医学遗传学-人类疾病的生化和遗传学.ppt

第五章第五章 人类疾病的分子遗传学人类疾病的分子遗传学 -血红蛋白病血红蛋白病本章内容提示本章内容提示分子病（分子病（molecular disease)molecular disease)血红蛋白病（血红蛋白病（hemoglobinopathyhemoglobinopathy）血红蛋白类型（血红蛋白类型（HbF,HbAHbF,HbA2 2,HbA),HbA)及发育变化及发育变化遗传控制：类遗传控制：类 链链 （排列、定位）（排列、定位）类类 链链 （排列、定位）（排列、定位）异常血红蛋白病及分子基础异常血红蛋白病及分子基础地中海贫血：地中海贫血：地贫（基因型，临床症状，分子基础）地贫（基因型，临床症状，分子基础）地贫（基因型，临床症状，分子基础）地贫（基因型，临床症状，分子基础）分子病分子病 （Molecular diseaseMolecular disease）基因突变导致蛋白质分子质和量异常，从而引基因突变导致蛋白质分子质和量异常，从而引起机体功能障碍的一类疾病，称为分子病。起机体功能障碍的一类疾病，称为分子病。19491949年年Pauling LPauling L对镰状细胞贫血病患者的血红蛋白对镰状细胞贫血病患者的血红蛋白HbSHbS电电泳分析，推论其泳动异常是分子结构改变所致，从而提泳分析，推论其泳动异常是分子结构改变所致，从而提出分子病的概念。出分子病的概念。血红蛋白病第一节第一节 血红蛋白概述血红蛋白概述第二节第二节 血红蛋白基因血红蛋白基因第三节第三节 血红蛋白病的类型和分子基础血红蛋白病的类型和分子基础 血红蛋白病（血红蛋白病（HemoglobinopathyHemoglobinopathy）：由于由于珠蛋白珠蛋白分子结构异常或合成量异常分子结构异常或合成量异常所引起的疾病。所引起的疾病。是是常常见见的的遗遗传传病病之之一一，从从分分子子结结构构到到发发病病机机理理研研究究的的均较清楚，是研究人类均较清楚，是研究人类分子病分子病的最好模型。的最好模型。原因：原因：1 1）红细胞取材方便，来源丰富）红细胞取材方便，来源丰富 2 2）血红蛋白浓度高，不需纯化）血红蛋白浓度高，不需纯化 3 3）网织红细胞含有）网织红细胞含有、珠蛋白珠蛋白mRNAmRNA，便于克隆其，便于克隆其cDNAcDNA 4 4）血红蛋白异常引起的疾病种类很多）血红蛋白异常引起的疾病种类很多 第一节第一节 血红蛋白概述血红蛋白概述 -HbHb的组成、结构及类型的组成、结构及类型正常正常HbHb的组成的组成 是一种是一种结合蛋白：结合蛋白：血红素血红素 珠蛋白珠蛋白 （Heme)(globinHeme)(globin)每个每个HbHb单体是由单体是由 一条珠蛋白肽链一条珠蛋白肽链 和一个血红和一个血红素组成的。素组成的。个个HbHb单体单体 一个球形四聚体一个球形四聚体 一一血红蛋白链一级结构：氨基酸排列顺序 类链：（、）141个氨基酸 类链:（、）146个氨基酸二级结构：肽链盘曲成的空间螺旋 螺旋、折叠片层血红蛋白链，螺旋结构。二二血红蛋白的结构血红蛋白的结构三级结构：三级结构：整条多肽链的三整条多肽链的三维结构维结构四级结构：四级结构：四聚体四聚体二二血红蛋白的结构血红蛋白的结构血红蛋白的类型血红蛋白的类型成人成人Hb Hb：HbHb A A 2 2 2 2 979798%98%HbHb A A2 2 2 2 2 2 2 23 3%胎儿胎儿HbHb：Hb F Hb F 2 2 2 2 （2 2G G2 2 2 2A A2 2）胚胎胚胎HbHb：Hb Gower Hb Gower 2 2 2 2 （2 2G G2 2 2 2A A2 2）(妊娠妊娠1212周内周内)Hb Gower Hb Gower 2 2 2 2 Hb Portland Hb Portland 2 2 2 2 三三第二节第二节血红蛋白基因血红蛋白基因排列紧密，有共同起源，含有假基因排列紧密，有共同起源，含有假基因7 7个基因，定位于个基因，定位于16p1316p13 5 5-2-2 1-1-2 2-1 1-2 2-1 1-1-1-337 7个基因，定位个基因，定位11p1511p155-5-2 2-G G-A A-1 1-3-3-3珠蛋白基因特点珠蛋白基因特点珠蛋白珠蛋白Gene Gene 簇簇珠蛋白珠蛋白GeneGene簇簇 珠蛋白基因簇珠蛋白基因簇16珠蛋白基因簇:二、二、HbHb发育演变与遗传控制发育演变与遗传控制 胚胎早期先合成胚胎早期先合成 和和 Hb GowerHb Gower（2 2 2 2 ）同时或稍后合成同时或稍后合成 和和 Hb Hb Gower Gower（2 2 2 2 ）Hb Portland Hb Portland （2 2 2 2 ）1212周时周时 和和 逐渐消失，逐渐消失，链迅速增加，链迅速增加，开始合成，开始合成，HbFHbF为主（为主（2 2 2 2 ）。）