综述：地中海贫血和镰状细胞病的解码：用于全面变异检测的分子技术进展

《Frontiers in Genetics》：Decoding thalassemia and sickle cell disease: advances in molecular technologies for comprehensive variant detection

这篇综述系统梳理了地中海贫血和镰状细胞病等血红蛋白病的遗传基础、分子检测技术进展。文章重点评述了传统分子检测方法（如PCR、Sanger测序）的局限，并深入探讨了基于新一代测序（NGS）的整合性平台如何实现多种变异类型（SNVs、CNVs）和遗传修饰基因的同时检测，从而有望重塑未来的筛查与诊断流程。

　　

1 引言

地中海贫血和镰状细胞病是两种由珠蛋白基因致病性变异引起的常染色体隐性遗传血红蛋白病，构成了全球主要的健康负担。历史上，这些疾病在特定地区高发，但随着人口迁移，其分布已扩散至全球。世界卫生组织（WHO）将血红蛋白病视为全球主要的公共卫生问题之一。这两种疾病的共同遗传学根源是影响珠蛋白基因的变异，但其致病机制和临床表现各异。传统的诊断策略依赖于血液学参数和生化血红蛋白分析，这些方法虽然必要，但在解析遗传复杂性、识别复合或不典型基因型等方面存在局限。因此，遗传检测对于诊断、疾病分类和遗传咨询至关重要，而传统的分子方法通常依赖于顺序进行的、针对特定变异类型的检测，效率和广度受限。在此背景下，新一代测序（NGS）技术通过在一个平台上实现对多个基因序列变异和拷贝数变化的综合检测，并同步评估已知影响疾病严重程度的遗传修饰因子，有潜力改善血红蛋白病的工作流程。

2 血红蛋白的遗传调控

血红蛋白（Hb）是红细胞中主要的携氧成分，由两个α样（α或ζ）和两个β样（β, δ, γ或ε）珠蛋白链组成。珠蛋白链的合成由两个基因簇调控：位于16号染色体的α-珠蛋白基因簇和位于11号染色体的β-珠蛋白基因簇。在胚胎和胎儿发育过程中，血红蛋白的表达受到严格的珠蛋白基因转换过程的调控，最终在出生后完成从胎儿血红蛋白（HbF，由α₂γ₂组成）到成人血红蛋白（HbA，由α₂β₂组成）的转换。

3 地中海贫血和镰状细胞病的遗传与临床基础

地中海贫血是由α-或β-珠蛋白链合成减少或缺失引起，分别称为α-或β-地中海贫血，通常由HBA1、HBA2（α-地贫）或HBB（β-地贫）基因的致病性变异导致。镰状细胞病则是一组由HBB基因变异导致产生结构异常的镰状血红蛋白（HbS）的血红蛋白病。镰状细胞性贫血（HbSS纯合子）是其最常见和最严重的形式，此外还有复合杂合子形式，如HbSC病和镰状细胞β-地中海贫血。

α-地中海贫血通常由影响HBA1和HBA2基因的大片段缺失引起，临床严重程度主要取决于有功能的α-珠蛋白基因数量。最严重的Hb Bart's胎儿水肿综合征在胎儿期发病。β-地中海贫血主要由HBB基因的单核苷酸变异引起，临床严重程度受特定HBB变异、α-地中海贫血的共遗传以及其他影响珠蛋白平衡或HbF表达的遗传修饰因子调节。临床上，地中海贫血常分为非输血依赖型（NTDT）和输血依赖型（TDT），这对患者管理至关重要。

镰状细胞病在低氧条件下，HbS聚合导致红细胞变形为特征性的镰刀状，引发溶血和血管闭塞，进而导致疼痛危象、急性胸痛综合征、卒中等并发症。临床严重程度差异很大，受残余β-珠蛋白合成、影响HbF水平的遗传修饰因子、α-地中海贫血共遗传和环境因素影响。

