一、發(fā)病原因
本癥患者的紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)異常是由不同的膜支架異常所引起。部份患者有膜的收縮蛋白缺乏，對(duì)蛋白水解酶極為敏感，可將變性的膜收縮蛋白降解為小肽，從紅細(xì)胞膜上丟失，使膜表面積減少而變?yōu)榍蛐?。膜收縮蛋白與蛋白區(qū)帶4.1結(jié)合能力減少30%左右，致使膜收縮蛋白與肌動(dòng)蛋白結(jié)合能力明顯削弱。紅細(xì)胞蛋白質(zhì)激酶缺乏，使收縮蛋白的磷酸化減弱，影響變形性能。
由于原發(fā)性膜缺陷，膜的被動(dòng)性鈉鹽流入的通透性增加，水隨鈉鹽而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，使凹盤形細(xì)胞表面積減少，逐漸變小而厚，接近于球形。為了保持細(xì)胞內(nèi)外鈉鹽濃度的正常比例，就需要產(chǎn)生更多的三磷酸腺苷(ATP)，以加速鈉的排出和鉀的攝入。所以球形細(xì)胞的糖酵解率往往較正常紅細(xì)胞增加20%～30%，以補(bǔ)償大量ATP的消耗。ATP的相對(duì)缺乏使膜上鈣-活性ATP酶受到抑制，鈣容易沉積在膜上。胞膜中肌動(dòng)凝蛋白(actomyosin)由溶膠變?yōu)槟z，因而紅細(xì)胞膜變僵硬，喪失柔韌性。球形細(xì)胞的直徑雖然小于6μ左右，但由于細(xì)胞膜變形性和柔韌性減退而被阻留在脾索內(nèi)，不能通過內(nèi)皮細(xì)胞間空隙(直徑僅為3μ左右)進(jìn)入脾竇。大量紅細(xì)胞在脾索內(nèi)滯留過程中，ATP及葡萄糖進(jìn)一步消耗，代謝缺陷更形加劇，終至破壞而溶解。
二、發(fā)病機(jī)制
1.病理生理
(1)陽離子含量的改變與滲透性：
紅細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換需要通過細(xì)胞膜，紅細(xì)胞內(nèi)外無機(jī)離子、糖等的濃度差別很大，它們的轉(zhuǎn)運(yùn)都有各自的機(jī)制。正常紅細(xì)胞通過Na /K 泵維持細(xì)胞內(nèi)Na /K 正常比例，Na /K 泵每作用1次即有3個(gè)Na 泵出細(xì)胞外，2個(gè)K 泵入細(xì)胞內(nèi)，使紅細(xì)胞內(nèi)呈高鉀低鈉狀態(tài)。而HS紅細(xì)胞，特別是從脾臟收集的紅細(xì)胞存在脫水異常和對(duì)單價(jià)離子的通透性異常，推測(cè)是骨架蛋白缺乏的結(jié)果。鉀和水選擇性丟失的途徑被激活引起細(xì)胞的脫水異常，如脾臟的相對(duì)低pH值和氧化作用的損傷以及紅細(xì)胞在脾臟與巨噬細(xì)胞接觸產(chǎn)生氧自由基可刺激K /Cl-聯(lián)合輸送器。此外，在HS紅細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈉和鉀含量的Na /K 泵的活動(dòng)是亢進(jìn)的。因?yàn)槊?個(gè)原子的鉀轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，3個(gè)鈉原子從細(xì)胞內(nèi)被擠出，泵的功能亢進(jìn)將導(dǎo)致紅細(xì)胞脫水以免紅細(xì)胞腫脹、破壞。蛋白4.2缺乏的HS紅細(xì)胞有陰離子輸送增加，而血影蛋白、錨蛋白或帶3缺乏的HS紅細(xì)胞陰離子輸送正?；蜉斔蜏p少。
(2)非變形性球形紅細(xì)胞在脾臟的滯留：