。妊娠末期和出生不久，妊娠末期和出生不久，链迅速降低，链迅速降低，链迅速增加，链迅速增加，HbAHbA为主（为主（2 2 2 2 ）。）。HbHb发育演变发育演变血血 红红 蛋蛋 白白 类类 型型三、三、珠蛋白基因结构及表达珠蛋白基因结构及表达 珠蛋白基因：珠蛋白基因：IVS1IVS1由由117bp117bp组成，位于组成，位于3131和和3232密码子之间，密码子之间，IVS2IVS2由由149(149(1)1)或或142bp 142bp(2)组组成成，位位于于9999和和100100密密码码子子之之间。间。珠蛋白基因：珠蛋白基因：IVS1IVS1含含130bp130bp，位于，位于3030和和3131密码之间，密码之间，IVS2 IVS2大约含大约含850bp850bp，位于，位于104104和和105105密码子之间。密码子之间。基因结构基因结构:非常相似，均为非常相似，均为3 3个外显子，个外显子，2 2个内含子个内含子(IVS1、IVS2）131329910014113031104105146珠蛋白基因结构珠蛋白基因结构珠蛋白基因结构珠蛋白基因结构珠蛋白基因表达珠蛋白基因表达E1E2E35-3TranscriptionProcessing5-Cap-polyAAAAAmRNATranslation珠蛋白基因表达特点珠蛋白基因表达特点发育阶段特异性发育阶段特异性 5533顺次表达、关闭顺次表达、关闭合成场所特异性合成场所特异性 卵黄囊、胎肝、骨髓卵黄囊、胎肝、骨髓表达数量协调性表达数量协调性 类类、类、类 链维持链维持1 1：1 1的比例的比例 总之，珠蛋白基因的表达具有时空特异性、总之，珠蛋白基因的表达具有时空特异性、精确的协调性精确的协调性第三节第三节 HbHb病的类型和分子基础病的类型和分子基础 人类珠蛋白基因的组织特异性强，仅在人类珠蛋白基因的组织特异性强，仅在RBCRBC及前体中及前体中才有大量表达。才有大量表达。由珠蛋白基因突变引起珠蛋白由珠蛋白基因突变引起珠蛋白 质量畸变质量畸变（异常（异常HbHb病）病）和和 数量畸变数量畸变（地中海贫血）（地中海贫血）所致的疾病统称所致的疾病统称血红蛋白病血红蛋白病血红蛋白病分类异常异常HbHb病：病：基因突变导致珠蛋白结构改变基因突变导致珠蛋白结构改变 例如：镰状细胞贫血例如：镰状细胞贫血地中海贫血：地中海贫血：基因突变导致珠蛋白肽链合成缺乏基因突变导致珠蛋白肽链合成缺乏 或合成量异常或合成量异常 如如、地贫地贫异异 常常 血血 红红 蛋蛋 白白 病病由于由于珠蛋白基因突变珠蛋白基因突变导致珠蛋白肽链结构异常，如导致珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病。有临床表现者称为异常血红蛋白病。主要类型主要类型：（1）镰状细胞病）镰状细胞病（2）不稳定血红蛋白病）不稳定血红蛋白病（3）血红蛋白）血红蛋白M病病（4）氧亲和力改变的血红蛋白病）氧亲和力改变的血红蛋白病一、镰一、镰 状状 细细 胞胞 病病 遗传方式遗传方式：ARAR 形成原因形成原因：链第链第6 6位谷氨酸被缬氨酸取代，形成位谷氨酸被缬氨酸取代，形成HbSHbS。在在缺缺氧氧情情况况下下，HbSHbS聚聚合合形形成成长长棒棒状状聚聚合合物物，使使细细胞胞镰镰变变,变变形形能能力力低低引引起起血血粘粘度度增增高高，导导致致溶溶血血、贫血、贫血、血管梗阻性继发症状。血管梗阻性继发症状。Hb HbS SHbHbS S 镰状细胞病镰状细胞病 Hb HbA AHbHbS S 镰形细胞性状镰形细胞性状 Hb HbA AHbHbA A 正常人正常人镰镰状状 细细 胞胞 病病v临床症状临床症状：v血管阻塞的继发症状：一过性剧痛（腹痛、关节血管阻塞的继发症状：一过性剧痛（腹痛、关节痛）痛）,脑血管意外脑血管意外v急性大面积组织损伤：心梗，肺、肾脏损伤；急性大面积组织损伤：心梗，肺、肾脏损伤；v慢性溶血性贫血慢性溶血性贫血 患者多在成年以前死亡患者多在成年以前死亡 诊断：诊断：血涂片亚硫酸钠血涂片亚硫酸钠“镰变试验镰变试验”阳阳性性 电泳：有一电泳：有一“”区带区带S S A A ADAD（不完全显性）（不完全显性）现已发现现已发现9090余种。余种。