4 β-地中海贫血和镰状细胞病的遗传修饰因子

胎儿血红蛋白（HbF）表达的持续或再激活是影响β-珠蛋白相关血红蛋白病严重程度的主要决定因素。全基因组关联研究（GWAS）已在识别HbF产生的遗传修饰因子方面发挥核心作用。几个明确的遗传修饰因子和调控序列变异已被证明会影响HbF水平和临床严重程度，包括BCL11A、HBS1L-MYB基因间区、KLF1以及HBD和HBG1/HBG2内的位点。BCL11A编码一种转录因子，是γ-珠蛋白表达的主要抑制因子。HBS1L-MYB基因间区的变异也与HbF水平升高和较轻的病程相关。转录因子KLF1在红细胞分化和珠蛋白基因调控中起核心作用。对这些修饰因子理解的加深，有助于推动风险分层和个体化管理。

5 血红蛋白病的筛查策略

新生儿筛查（NBS）项目已在许多高流行和种族多样化的地区实施，其首要目标是实现早期诊断和及时启动护理。一线筛查策略通常包括高效液相色谱、毛细管电泳或串联质谱法。筛查阳性结果随后需通过生化学或分子学方法确认。携带者和婚前/孕前筛查计划旨在识别无症状的携带者，以支持遗传咨询和知情生育决策。在一些国家，婚前筛查是强制性的，并被证明能有效减少严重血红蛋白病患儿的出生。

6 诊断策略

地中海贫血的诊断整合了临床表现和实验室检查结果。初步评估通常包括全血细胞计数（CBC）和关键红细胞参数，如平均红细胞体积（MCV）和平均红细胞血红蛋白量（MCH）。高效液相色谱（HPLC）或毛细管电泳常用于分析血红蛋白谱，检测血红蛋白变体并量化血红蛋白组分，如HbA₂和HbF。镰状细胞病的评估通常包括全血细胞计数、网织红细胞计数、外周血涂片和血红蛋白电泳。然而，传统的血液学和生化方法在区分某些基因型（如Sβ⁰-地中海贫血与镰状细胞贫血）方面能力有限，凸显了HBB基因测序的效用。

7 变异检测的分子技术

传统的分子方法包括缺口PCR、扩增阻碍突变系统PCR、实时PCR、反向点杂交、多重连接依赖性探针扩增和Sanger测序。方法的选择取决于检测目标和变异类型。常规工作流程通常依赖于预定义的变异panel。当结果不确定或需要进一步澄清时，通常需要连续应用互补的方法。

新一代测序（NGS）和第三代（长读长）测序技术已成为能够同时检测多种变异类型和多个基因的综合方法。NGS可以在一次检测中检测多个珠蛋白和修饰基因座内的多种变异类别，这对于地中海贫血和镰状细胞病相关的分子复杂性具有优势。然而，使用短读长测序检测拷贝数变异仍然依赖于测序深度、panel设计和生物信息学标准化策略。高序列同源性也可能使读段比对和变异分配复杂化。多项人群水平研究已证明了NGS在血红蛋白病中的实用性。第三代测序也被探索用于地中海贫血诊断，其长读长有助于解析复杂的结构变异和同源区域，但尚未在临床实验室广泛采用。

在实践中，NGS在诊断流程中的作用可能因临床环境、实验室实践、专业知识和可用资源而异。一系列商业检测方法可用于地中海贫血和镰状细胞病检测，涵盖既有的靶向分子方法和基于测序的平台。随着NGS产生信息的数量和复杂性增加，与临床解读相关的挑战，包括意义不明确的/偶然发现的意义未明变异，仍然是重要的考虑因素。

8 讨论与未来展望

分子遗传学的进展极大地扩展了对地中海贫血和镰状细胞病遗传基础的理解。高通量、可扩展且与环境相适应的筛查和诊断策略的需求日益凸显。测序技术的进步，特别是新一代测序平台的演进和普及，使得更全面的分子表征成为可能。展望未来，测序平台、生物信息学流程和指导框架的持续完善，以及变异数据库的扩展和基因型-表型关联理解的加深，有望进一步加强综合分子检测在血红蛋白病中的临床效用。将包括NGS在内的先进测序技术整合到筛查、随访和诊断工作流程中，是朝着更全面、高效和个性化的血红蛋白病护理迈出的关键一步。