地中海贫血的分子基础及产前诊断-徐湘民

广州市主要出生缺陷的发生率 (1998-2001)
排序 出生缺陷分析 例数
发生频率 (/万)
1 2 3 4 5
先天性心脏病 重型地贫 多指 肢体短缩 唇裂 / 腭裂
260 208 200 111 109
19.66 15.73 15.12 8.39 8.24
地中海贫血: 常染色体隐性遗传病
Pedigree for -thalassemia in a typical family.
地贫是严重致死、致残性遗传性血液病
常染色体隐性遗传病
受累基因：
地贫 -
珠蛋白基因（16p13.3）
β地贫 - β珠蛋白基因（11p15.3）
突变纯合子：重型地贫
- 致死
中间型地贫 - 致残
病理学基础： /β链比例失衡
重型地贫:胎儿水肿综合征 早产死胎或出生前后死亡 可导致严重产科并发症 无理想治疗方法
地贫血象：红细胞着色不足、异形红细胞和骨髓成红血细胞增多症
Normal
AA2
AE
Bart’s AF
HA
血红蛋白电泳图谱
+
1. 正常人HB 2. 轻型地贫 3. 异常HB E 杂合子 4. 新生儿HB Bart’s (地贫标准型） 5. HB H
1 2 3 4
500V, 25min
5
地贫发生的分子病理学经典机制
地贫纯合子：致死性出生缺陷
重型地贫
出生后1年内发病
多于未成年前因严重贫血而夭折
输血和去铁治疗可维持,代价昂贵
中间型地贫是严重致残性遗传病
家系样品采集现场
研究背景
研究地中海贫血的意义
重症地贫患儿的出生是世界公认的公共卫生问题
通过产前诊断阻止重症患儿出生是首选预防措施 WHO优先推荐在发展中国家实施预防的遗传性疾病
Different point mutations reducing globin gene expression
EXON 1
IVS 1
EXON 2
IVS 2
EXOwk.baidu.com 3
Promoter mutation
RNA splicing
Initiation mutation Frameshift Rund. & Rachmilewitz. N. Engl. J. Med. 2005, 353:1135-46. Nonsense Poly(A) signal
超声产前诊断
Prenatal diagnosis: Ultrasound measurement
母体外周血分离胎儿细胞进行产前诊断
Prenatal diagnosis: Fetal cells in the maternal circulation
母体血浆或血清中胎儿DNA分析
Analysis of fetal DNA in maternal plasma and serum
父亲的突变类型
SABER:
单 碱 基 延 伸 产 物 的 质 谱 分 析
M
F
F
single allele base extension reaction
—
Standard protocol
+
M F
—
SABER protocol
双 亲 基 因 型 不 中 同 排 ： 除 父 亲 的 在 母 血 浆 地 贫 突 变 DNA
Thalassemia trait
Hb H disease
Hydrops fetalis
α Globin genes affected by thalassemia deletion
α地贫疾病严重程度的单倍型顺序
2 1T 2 – – 1 2T1 – 1T – –
Hematological data of the proposituse and her family members.
Sequencing of the -globin gene amplified from the proband
近年来发现的部分中国南方新突变
基 因
α珠蛋白基因
突 变
11.1大片段缺失
α珠蛋白基因
β珠蛋白基因 β珠蛋白基因
2CD118(+TCA)
90(C→T) 73(A→T)
β珠蛋白基因
MS analysis of single-nucleotide differences in circulating nucleic acids: Application to noninvasive prenatal diagnosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 20;101(29):10762-7.
亚洲印地安人
IVS-1, position 5 (G C)
619-bp deletion CD 8-9, Frameshift (+G) IVS-1, position 1 (G T) CD 41-42, Frameshift (CTTT)
Results of blood analysis, DNA diagnosis and mRNA detection in the family members.
β
+
分子量
鉴定母血浆DNA中的父亲β地贫突变
Case 1 2 3 4 5 6 CD 41/42 - CTTT F F M M F IVS2 654 CT M F F M nt – 28 AG F CD 17 AT M M Standard protocol SAB Fetal ER genotype Weeks gestation 11 18 21 18 17 11
Αα /αα
Ⅱ3
F/25
135 4.51 87.8 29.9 96.6 3.37 0
Αα /αα
Ⅱ4
M/22
13 5 4.57 82.3 29.5 95.7 3. 28 0
Αα /αα
Ⅱ5
F/35
118 5.87 63.0 20.1 96.9 3.12 0
--11.1 /αα
Ⅲ1
F/1
112 6.09 56.2 18.4 90.0 2.18 7.79
和地中海贫血的分子基础
及产前诊断
Zhongshan 2007, November 30
徐湘民
南方医科大学，医学遗传学教研室 南方医院产前诊断和遗传病诊断技术中心
遗传性血红蛋白病
Genetic disorders of human hemoglobin
异常血红蛋白
Abnormal hemoglobin, Structural variants
预防地贫是中国南方高发区减少出生缺陷的战略需求
中国需要解决的研究主题