脾臟在HS發(fā)病中病理生理機(jī)制的重要性眾所周知。脾臟選擇性破壞HS紅細(xì)胞有兩個(gè)因素：一是HS紅細(xì)胞變形性不良，二是脾臟血管系統(tǒng)的獨(dú)特解剖構(gòu)造充當(dāng)“微循環(huán)過濾器”的作用。由于表面物質(zhì)缺失引起紅細(xì)胞表面積與體積的比值減少，從而導(dǎo)致紅細(xì)胞變形性差是發(fā)病中的主要因素。正常的盤狀細(xì)胞具有豐富的表面，允許紅細(xì)胞變形并通過狹窄的微循環(huán)信道，而HS紅細(xì)胞缺少這部分可變形的額外表面。變形性不良可由于細(xì)胞的脫水更進(jìn)一步加重。紅細(xì)胞在脾臟滯留的主要部位是脾臟竇孔的壁，來自脾臟紅髓脾索的血液進(jìn)入靜脈循環(huán)。在大鼠的脾臟，孔的長與寬分別為2～3μm和0.2～0.5μm，約為紅細(xì)胞直徑的一半。脾標(biāo)本的電子纖維照片顯示只有非常少量的HS紅細(xì)胞穿過此部位。因此，在切除的脾臟可以觀察到解剖部位的非變形性球形紅細(xì)胞堆積于紅髓，使紅髓充血變粗。
(3)脾臟對(duì)紅細(xì)胞的調(diào)節(jié)與破壞：
HS紅細(xì)胞由于表面區(qū)域缺失和細(xì)胞密度的增加，一旦經(jīng)脾臟扣留將經(jīng)受附加的損傷，在脾切除時(shí)有紅細(xì)胞移出脾臟就是證據(jù)。這些經(jīng)脾臟處理過的紅細(xì)胞重返血液循環(huán)，可以通過滲透脆性檢測(cè)出這部分細(xì)胞群。脾切除后，這些紅細(xì)胞群消失。早期通過模擬脾臟條件(包括低pH值、隔離的紅細(xì)胞可以與網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)接觸等)進(jìn)行HS紅細(xì)胞的體外培養(yǎng)研究顯示，糖缺失和接踵而來的細(xì)胞內(nèi)ATP的缺乏并非HS紅細(xì)胞在脾臟破壞的原因。脾臟條件的影響顯示出的是累積的損傷。HS紅細(xì)胞在脾索停留的時(shí)間平均為10～100min，只有1%～10%流經(jīng)脾臟的血液是暫時(shí)滯留于脾臟并充滿脾索，其余的90%血液迅速流入靜脈循環(huán)。雖然HS紅細(xì)胞主要在脾臟扣留和破壞，但HS細(xì)胞也在其他外周的器官被破壞。HS紅細(xì)胞表面改變觸發(fā)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬作用的機(jī)制尚不清楚。一個(gè)途徑可能是脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)內(nèi)磷脂的破壞，導(dǎo)致磷脂酰絲氨酸外側(cè)暴露，促進(jìn)紅細(xì)胞附著于網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，使其在脾臟以外的其他器官被吞噬破壞。雖然磷脂在兩個(gè)脂質(zhì)雙層內(nèi)的分布在絕大多數(shù)HS患者是正常的，但在一些嚴(yán)重的HS患者有磷脂分布的異常改變。還有一種猜測(cè)，經(jīng)脾臟處理過的末期HS紅細(xì)胞具有磷脂不均勻的發(fā)生。
2.分子機(jī)制
正常紅細(xì)胞的膜是有非酯化膽固醇和糖脂插入的不對(duì)稱性磷脂雙層結(jié)構(gòu)。膜的外層為膽堿磷脂(磷脂酰膽堿也稱卵磷脂和鞘磷脂)，內(nèi)層為氨基酸磷脂(磷脂酰氨基乙醇和磷脂酰絲氨酸)。紅細(xì)胞膜也含有不對(duì)稱的蛋白成分。所有的糖蛋白暴露于膜的外側(cè)表面，具有紅細(xì)胞抗原和受體或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。這個(gè)整體的膜蛋白穿透或跨越脂質(zhì)雙層，與疏水脂質(zhì)的核心部位相互作用并且緊緊地束縛紅細(xì)胞膜。一個(gè)獨(dú)立的蛋白網(wǎng)絡(luò)與整體膜蛋白和脂質(zhì)雙層形成垂直和水平相互作用的膜骨架。膜骨架包括血影蛋白(或稱收縮蛋白，又分為α和β spectrin)、錨蛋白(ankyrin)、蛋白4.1、蛋白4.2和肌動(dòng)蛋白。HS被分為以下5種亞型：單一血影蛋白部分缺乏、血影蛋白與錨蛋白連接部分缺乏、帶3部分缺乏、蛋白4.2缺乏和其他少見的共同缺乏。