分子机制分子机制：肽链上与血红素紧密结合的氨基酸发生：肽链上与血红素紧密结合的氨基酸发生替代或缺失，损伤了肽链的立体结构，使其与血红替代或缺失，损伤了肽链的立体结构，使其与血红素的结合能力减弱，形成不稳定的异常血红蛋白素的结合能力减弱，形成不稳定的异常血红蛋白,易氧化在红细胞内聚集沉淀，形成易氧化在红细胞内聚集沉淀，形成HeinzHeinz小体，红小体，红细胞变形能力降低，通过微循环时容易被脾窦滞留细胞变形能力降低，通过微循环时容易被脾窦滞留破坏，从而导致血管内外溶血。破坏，从而导致血管内外溶血。代表疾病代表疾病：Hb BristolHb Bristol 形成原因：形成原因：链第链第6767位缬氨酸被天冬氨酸取代位缬氨酸被天冬氨酸取代 临床症状：先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大临床症状：先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大二、不稳定血红蛋白病二、不稳定血红蛋白病三、血三、血 红红 蛋蛋 白白 病病 M 病病（遗传性高铁血红蛋白病）（遗传性高铁血红蛋白病）形成原因形成原因：肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸发生肽链中与血红素铁原子连接的组氨酸发生替代，导致部分铁原子呈稳定的高铁状态，影响替代，导致部分铁原子呈稳定的高铁状态，影响HbHb正常带氧功能正常带氧功能 临床表现临床表现：紫绀和继发性红细胞增多紫绀和继发性红细胞增多 遗传方式遗传方式：ADAD四、氧亲和力改变的血红蛋白病四、氧亲和力改变的血红蛋白病 形成原因形成原因：由于珠蛋白基因突变致由于珠蛋白基因突变致HbHb肽链上氨基酸发生肽链上氨基酸发生置换，致使置换，致使HbHb分子与氧的亲和力增高或降低，运分子与氧的亲和力增高或降低，运输氧功能改变。输氧功能改变。临床表现临床表现：红细胞增多症和紫绀红细胞增多症和紫绀异常血红蛋白病的分子基础异常血红蛋白病的分子基础 珠蛋白基因突变珠蛋白基因突变 主要类型：主要类型：（1）单个碱基置换）单个碱基置换（2）移码突变）移码突变（3）密码子的缺失和插入）密码子的缺失和插入（4）融合基因）融合基因一）一）单个碱基的替代单个碱基的替代（占（占90%90%）1 1、错义突变错义突变是由于单个核苷酸的改变导致由特定三联体是由于单个核苷酸的改变导致由特定三联体密码子编码的氨基酸的改变。密码子编码的氨基酸的改变。例例：HbSHbS2 2、无义突变无义突变 原密码子原密码子原密码子原密码子终止密码终止密码终止密码终止密码肽链合成提前终止肽链合成提前终止肽链合成提前终止肽链合成提前终止 例：例：例：例：Hb Mckees-RockHb Mckees-Rock 145145 DNA 144 145 146 147 Hb A AAG UAU UCG UAA Hb McKees-Rock AAG UAA PROTEIN 144 145 146 147 Hb A Lys Tyr His （终止（终止）Hb McKees-Rock Lys （终止）（终止）3 3、终止密码突变、终止密码突变终止密码终止密码编码氨基酸的密码，导致肽链异常延长。编码氨基酸的密码，导致肽链异常延长。例：Hb Constant SpringHb Constant Spring 142142 DNA 139 140 141 142 143Hb A AAA UAC CGU UAA GCUHb Constant-Spring AAA UAC CGU CAA GCU PROTEIN 139 140 141 142 143Hb A Lys TyrArg（终止）（终止）Hb Constant-Spring Lys TyrArg Gln Ala-172二）二）移码突变移码突变 在正常密码子中插入或缺失一个或几个在正常密码子中插入或缺失一个或几个碱基碱基,导致该位点后面编码的氨基酸种类导致该位点后面编码的氨基酸种类顺序改变顺序改变.例：例：正常正常HbHb 137-137-ACC UCACC UCC C AAA UAC CGU UAA AAA UAC CGU UAA 苏苏-丝丝-赖赖-酪酪-精精-终终Hb Wayne Hb Wayne ACC UCA AAU ACC GUU AAGACC UCA AAU ACC GUU AAG 苏苏-丝丝-冬胺冬胺-苏苏-缬缬-赖赖三）三）整码突变整码突变密码子的三个碱基同时缺失或插入密码子的三个碱基同时缺失或插入例：例：Hb Gun Hill Hb Gun Hill 89AGUGAGCUGCACUGUGACAAGCUGCACGUG98-丝谷亮组半胱门冬赖亮组缬-AGUGAGCUGCACGUG 89 90 96 97 9889 90 96 97 98-丝谷亮组缬-(-(91-9591-95缺失，后面氨基酸缺失，后面氨基酸顺序不变）顺序不变）四）四）融合基因融合基因由两种不同的肽链联接而成的异常血红蛋白肽链由两种不同的肽链联接而成的异常血红蛋白肽链.