ANK1功能缺失新变异导致遗传性球形红细胞增多症的分子机制研究

本研究针对遗传性球形红细胞增多症(HS)的诊断挑战，通过NGS技术鉴定出3种ANK1基因新型杂合功能缺失变异(c.558delG、c.728T>G、c.3157C>T)。研究人员结合生物信息学模拟和体外功能实验，揭示这些变异通过破坏ankyrin-1蛋白合成及与β-spectrin、band3蛋白的相互作用导致HS。成果为HS精准诊断提供新依据，发表于《Annals of Hematology》。

　　

红细胞是人体内运输氧气的重要载体，其独特的双凹圆盘形态和柔韧性依赖于细胞膜骨架蛋白网络的精密调控。当编码这些骨架蛋白的基因发生变异时，红细胞就会失去正常形态，变成易碎的球形细胞——这就是遗传性球形红细胞增多症(HS)的发病根源。作为最常见的遗传性溶血性贫血，HS给全球数百万患者带来贫血、黄疸和脾肿大等健康问题。尽管已知ANK1、SPTB等基因变异会导致HS，但随着二代测序技术的普及，越来越多的新变异被发现，这些变异如何影响蛋白功能、导致疾病，却仍是未解之谜。

重庆医科大学附属儿童医院血液肿瘤科的研究团队在《Annals of Hematology》发表重要成果。他们通过对三个中国HS家系的深入研究，首次报道了ANK1基因的三种新型杂合功能缺失变异，并系统阐明了这些变异破坏红细胞膜稳定性的分子机制。这项研究不仅为HS的精准诊断提供了新标志物，也为理解红细胞膜骨架的组装机制提供了重要线索。

研究人员采用多学科交叉的研究策略：首先通过靶向测序panel（包含700个血液病相关基因）筛选变异，用Sanger测序验证家系遗传模式；随后运用I-TASSER和GROMACS进行蛋白质结构预测和分子动力学模拟，分析变异对ankyrin-1结构稳定性的影响；最后通过HEK293T细胞模型，结合渗透脆性试验、qPCR、Western blot、免疫共沉淀等技术，验证变异对蛋白表达和相互作用的影响。所有实验均使用临床确诊的HS患者样本，并设立严格对照。

研究结果部分呈现了系统的发现：

"测序结果"显示三个家系中鉴定出ANK1基因的三种新生杂合变异：c.558delG(p.R187Afs*66)导致移码突变，c.728T>G(p.L243R)引起错义突变，c.3157C>T(p.R1053X)产生无义突变。Sanger测序证实这些变异均为新生突变，保守性分析显示突变位点在不同物种中高度保守。

"临床数据"显示携带不同变异类型的患者表现出疾病严重程度的差异：移码突变患者症状最重（胆红素74.2 μmol/L，需脾切除），错义突变患者次之（胆红素27.2 μmol/L），无义突变患者最轻（胆红素16.4 μmol/L）。这种临床异质性与变异对蛋白功能的破坏程度相关。

"变异位置与结构"分析发现，移码突变M1和无义突变M3都导致ankyrin-1蛋白C端截短，而错义突变M2则引起局部构象改变。分子动力学模拟显示，M2变异使蛋白柔性增加（RMSF值升高），而截短变异则导致结构紧凑性改变（Rg值降低）。

"分子动力学模拟"通过RMSD、Rg、RMSF、SASA等参数定量评估变异影响：M2变异使蛋白波动性增加50%，溶剂可及表面积扩大15%；截短变异则使二级结构含量减少30%。这些计算数据为解释变异致病性提供了结构基础。

"功能验证实验"获得关键发现：变异使HEK293T细胞在低渗溶液中的存活率降低40%-60%（渗透脆性增加）；qPCR显示变异使ANK1 mRNA表达量下降50%-70%；Western blot证实截短变异产生异常大小的蛋白产物；免疫共沉淀显示变异使ankyrin-1与β-spectrin的结合效率降低80%以上。

研究结论部分指出，这是首次系统报道ANK1基因C端截短变异导致HS的分子机制。三种变异通过不同方式破坏ankyrin-1的结构稳定性：移码和无义变异导致蛋白截短，错义变异干扰局部构象。这些改变最终都削弱了ankyrin-1与β-spectrin、band3蛋白的相互作用，破坏红细胞膜骨架的完整性。特别值得注意的是，分子动力学模拟首次揭示这些变异对蛋白动态特性的影响，为理解基因型-表型关联提供了新视角。

这项研究的临床意义在于：建立的综合分析方法（NGS+功能验证）可用于HS的精准诊断；发现的基因型-表型关联规律可指导预后评估；揭示的ankyrin-1功能域为未来靶向治疗提供潜在靶点。随着测序技术的普及，这类研究将帮助更多HS患者获得准确诊断和个体化管理。