紅細(xì)胞膜或細(xì)胞骨架的組成蛋白的突變引起紅細(xì)胞膜的丟失，進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞膜表面積減少，使紅細(xì)胞的外形由雙凹形盤狀變?yōu)樾∏蛐渭t細(xì)胞。與雙凹形盤狀的紅細(xì)胞相比，球形紅細(xì)胞變形能力很差，不能穿越通過脾臟內(nèi)的細(xì)小彎曲結(jié)構(gòu)，致球形紅細(xì)胞滯留于脾臟內(nèi)并被脾臟從循環(huán)內(nèi)清除，紅細(xì)胞壽命明顯縮短。產(chǎn)生溶血性貧血的各種表現(xiàn)。HS膜完整性的破壞(膜丟失)與細(xì)胞骨架和細(xì)胞膜的幾種蛋白缺陷有關(guān)(表1)。脂質(zhì)雙分子層中的帶3蛋白和RhAG，有錨接作用的錨蛋白和4.2蛋白，以及膜收縮蛋白的缺陷均可引起細(xì)胞膜不能與細(xì)胞骨架錨接固定，導(dǎo)致細(xì)胞膜內(nèi)聚力減低，產(chǎn)生細(xì)胞膜面積減少的結(jié)果。錨蛋白缺陷在北歐及美國是HS最常見的原因，約占所有HS的一半以上，而在日本則只占5%一10%;4.2蛋白在歐美<5%，而在日本占到45%～50%。目前發(fā)現(xiàn)的HS膜缺陷有關(guān)的蛋白基因突變?cè)絹碓蕉?，?中列出的是其中的少部分。
(1)單一的血影蛋白部分缺乏：
單一血影蛋白部分缺乏包括α-血影蛋白和β-血影蛋白。大量文獻(xiàn)證實(shí)在血影蛋白缺乏的顯性遺傳HS患者有β-血影蛋白基因(SPTB)突變存在。但有一種例外，β-血影蛋白Houston在一些家族被證明是一種移碼突變，這些突變是局限的，是獨(dú)特的個(gè)體家族，并且可能與β-血影蛋白mRNA減少的積累有關(guān)。β-血影蛋白Kissimmee是一種局限在與蛋白4.1交互作用的β-血影蛋白的高度保守區(qū)域的點(diǎn)突變，是一種限制蛋白4.1與血影蛋白到肌動(dòng)蛋白連接鍵的功能障礙。因此，通過還原劑處理循環(huán)中的紅細(xì)胞來增強(qiáng)其限制功能。這些紅細(xì)胞富含還原型谷胱甘肽，血影蛋白/蛋白4.1限制性減低是非功能性的表現(xiàn)。單一血影蛋白缺乏的非顯性遺傳HS患者，屬α-血影蛋白的缺乏。在正常的紅細(xì)胞，α-血影蛋白合成量大大超過β-血影蛋白，α-血影蛋白基因(SPTA1)突變導(dǎo)致α-血影蛋白合成減少。由于α-血影蛋白超過β-血影蛋白的合成，因而，在膜內(nèi)有一個(gè)正常數(shù)量的血影蛋白異二聚體組合，因此，一個(gè)正常的α-血影蛋白和一個(gè)有缺陷的α-血影蛋白等位基因結(jié)合的個(gè)體可無癥狀。純合子或復(fù)合雜合子的α-血影蛋白缺乏HS個(gè)體，將是嚴(yán)重型的HS患者。Wichterle等報(bào)道1例復(fù)合雜合子的α-血影蛋白缺乏嚴(yán)重的HS病例，具有兩個(gè)不同的α-血影蛋白基因缺乏，在一個(gè)等位基因上，有一個(gè)與上游間插序列突變(αLEPRA)有關(guān)的剪切缺失;在另一個(gè)等位基因上有另外一個(gè)基因突變，即aPRAGUE。αLEPRA 等位基因產(chǎn)生比正常的等位基因少6倍的糾正剪切的α血影蛋白轉(zhuǎn)錄物。更進(jìn)一步的研究顯示，許多非顯性遺傳的血影蛋白缺乏HS，αLEPRA與αBug Hill(在αⅡ結(jié)構(gòu)域部位有一個(gè)氨基酸取代了結(jié)構(gòu)域)的連接是失平衡的。因此αLEPRA等位基因與其他α-收縮蛋白缺乏的雜合個(gè)體出現(xiàn)，導(dǎo)致明顯的血影蛋白缺乏的球形紅細(xì)胞增多性溶血性貧血。利用脈沖標(biāo)記的BFU-E研究顯示，在一些致死性或接近致死性的與血影蛋白嚴(yán)重缺乏(約占正常成分的26%)的HS，其α-血影蛋白的合成顯著減低。盡管這些缺陷的分子基礎(chǔ)尚不清楚，但有母親是輕度顯性遺傳的HS和有滲透脆性輕度增加而血液學(xué)表現(xiàn)正常的父親的家族史，提示有至少兩個(gè)基因缺陷的簡單雜合子的可能。