产生原因：减数分裂时同源染色错误配对使不同珠蛋产生原因：减数分裂时同源染色错误配对使不同珠蛋白基因之间发生不等交换。白基因之间发生不等交换。下图中的下图中的Hb LeporeHb Lepore是由是由、链连接而成，称链连接而成，称；而而反反LeporeLepore是由是由、链连接而成，称链连接而成，称链链GA含重复片段的染色体Anti-Lepore缺失染色体HbLepore二、地中海贫血二、地中海贫血珠蛋白链合成数量不平衡珠蛋白链合成数量不平衡最最初初发发现现在在地地中中海海地地区区居居住住的的人人群群发发病病率率特特别别高高而而得得名名，实际上世界各地都有发生，非洲和东南亚也比较常见。实际上世界各地都有发生，非洲和东南亚也比较常见。珠蛋白基因珠蛋白基因缺失缺失/突变突变导致某种珠蛋白链合成障导致某种珠蛋白链合成障碍造成碍造成链和链和链合成链合成数量不平衡数量不平衡，引起的溶血，引起的溶血性贫血称为性贫血称为地中海贫血。地中海贫血。地中海贫血地中海贫血由于由于 珠蛋白基因的缺失或缺珠蛋白基因的缺失或缺 陷使陷使 链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。特点：特点：b b 都表现为低色素性贫血都表现为低色素性贫血地地中中海海贫贫血血由由于于 珠珠蛋蛋白白基基因因的的缺缺失失或或缺缺陷陷使使 链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。链的合成受到抑制而引起的溶血性贫血。地地中中海海贫贫血血地地 中中 海海 贫贫 血血地中海贫血地中海贫血每每条条1616号号染染色色体体上上有有两两个个GeneGene缺缺失失程程度度不不同同，链链合合成成部部分分或或完完全全受受到到抑抑制制，导导致致不不同同类类型型的的地贫。地贫。若若一一条条染染色色体体上上缺缺失失一一个个基基因因（）为为+地贫地贫，链合成减少。链合成减少。若若一一条条染染色色体体上上两两个个基基因因均均缺缺失失（）为为0 0地贫地贫，链不能合成。链不能合成。临床类型临床类型类类 型型症症 状状正常人正常人静止型静止型+地贫杂合子地贫杂合子无症状无症状轻轻 型型（标准型）（标准型）0 0地贫杂合子地贫杂合子轻度贫血轻度贫血+地贫纯合子地贫纯合子血红蛋白血红蛋白H H病病 0 0地贫和地贫和+地地贫双重杂合子贫双重杂合子溶血性贫血溶血性贫血Hb BartHb Barts s胎胎儿水肿综合征儿水肿综合征 0 0地贫纯合子地贫纯合子胎儿水肿胎儿水肿胎胎儿儿水水肿肿地贫的分子基础地贫的分子基础依依基因缺陷程度分为：基因缺陷程度分为：1 1GeneGene缺失型（缺失型（缺失缺失1 1个个基因基因）2 2非非GeneGene缺失型（点突变）：缺失型（点突变）：无义突无义突变、移码突变、终止密码突变、剪接变、移码突变、终止密码突变、剪接突变等突变等结果结果 1 1 生成无功能或稳定性降低的生成无功能或稳定性降低的mRNAmRNA 无义突变无义突变 移码突变移码突变 终止密码突变终止密码突变 起始密码突变起始密码突变 2 2 RNARNA加工突变加工突变 3 3 产生不稳定产生不稳定HbHb地中海贫血地中海贫血珠蛋白珠蛋白Gene Gene 突变或缺失突变或缺失珠蛋白链合成速珠蛋白链合成速率下降率下降溶血性贫血溶血性贫血0 0 地贫地贫：链完全不能合成链完全不能合成 +地贫地贫：链可部分合成链可部分合成-地中海贫血临床分类地中海贫血临床分类临临 床床 类类 型型基基 因因 型型基基 因因 产产 物物临临 床床 表表 现现重型重型 地贫地贫+/+、0 0/0 0 0 0/0 0、+/0 0 链几乎不能合成链几乎不能合成 链合成相对增加链合成相对增加Hb FHb F和和Hb AHb A2 2增高增高地中海贫血面容地中海贫血面容溶血性贫血（需溶血性贫血（需输血）输血）轻型轻型 地贫地贫+/A A、0 0/A A0 0/A A能合成适量的能合成适量的 链链贫血不明显或轻贫血不明显或轻度贫血度贫血中间型中间型 地贫地贫+/+链部分合成链部分合成介于重型和轻型介于重型和轻型之间（不需输血）之间（不需输血）遗传性胎儿遗传性胎儿血红蛋白持血红蛋白持续增多症续增多症缺失或突变缺失或突变 链和链和 链合成受抑制链合成受抑制 链合成明显增加链合成明显增加成人成人Hb FHb F持续增持续增加，无症状加，无症状患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷，两眼距离增宽，眼睑浮肿，形成地中海贫血的特殊面容。