发展用于临床和预防的分子诊断技术 高发地区人群中的遗传流行病学调查

开展人群水平的地中海贫血预防
地中海贫血的研究策略
建立一系列诊断标准和诊断技术
研究背景
遗传流行病学调查
大人群监控和预防
指导制定计划
诊断
筛查
预防
地中海贫血的临床特征
地中海人
黑人
东南亚人,中国人 CD 41-42, Frameshift (CTTT)
IVS-2, position 654 (C T) 28, (A G); Hb E (G A) CD17, nonsense (AAG TAG) IVS-1, position 5 (G C)
小细胞低色素性溶血型贫血(中、重度) 黄疸 肝脾肿大 (脾大明显) 骨髓扩增 发育迟缓
合并感染
Bart’s 水肿胎
(α地贫,宫内或出生后半小时内死亡)
地中海贫血的血液学表型特征
RBC 参数 MCV MCH 细胞形态变化
Hb电泳分析 Hb A2 () 或 () Hb Bart’s Hb H () Hb E ()
α地贫: 基因缺失使基因功能丢失
地贫: 结构基因变异使转录异常
-50kb
-10kb
0kb
10kb
20kb
30kb
2 1
(--SEA) Deletion (- 4.2) Deletion (- 3.7) Deletion
导致α地贫的不同类型的基因缺失
Normal
Silent carrier
Ι1
Sex/age(Y)
Hb(g/L) RBC(×1012) MCV(fL) MCH(pg) HbA(%) HbA2(%) HbF(%) Genotype
Ι2
M/54
150 4.96 85.7 30.2 97.5 2.50 0
Αα /αα
Ⅱ1 Ⅱ2
M/33
173 5.70 88. 1 30.4 93.1 3.27 3.62
世界上不同种族的常见β地贫突变类型
种 族 突变类型
IVS-1, position 110 (G A) CD39, nonsense (CAG TAG) IVS-1, position 1 (G A) IVS-2, position 745 (C G) IVS-1, position 6 (T C) IVS-2, position 1 (G A) 29, (A G); 88, (C T) Poly(A), (AATAAA AACAAA)
Sex RBC(x1012) Hb (g/L) MCV (fl) MCH (pg) MCHC (g/L) RDW (%) Proband female 5.7 139 73.6 23.6 357 0.149 Mother female 4.8 105 68.2 21.8 320 0.152 Father male 4.7 154 88.2 33.0 374 0.132 Brother male 5.8 144 73.4 24.7 336 0.144 Husband male 6.4 145 67.1 22.8 340 0.159
地中海贫血 (地贫)
Thalassemias -thalassemia -thalassemia
遗传性持续性胎儿血红蛋白
Hereditary persistence of fetal hemoglobin(HPFH)
Thalassemia
研究背景
中国南方不同高发地
区人群携带率 1 ~ 23%
地中海贫血是全球最大的单基因遗传病之一
全球血红蛋白病人群负荷
WHO地区
非洲 美洲 亚洲 欧洲 大洋洲 合计
人口
(百万)
出生
(百万)
纯合子出生
(千)
650 730 3150 780 30 5340
30.0 17.5 84.0 11.0 0.5 143.0
230 5.0 120.0 1.6 0.2 356.8
-- 11.1 /αα
Ⅲ2
M/5
141 5.02 78.5 28.1 97.4 2. 65 0
Αα /αα
F/49
118 5.63 64.5 21.0 97.8 2.20 0
--11.1 /αα
F/27
126 6.23 62.1 20.2 97.0 2.98 0
--11.1 /αα
Jia SQ, et al. J Clin Pathol, 2004; 57:164-7.
β珠蛋白基因 β珠蛋白基因
28(A→C)
CDs15/16(+G) CD38(A)
地中海贫血的产前诊断
胎儿取样技术
DNA诊断技术
-地贫的诊断
-地贫的诊断
羊膜穿刺 (amniocentesis) 抽取胎儿样品示意图
目前及今后的胎儿产前诊断新技术

植入前基因诊断
Preimplantation genetic diagnosis(PGD)
中国南方地中海贫血人群携带率
地区
广东 广西 四川 台湾 香港 携带率(%) 地贫 β地贫
8.53 14.95 1.92 4.20 5.02 2.54 6.78 2.18 1.10 3.41
Xu, et al. J Clin Pathol 2004, 57:517-22. Cai, et al. Chi J Epidemiol 2002,23:281-5.
HbA (%)
HbA2 (%) Genotype β/α ratio
94.3
5.7 β-90/ βN 2.130
93.6
6.4 β-90/βN 2.219
97.2
2.8 βN/βN 3.716
94.0
6.0 β-90/βN 2.238
97.1
2.9 βN/βN 5.341
Heterozygosity for the CT substitution at position-90 of theβ-globin gene
Ding C, Chiu RW, Lau TK, Leung TN, Chan LC, Chan AY, Charoenkwan P, Ng IS, Law HY, Ma ES, Xu X, Wanapirak C, Sanguansermsri T, Liao C, Ai MA, Chui DH, Cantor CR, Lo YM.