(2)血影蛋白與錨蛋白的結(jié)合部分缺乏：
血影蛋白與錨蛋白結(jié)合部分缺乏的生物化學(xué)表現(xiàn)最先在1988年由Coetzer等提出。錨蛋白代表血影蛋白在膜上的主要連接部位，因此，盡管血影蛋白的合成正常，錨蛋白缺乏常伴有相應(yīng)比例的血影蛋白減少是不奇怪的。例如，β-血影蛋白突變的HS，大多數(shù)的錨蛋白缺陷屬于與mRNA累積減少相關(guān)的點(diǎn)突變。除外錨蛋白Florisnopolis外，移碼突變與嚴(yán)重的HS有關(guān)，這一點(diǎn)由來自3個(gè)不同遺傳背景家族的HS患者而證實(shí)?，F(xiàn)有的報(bào)道中15%～20%的錨蛋白基因(ANKl)突變屬新生突變(de novo mutation)。在兩個(gè)家庭中發(fā)現(xiàn)有雙親鑲嵌體錨蛋白突變，因此，在相同HS家族中有臨床癥狀不同的病例發(fā)生。包括錨蛋白基因部位的缺失或移位的染色體組型異常的非典型HS病例也有報(bào)道。1例患者，8號(hào)染色體上全部錨蛋白基因缺失導(dǎo)致一個(gè)大的縫隙缺失。錨蛋白缺失可能是典型癥狀的球形紅細(xì)胞增多、智力低下、典型面容和性腺功能減低的鄰近基因綜合征的一部分。
(3)帶3蛋白部分缺乏：
15%～40%的HS有區(qū)帶3蛋白缺乏，它僅見于顯性遺傳，特點(diǎn)是區(qū)帶3蛋白輕度缺乏(為正常的50%～90%)，僅引起輕度的溶血，區(qū)帶3蛋白缺乏所致HS最顯著的特征是血片中可見到許多蘑菇或鉗狀紅細(xì)胞，基因突變常為移碼或無義突變。
(4)蛋白4.2缺乏：
4.2蛋白缺乏所致HS相對(duì)較少見，日本比歐洲多，4.2蛋白缺乏既可能是原發(fā)，也可能繼發(fā)于區(qū)帶3蛋白缺乏，繼發(fā)性缺乏是由于區(qū)帶3蛋白膜外區(qū)的結(jié)合功能異常而致4.2蛋白丟失，原發(fā)性缺陷僅見于隱性遺傳，主要由于DNA發(fā)生點(diǎn)突變或移碼突變，臨床特征為具有中，重度溶血，血片中可見到巨形紅細(xì)胞(光鏡下)，紅細(xì)胞滲透脆性中度增高。
3.表面區(qū)域缺乏的分子基礎(chǔ)
遺傳性球形紅細(xì)胞固有的特性是不穩(wěn)定，如在三磷腺苷(ATP)缺乏或細(xì)胞應(yīng)急切變暴露于體外變化條件下釋放脂質(zhì)。膜物質(zhì)的丟失通過0.2～0.5μm的含有血影蛋白的膜內(nèi)在蛋白質(zhì)的小囊泡釋放。通過體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中滲透脆性增加可以證實(shí)，膜物質(zhì)的丟失是膜表面區(qū)域缺乏至一定程度所致的結(jié)果。在單一血影蛋白缺乏或血影蛋白與錨蛋白聯(lián)合缺陷的病例，表面區(qū)域缺乏包含來自骨架蛋白下的脂質(zhì)雙層膜不匹配。正常紅細(xì)胞的骨架蛋白形成一個(gè)接近單分子的亞膜層，占據(jù)一半以上的膜表面。因此，血影蛋白缺乏導(dǎo)致這個(gè)網(wǎng)絡(luò)密度減低，結(jié)果，從細(xì)胞內(nèi)以微囊泡形式釋放的骨架蛋白不直接支持脂質(zhì)雙層膜的區(qū)域。在帶3蛋白缺乏的HS病例，兩個(gè)假設(shè)的途徑可能導(dǎo)致表面區(qū)域的丟失(如圖2)。一個(gè)機(jī)制包括帶3蛋白從細(xì)胞丟失。