X线颅骨照片可见颅骨内外板变薄，板障增宽，在骨皮质间出现垂直短发样骨刺-地中海贫血的分子基础地中海贫血的分子基础 地中海贫血已发现地中海贫血已发现100100多种突变类型，包括点突变和多种突变类型，包括点突变和 基因缺失。基因缺失。绝大多数绝大多数 地中海贫血是由于地中海贫血是由于 基因发生点突变所致，突基因发生点突变所致，突 变涉及基因内及旁侧序列。变涉及基因内及旁侧序列。（1 1）编码区突变）编码区突变（2 2）非编码区突变）非编码区突变（3 3）启动子区突变）启动子区突变（4 4）RNARNA裂解信号突变裂解信号突变（5 5）加帽位点单个碱基突变）加帽位点单个碱基突变编码区突变编码区突变 mRNA稳定性降低或形成无功能稳定性降低或形成无功能mRNA（1）无义突变）无义突变密码子密码子17：AC密码子密码子43：GT0地贫地贫（2）移码突变）移码突变密码子密码子71/72：+A密码子密码子41/42：TCTT0地贫地贫（3）起始密码突变）起始密码突变ATGAGG0地贫地贫 内含子内含子I I G GTTA AT T丧失一个剪切信号。丧失一个剪切信号。新的切点产生新的切点产生 同义突变同义突变激活激活II和和 ExonExon隐蔽裂解位点隐蔽裂解位点 如：如：G GGTGTAGAGT T 产生新的剪切点产生新的剪切点非编码区突变非编码区突变 影响影响mRNA剪切、加工过程剪切、加工过程GTATGGTAGTGGTAGT，激活隐蔽剪切位点，激活隐蔽剪切位点启动子区突变启动子区突变 降低降低mRNA的转录效率的转录效率-28-28位位AG AG 突变破坏了突变破坏了TATA BoxTATA Box。RNA裂解信号突变裂解信号突变 不能准确裂解和加不能准确裂解和加polyA珠蛋白基因珠蛋白基因3侧翼序列中侧翼序列中AATAAAAACAAA加帽位点单个碱基突变加帽位点单个碱基突变 不能准确裂解和加不能准确裂解和加polyA加帽位点发生加帽位点发生AC颠换，影响转录效颠换，影响转录效率。通常是率。通常是mRNA的第一个核苷酸。的第一个核苷酸。总 结 异常血红蛋白病和地中海贫血有异常血红蛋白病和地中海贫血有共同的分子基础共同的分子基础 突变、缺失突变、缺失 基因缺失基因缺失是引起是引起 地中海贫血的主要原因地中海贫血的主要原因 基因突变基因突变是引起是引起 地中海贫血的主要原因地中海贫血的主要原因人类疾病的生化和分子遗传学人类疾病的生化和分子遗传学 先天性代谢病本章内容提示本章内容提示先天代谢病的类型先天代谢病的类型几种疾病发病分子机制、疾病相关几种疾病发病分子机制、疾病相关基因定位、疾病的遗传方式基因定位、疾病的遗传方式 氨基酸代谢病：氨基酸代谢病：白化病白化病 PKUPKU 糖代谢病：糖代谢病：半乳糖血症半乳糖血症 糖原贮积症糖原贮积症 嘌呤代谢病：嘌呤代谢病：自毁容貌综合征自毁容貌综合征 受体蛋白病：受体蛋白病：家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症19081908年年，GarrodGarrod A A在在皇皇家家伦伦敦敦医医学学院院发发表表了了题题为为“先先天天性性代代谢谢缺缺陷陷”的的著著名名报报告告，他他公公布布了了四种人类罕见疾病：四种人类罕见疾病：尿黑酸尿症尿黑酸尿症 戊糖尿症戊糖尿症 胱氨酸尿症胱氨酸尿症 白化病白化病 Garrod Garrod 对对尿尿黑黑酸酸尿尿症症的的开开拓拓性性的的研研究究开开辟辟了了生化遗传学这一领域生化遗传学这一领域一、一、“先天代谢缺陷先天代谢缺陷”概念提概念提出出 尿黑酸尿症尿黑酸尿症临床特征临床特征：黑尿、大关节、脊柱椎间盘：黑尿、大关节、脊柱椎间盘 退行性关节炎退行性关节炎褐黄病。褐黄病。上腭出现兰色或黑色的色素斑，上腭出现兰色或黑色的色素斑，眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀（内源性尿黑酸自身氧化形成的产物沉淀所致）临床症状新生儿和儿童期：尿黑酸尿是唯一的特点；成人期：除了尿黑酸尿以外，由于尿黑酸增多，并在结缔组织中沉着，而导致褐黄病（ochronosis），如果累及关节的话则进展为褐黄病性关节炎（ochronotic arthritis）。