酸結(jié)石。因此，尿路結(jié)石、感染、絞痛是本病的主要臨床表現(xiàn)。目前已知的轉(zhuǎn)運(yùn)病有十多種。

3．肌膜蛋白病肌膜蛋白病以附著于肌膜（sarcolemma）上的抗肌萎縮蛋白（dystrophin,又稱肌營養(yǎng)不良蛋白）遺傳缺陷為代表的假肥大型肌營養(yǎng)不良癥（又稱Duchenne型肌營養(yǎng)不良癥，DMD）和表現(xiàn)較累的良性假肥大型肌營養(yǎng)不良癥（又稱Becker型肌營養(yǎng)不良癥，BMD）加以討論。

DMD是一種嚴(yán)重致殘致死性X連鎖隱性遺傳病，發(fā)病率約為1/3500活男嬰。其臨床表現(xiàn)以肌肉的進(jìn)行性萎縮和無力為特征?；颊叨嘣?-5歲發(fā)病，肌肉無力，走路困難呈鴨步，大部部分患者有腓腸肌假性肥大現(xiàn)象和不同程度的心肌損害，約30%伴有智力障礙。肌纖維萎縮變性，被脂肪及結(jié)締組織替代。血清磷酸肌酸激酶等活性升高。多在12歲左右便不能行走，一般在20歲前死亡。BMD患者病情較輕，臨床表現(xiàn)與DMD相似，在5-25歲發(fā)病，病程發(fā)展較緩慢，存活期較長，有活至63歲者。現(xiàn)在已證實(shí)DMD和BMD是同一基因發(fā)生不同突變的后果。

人群中DMD病例約2/3有家族史，呈X連鎖隱性遺傳，有約1/3病例為散發(fā)，是由基因新突變造成。DMD基因定位在Xp21，全長約2300kb，為迄今人類認(rèn)識的最大基因。此基因至少含有79個(gè)外顯子，內(nèi)含子長度差異很大，可從1kb-180kb。cDNA全長13,974bp，編碼3685個(gè)氨基酸，分子量為427kd。根據(jù)電腦提示該基因產(chǎn)物為一棒狀結(jié)構(gòu)的細(xì)胞骨架蛋白，可分為4個(gè)功能區(qū)（圖4-18）。

圖4-18 DMD基因及其編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖

目前已知的DMD基因突變主要為缺失型，約占病例的50%-60%；重復(fù)(duplication)次之，約占6%，有兩個(gè)缺失熱區(qū)：即5’端的第4-21外顯子（占缺失的20%）；另一為第45-52外顯子（占54%-60%）。內(nèi)含子44約160-180kb，斷裂頻率最高，缺失導(dǎo)致移碼突變者，多數(shù)會引起DMD，未導(dǎo)致移碼者多為BMD。無論缺失或重復(fù)，都有可能使突變區(qū)域的兩個(gè)殘端形成連接片段，這對于家系分析、攜帶者檢出及產(chǎn)前基因診斷都極有意義。

DMD基因上還存在一些短串聯(lián)重復(fù)順序（short tandem repeats,STR），已知有13個(gè)STR。DMD的STR多表現(xiàn)為兩個(gè)核苷酸亞單元的串聯(lián)重復(fù)，如CA串聯(lián)（Ca repeats）。重復(fù)頻數(shù)在不同個(gè)體差異很大，雜合子頻率達(dá)25%-93%，為非缺失型DMD的產(chǎn)前診斷、攜帶者檢出提供了一種有效的遺傳標(biāo)記。

目前尚無有效療法，唯一有效的預(yù)防途徑是對高風(fēng)險(xiǎn)胎兒進(jìn)行產(chǎn)前診斷（參閱第十三章）。