镰状细胞贫血症

诊所里来了怪病人

1910 年，赫里克医生的诊所里来了一位黑人病人，病人脸色苍白，四肢无力，一看就知是一个严重的贫血病患者。赫里克医生使用了所有能治疗贫血症的药物，但对这个病人都毫无作用。尤其令医生大吃一惊的是，病人在做血液检查时，红细胞（亦称红血球）在显微镜下显出奇特的形状，不像正常的红细胞那样呈圆饼形，而是又长又弯似镰刀。得这种病的人完全不能进行激烈运动，而且长期遭受慢性贫血的折磨，且无药物治疗。这种常见于黑人的疾病，发病于幼年时期，是一种致命的疾病。由于患者的红细胞形似割草的镰刀，人们称之为镰状细胞贫血症。

究竟是什么原因导致这位黑人患上这种严重的溶血性疾病呢？

患病的原因

1949 年，美国加利福尼亚理工学院的鲍林博士首先意识到，血球变成镰刀形必然是红细胞中血红蛋白分子的不完善引起的。鲍林当时是生物学新分子结构学派公认的领袖，他反复研究以后发现，这种病是由于不同的红细胞的血红蛋白分子所带电荷的不同引起的。分子电荷的不同是由其化学成分决定的。正常人体制造红细胞时，内部贮入丰富的血红蛋白；血红蛋白 A 是由两条含 141 个氨基酸的α链和两条含 146 个氨基酸的β链组成的立体结构。每一条血红蛋白多肽链在特定的三维空间的支持下跟血红素相结合。在肺泡的毛细血管里，血红素可以跟氧气相结合形成氧合血红蛋白。当红细胞来到身体各组织、器官的毛细血管里时，通过毛细血管壁，氧合血红蛋白又可放出氧气，跟二氧化碳相结合，因而红细胞能行使输送氧气的功能。镰刀形红细胞的血红蛋白电荷发生了变化，使红细胞变了形，从而失去了输送氧气的功能。

血红蛋白出了问题

那么，镰状细胞贫血症患者红细胞中的血红蛋白究竟出了什么问题，而使红细胞变了形并失去输氧功能呢？7 年后，英国科学家英格拉姆才查明了镰状细胞贫血症患者红细胞中血红蛋白的反常位置。他发现，虽然这两种血红蛋白具有相同的 574 个氨基酸，但镰刀形红细胞中血红蛋白两条β链上第

6 位上的谷氨酸都已分别为缬氨酸所取代，从而使血红蛋白分子的构象发生了变化，失去了负电荷。当这种血红蛋白分子在未跟氧气结合时，就有规则地集合起来，形成一种长 17 纳米的纤维。由于这种聚合体使红细胞变为镰刀形，红细胞的寿命便缩短了，丧失了输氧功能，病人则表现为严重的溶血性贫血症状。这表明，在整个血红蛋白分子长链中，只要改变了一个氨基酸， 就会破坏很长很复杂的蛋白质的结构。专家们还发现，受损血红蛋白的电荷之所以改变是因为正常的谷氨酸带有一个电荷，而替代的缬氨酸却没有。

为什么血红蛋白分子中的谷氨酸会变成缬氨酸呢？随着分子遗传学的崛起，遗传密码被发现了，人们已经查明血红蛋白分子中氨基酸改变的原因。原来，是遗传信息 DNA 分子中的一个碱基 T（胸腺嘧啶）变成了 A（腺嘌呤）， 从而使合成氨基酸的密码发生了改变。正常情况下，DNA 上的遗传信息转录

成密码时应合成谷氨酸；而当 T 变为 A 时，DNA 上的遗传信息改变了，结果在转录成密码时就合成缬氨酸。由此可见，DNA 分子上一个碱基的改变，就可使基因密码发生错乱，引起溶血性贫血这样严重的遗传性疾病。这种疾病也称基因病、分子病。

隐性遗传病

人类镰状细胞贫血症的遗传方式是一种隐性遗传方式。人是二倍体生物，有两个血红蛋白基因，一个来自父方，一个来自母方。当某人一个血红蛋白基因密码正常，而另一个不正常时，外表却表现正常。这是因为他体内的红细胞在缺氧时只有 40％成为镰刀形，还有 60％是正常的，因此可以制造足够多的正常的血红蛋白，但此人终究是镰状细胞贫血症基因的携带者，是一个杂合体。这种携带状态是可以被检测到的，只要抽取一点血，置于低氧环境中，就可使足够多的血红蛋白分子受到破坏而显示细胞的镰刀形性状。这人如果与他人结婚，又会把镰状细胞贫血症的基因传给下一代。至于下一代是否会得这种病，那要看父母是否为致病基因携带者了，如果父母都是杂合体，那么他们的子女有 1/4 可能患镰状细胞贫血症。

镰状细胞贫血症严重的会使患者死亡。在西非黑人居住区，每五人中就有一个患者，发病率之高令人不可思议，但患者却很少生疟疾。后来查明， 这是因为疟原虫能进入正常的红细胞，而变了形的镰刀形红细胞则能阻挡这种寄生虫的侵入。因此，患镰状细胞贫血症的人就对疟疾具有免疫力。