推测病因推测病因 代谢代谢 转化转化正常人：正常人：苯丙苯丙Aa、酪酪Aa尿黑酸尿黑酸 另一代谢产物另一代谢产物 不蓄积不蓄积尿黑酸患者尿黑酸患者：苯丙苯丙Aa、酪酪Aa 尿黑酸尿黑酸/另一代谢产物另一代谢产物 大量贮积，尿中排出大量贮积，尿中排出实验分析实验分析 尿黑酸患者尿黑酸患者 服食尿黑酸服食尿黑酸尿中定尿中定 量排出量排出 高蛋白饮食（含苯丙高蛋白饮食（含苯丙Aa、酪酪Aa）内源性尿黑酸内源性尿黑酸 受试者受试者 正常人正常人 服食尿黑酸服食尿黑酸不排出不排出 高蛋白饮食（含苯高蛋白饮食（含苯Aa、酪酪Aa）无尿黑酸检出无尿黑酸检出证实病因尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶 缺乏缺乏假假设设5050年年后后被被证证实实：患患者者的的肝肝脏脏中中检检测测不不到到尿尿黑黑 酸氧化酶，此酶负责尿黑酸进一步代谢。酸氧化酶，此酶负责尿黑酸进一步代谢。苯丙苯丙Aa Aa 苯丙苯丙AaAa羟化酶羟化酶 酪酪AaAa 酪酪AaAa氨基转移酶氨基转移酶 p-p-羟基苯丙酮酸羟基苯丙酮酸 p-p-羟基苯丙酮酸氧化酶羟基苯丙酮酸氧化酶 尿黑酸尿黑酸 尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶 延胡索酸延胡索酸+乙酰乙酸乙酰乙酸尿黑酸症遗传学分析尿黑酸症遗传学分析尿尿黑黑酸酸尿尿症症呈呈现现家家族族分分布布：1717个个尿尿黑黑酸酸尿尿症症家家庭庭中中有有8 8个个父父母母是是一一级级表表兄兄妹妹。一一级级表表兄兄妹妹婚婚配配为为一一种种罕罕见见的的隐隐性性性性状状的的表表现现提提供供了了条件条件是第一种被确认的是第一种被确认的常染色体隐性遗传病。常染色体隐性遗传病。正正常常等等位位基基因因是是未未受受累累个个体体特特异异的的酶酶产产物物所所必必需需的的，这这是是关关于于基基因因通通过过编编码码的的酶酶施施加加其其影影响响最最初初的的线线索索。所所以以GarrodGarrod的的工工作作预预言言了了“一个基因一种酶一个基因一种酶”的假说的假说。二、先天代谢缺陷产生机制二、先天代谢缺陷产生机制 1 1、酶活性异常的遗传基础酶活性异常的遗传基础1 1）结结构构基基因因突突变变酶酶结结构构改改变变，稳稳定性降低，酶动力学改变。定性降低，酶动力学改变。2 2）调调节节基基因因突突变变酶酶合合成成速速率率下下降降，催化活性降低，催化活性降低，3 3）翻翻译译后后修修饰饰加加工工障障碍碍酶酶催催化化中中心不完善，活性下降。心不完善，活性下降。代谢异常机理代谢异常机理 Gene AB BC C/D transcribtionmRNA translatin EnzymeS(底物底物）A B C D E F 代谢旁路开放二、先天代谢缺陷代表疾病二、先天代谢缺陷代表疾病氨基酸代谢病氨基酸代谢病：PKU PKU 白化病白化病糖代谢病糖代谢病：半乳糖血症半乳糖血症 糖原贮积症糖原贮积症嘌呤代谢病：嘌呤代谢病：自毁容貌综合征自毁容貌综合征受体蛋白病受体蛋白病：家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症 苯丙酮尿症发病环节：发病环节：酶缺乏导致旁路代谢产物增多酶缺乏导致旁路代谢产物增多遗传方式：AR缺乏的酶：苯丙氨酸羟化酶遗传基因定位：PAHPAH基因基因 12 全长90Kb，13个外显子，12个内含子。目前已发现近200种错义突变临临床症状床症状：本病经典型以智能发育不全为主要特征。旁路代谢产物苯丙酮酸苯乳酸苯乙酸 从汗液尿液排出，毛发、皮肤和尿有特殊气味 黑色素生成减少，患者毛发和皮肤颜色浅 神经递质生成受影响，患儿智力低下。治疗治疗：低苯丙氨酸饮食：低苯丙氨酸饮食 早期治疗以避免神经系统损伤，早期治疗以避免神经系统损伤，减少智力损害减少智力损害 生化手段可作新生儿筛查生化手段可作新生儿筛查苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 多巴多巴 儿茶酚胺儿茶酚胺苯丙酮酸苯丙酮酸苯乙酸苯乙酸 苯乳酸苯乳酸尿黑酸尿黑酸乙酰乙酸乙酰乙酸黑色素黑色素甲状腺素甲状腺素苯丙氨酸、酪氨酸代谢苯丙氨酸、酪氨酸代谢白化病AlbinismAlbinism发病环节：酶缺乏导致代谢终产物缺乏遗传方式：AR缺乏的酶：酪氨酸酶，导致终产物黑色素缺乏遗传基因OCA1定位：11q14-q21 临临床症状床症状：皮肤呈白色，头发呈银白或淡黄色 虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素 视物模糊，眼球震颤，羞明 易患皮肤癌 白化病白化病 Albinism Albinism 半乳糖血症半乳糖血症（GalactosemiaGalactosemia）#发病环节：酶缺乏导致发病环节：酶缺乏导致代谢中间产物堆积代谢中间产物堆积和排出和排出#遗传方式：遗传方式：ARAR#临床表现：临床表现：婴儿哺乳后呕吐、腹泻、婴儿哺乳后呕吐、腹泻、对乳类不耐受，继而出现肝硬化、对乳类不耐受，继而出现肝硬化、白内障、智力低下等症状白内障、智力低下等症状半乳糖血症（半乳糖血症（Galactosemia）半乳糖半乳糖 