由于帶3蛋白跨越脂質(zhì)雙層膜許多倍，可能“邊界”脂質(zhì)的實(shí)質(zhì)總量與帶3蛋白一同釋放，因此，導(dǎo)致表面區(qū)域缺乏。另外一種可能的機(jī)制是在膜內(nèi)存在無帶3的區(qū)域形成，進(jìn)而形成膜大泡，以微囊泡的形式從細(xì)胞內(nèi)釋放。這個(gè)假設(shè)基于發(fā)現(xiàn)了殘影細(xì)胞膜內(nèi)顆粒的集簇性(帶3蛋白的主要組成)導(dǎo)致膜脂質(zhì)大泡而非微囊泡的顆粒去除區(qū)域形成。近年的證據(jù)來自帶3敲除鼠的模型。缺乏帶3的紅細(xì)胞本能地脫出囊泡，導(dǎo)致嚴(yán)重的球形紅細(xì)胞增多和溶血。
4.HS與非紅系臨床表現(xiàn)
在大多數(shù)HS病例，臨床表現(xiàn)被限定為單一的紅細(xì)胞系統(tǒng)，可能由于紅細(xì)胞膜蛋白(如血影蛋白和骨架蛋白)的非紅系副本被獨(dú)立基因編碼或是由某些蛋白(如蛋白4.1、β-血影蛋白和骨架蛋白)從屬于組織特有的選擇性剪切。但也有例外，報(bào)道個(gè)別HS家族有脊髓變性性改變的聯(lián)合神經(jīng)分離或肌肉異常、心肌病或記憶力減退。紅細(xì)胞骨架蛋白和β-血影蛋白在肌肉腦組織及脊髓也同樣存在，提高了這些病例缺乏其中某種蛋白的可能性。這個(gè)假說將進(jìn)一步通過nb突變鼠的HS模型來證實(shí)。純合子nb/nb鼠具有與血影蛋白和基本分子缺陷骨架蛋白缺乏有關(guān)的嚴(yán)重HS，病情進(jìn)展可成為與小腦Purkinje細(xì)胞變性性改變相吻合的神經(jīng)綜合征。Purkinje細(xì)胞通常表達(dá)紅細(xì)胞骨架蛋白，而在nb/nb鼠的表達(dá)是減低的。帶3缺乏在常染色體顯性遺傳的遠(yuǎn)端腎小管性酸中毒的患者中也得到證實(shí)。雜合子帶3基因突變的病例具有正常的腎酸化作用和異常的紅細(xì)胞，兩個(gè)帶3突變，即R589H和S613F，與腎臟的酸化作用減低和正常的紅細(xì)胞有關(guān)。有報(bào)道證實(shí)由于帶3mRNA加工突變導(dǎo)致兩個(gè)Hs家族出現(xiàn)并發(fā)腎臟酸化作用減弱的病例，帶3Pribram和帶3Okinawqa。在這些病例中，腎小管性酸中毒的確切發(fā)病機(jī)制尚不清楚。
5.遺傳性
基于HS的非單一性分子基礎(chǔ)，推測(cè)HS的基因可分為幾種染色體的改變。目前發(fā)現(xiàn)的染色體異常有1、8、14、15及17的異常。與α-血影蛋白相關(guān)的為1號(hào)染色體，與錨蛋白相關(guān)的為8號(hào)染色體，與β-血影蛋白相關(guān)的為14號(hào)染色體，與蛋白3相關(guān)的為17號(hào)染色體，與蛋白4.2相關(guān)的為15號(hào)染色體。在絕大多數(shù)的HS患者(約75%)，屬常染色體顯性遺傳。少部分患者為非顯性遺傳，這部分病例可歸屬于基因突變，突變的位置在CpG二核苷酸，造成該部位小的缺失或插入。這也可能形成常染色體隱性遺傳。有報(bào)道證明，部分隱性遺傳的HS患者伴發(fā)嚴(yán)重的溶血性貧血。這部分患者主要傾向于紅細(xì)胞血影蛋白的缺乏，推測(cè)主要為α-血影蛋白的缺乏。另外一部分隱性遺傳的患者為蛋白4.2缺乏，表現(xiàn)為輕度溶血，紅細(xì)胞形態(tài)為口形和卵圓形。極少病例為純合子，表現(xiàn)為嚴(yán)重的溶血性貧血，有的患者溶血發(fā)生后可能是致死性的，他們的雙親癥狀很輕或無癥狀。 HS可以以家族的形式發(fā)病，但臨床上這樣的情況并不多見。下述幾點(diǎn)可以解釋這些現(xiàn)象：
?、偃狈勺兊耐怙@率;
?、谠诩易逯邪l(fā)生新生突變或隱性遺傳;
?、塾绊懩さ鞍妆磉_(dá)的修飾等位基因?qū)е略诩彝ブ信R床表現(xiàn)的變異性;
④缺乏組織特異的鑲嵌型。