半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸+2-磷酸尿苷葡萄糖磷酸尿苷葡萄糖 2-磷酸尿苷半乳糖磷酸尿苷半乳糖 葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸E1E2半乳糖醇半乳糖醇葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸E1：半乳糖激酶半乳糖激酶 E2：半乳糖半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶磷酸尿苷酰转移酶半乳糖血症分类半乳糖血症分类分型缺陷酶基因定位 临床表现型（经典型）半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶9q13低血糖，肝硬化，智力障碍，白内障。型半乳糖激酶17q21-q22 主要表现为青年型白内障。肝脾大，可有黄疸，智力正常或迟缓。型半乳糖尿苷-2-磷酸-4-异构酶1p36-p35可无临床症状或类似经典型 1.1.喂乳后喂乳后几天出现几天出现呕吐呕吐、拒食、腹泻、失重。拒食、腹泻、失重。2.2.一周后，肝脏损害症状：一周后，肝脏损害症状：黄疸、肝肿大、腹水黄疸、肝肿大、腹水。3.3.几个月后，智力发育障几个月后，智力发育障碍，蛋白尿，氨基酸尿，碍，蛋白尿，氨基酸尿，白内障白内障。糖原贮积症（von Gierke病）缺乏的酶：葡萄糖-6-磷酸酶遗传方式：AR基因定位：17q21糖原 葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶临床表现临床表现：肝糖原合成过多，引起患儿肝糖原合成过多，引起患儿肝肿大肝肿大 G-6-PaseG-6-Pase缺乏，缺乏，葡萄糖供应不足，易发生葡萄糖供应不足，易发生低低血糖血糖，长期可致患儿发育不良，消瘦，身，长期可致患儿发育不良，消瘦，身体矮小体矮小动用脂肪供能可以出现动用脂肪供能可以出现酮血症酮血症。G-6-PG-6-P无氧酵解生成大量乳酸，导致无氧酵解生成大量乳酸，导致酸中酸中毒毒。嘌呤代谢病嘌呤代谢病自毁容貌综合征自毁容貌综合征(Lesch-Nyhan Lesch-Nyhan syndrome,syndrome,LNSLNS)缺乏的酶：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶 (HGPRT)遗传方式：X X连锁隐性遗传。连锁隐性遗传。基因定位：基因定位：Xq26-q27Xq26-q27。主要的突变类型有：主要的突变类型有：核苷酸取代、插入、缺失和核苷酸取代、插入、缺失和移码突变，可在移码突变，可在DNADNA水平上作产前诊断水平上作产前诊断。代谢途径代谢途径发病机理 HGPRT催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)上的磷酸核糖基转移到鸟嘌呤和次黄嘌呤上，使之成为鸟苷酸和次黄苷酸，而它们又可反馈抑制嘌呤前体5-磷酸核糖-1-胺的生成。此酶如缺乏，则鸟苷酸和次黄苷酸合成减少，嘌呤合成加快，致使尿酸增高，代谢紊乱而致病。临床表现临床表现：1 1、高尿酸血症和高、高尿酸血症和高 尿酸尿症尿酸尿症2 2、痛风性关节炎、痛风性关节炎3 3、智力迟钝，大、智力迟钝，大 脑瘫痪脑瘫痪4 4、舞蹈样动作，、舞蹈样动作，自残行为自残行为 家族性高胆固醇血症（家族性高胆固醇血症（FHFH）遗传方式遗传方式：常染色体（不完全）显性遗传病常染色体（不完全）显性遗传病发病率：发病率：1/5001/500临临床床特特点点：血血清清胆胆固固醇醇增增高高（300 300 600 600 mg/dlmg/dl，正正常常人人230230），低低密密度度脂脂蛋蛋白白（LDLLDL）胆胆固固醇醇增增高高（200200mg/dlmg/dl）。大大约约50%50%的的患患者者出出现现伸伸肌肌腱腱的的胆固醇沉积（黄色瘤）胆固醇沉积（黄色瘤）发病机理发病机理：低密度脂蛋白受体缺陷：低密度脂蛋白受体缺陷1 1、胆固醇调节、胆固醇调节正常人LDLLDL受体与受体与LDLLDL颗粒结合颗粒结合内在化内在化 LDLLDL颗粒颗粒中胆固醇降解为游离胆固醇中胆固醇降解为游离胆固醇细胞内游离胆固细胞内游离胆固醇的氧化衍生物启动调节过程：醇的氧化衍生物启动调节过程：1 1）HMG-CoAHMG-CoA还原酶还原酶，胆固醇合成，胆固醇合成 2 2）胆固醇酯化和储存增加胆固醇酯化和储存增加 3 3）LDLLDL受体合成减少，对外源胆固醇摄取减少受体合成减少，对外源胆固醇摄取减少患者：患者：LDLLDL受体合成减少引起细胞对外受体合成减少引起细胞对外源性胆固醇的摄取减少源性胆固醇的摄取减少 2、LDL受体 基因定位：19chr上，长约45kb，18个外显子，mRNAkb对基因的分析表明：配体结合区配体结合区，由5个Exon编码（26个外显子）EGFEGF前体同源区前体同源区，由8个Exon编码。糖基化部分糖基化部分，由1个Exon编码。跨膜区跨膜区，由第16个Exon和17Exon的部分编码。胞浆内的尾部胞浆内的尾部，由Exon17剩于的部分和E18的一部 分编码。LDL受体在内质网合成，再经过高尔基复合体时糖基化，分子量为160kDa，是插入C膜的整合膜蛋白。L LD DL L受受体体结结构构3 3、LDLLDL受体的突变受体的突变 在在家家族族性性高高胆胆固固醇醇血血症症中中，鉴鉴定定了了150 150 种种不不同同的的突突变变，并并发发现现有有多多种种突突变变和和高高度度的等位基因异质性。的等位基因异质性。多多数数突突变变为为受受体体基基因因不不同同等等位位基基因因杂杂合合子子-既复合既复合杂合子杂合子。LDLLDL受体基因突变可分为受体基因突变可分为5 5个功能类型个功能类型：1 1、突变发生在、突变发生在启动子区启动子区，不产生，不产生mRNAmRNA和蛋白；和蛋白；2 2、突变阻断新生的、突变阻断新生的LDLLDL受体蛋白从受体蛋白从ERER转运转运到到GOGO；3 3、突突变变编编码码的的受受体体可可以以到到达达C C的的表表面面，但但不不能能与与正正常地结合配体常地结合配体；4 4、突突变变编编码码的的受受体体可可以以到到达达C C的的表表面面，也也能能与与正正常常地结合地结合LDLLDL，但但不能集中不能集中在网络蛋白包被小窝。在网络蛋白包被小窝。5 5、再再循循环环缺缺陷陷型型突突变变，突突变变编编码码的的受受体体可可以以结结合合并并内内在在化化LDLLDL。但但不不能能释释放放内内含含体体中中的的受受体体，和和回回到到C C的表面。的表面。基基于于上上述述的的研研究究，从从DNADNA水水平平对对FHFH进进行行筛筛查查和和产产前诊断已成为可能。前诊断已成为可能。葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸脱氢酶（磷酸脱氢酶（G-6-PDG-6-PD）缺乏症）缺乏症朝朝鲜鲜战战争争期期间间，美美国国士士兵兵使使用用伯伯氨氨基基喹喹啉啉来来预预防防疟疟疾疾，约约10%10%的的黑黑人人士士兵兵发发生生溶溶血血，少少数数白白人人士士兵兵（地地中中海海血血统统）也也发发生生严严重重的溶血性贫血。的溶血性贫血。后后来来发发现现这这种种药药物物诱诱发发贫贫血血的的基基础础是是G6PDG6PD的遗传性缺陷。的遗传性缺陷。从此建立了药物遗传学从此建立了药物遗传学这里，我们主要探讨这里，我们主要探讨 G6PDG6PD的遗传性缺陷的遗传性缺陷G6PD G6PD 基因：定位于基因：定位于X X染色体，全长染色体，全长1919kbkb，含含1313个外显子，编码个外显子，编码514514个氨基酸的蛋白。个氨基酸的蛋白。药物+HbH2O2GSSG+NADPHGSH+NADPG6PDGSHpxGR6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖突变类型突变类型外显子 突变位置 突变类型 Aa位置 Aa替代 5 376 AG 126 天冬酰氨 天冬氨酸 4 202 GA 68 缬氨酸 蛋氨酸 6 563 CT 188 丝氨酸 苯丙氨酸突变导致电泳迁移率改变（E5）和酶活性降低（E4和E6）。G6PD的突变型是因为在淀粉凝胶中的电泳迁移率不同而被发现。突变型的G6PD活性下降。G6PD-B：野生型，G6PD-A：突变型，G6PD-A-：二次突变。酶活性酶活性 G6PD-BG6PD-AG6PD-A-。后者酶活性是前二者的15%。电泳迁移率电泳迁移率：G6PD-AG6PD-A-G6PD-B。DNADNA水平：报道了水平：报道了6060多种独立突变，多种独立突变，范围范围:包括几乎整个编码区包括几乎整个编码区 性性质质：错错义义突突变变，多多为为编编码码链链或或非非编编码码链中链中CpGCpG二核苷二核苷 酸发生酸发生CTCT转换突变。转换突变。蛋白水平：已报道蛋白水平：已报道400400多种等位突变型，多种等位突变型，其中许多是多态。其中许多是多态。G6PDG6PD缺乏症很常见，几乎分布世界各地。缺乏症很常见，几乎分布世界各地。本节要求掌握：本节