珠蛋白是一類能夠通過鐵卟啉環(huán)可逆性結(jié)合氧的呼吸性蛋白質(zhì)，廣泛存在于細(xì)菌、真菌、植物和動(dòng)物體內(nèi)，并顯示出巨大的結(jié)構(gòu)和功能多樣性。珠蛋白與貧血病關(guān)系密切，珠蛋白生成障礙貧血(thalassem ia, 簡(jiǎn)稱地貧)為一組遺傳性血液病，就是由于珠蛋白基因突變或缺失造成的溶血性貧血，目前尚無(wú)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單有效的治療方法，預(yù)防控制地貧嬰兒出生是最佳措施。
簡(jiǎn)介
珠蛋白（英文名為“globin”）是具有攜帶氧能力的蛋白質(zhì)。在脊椎動(dòng)物體內(nèi)有兩種類型：即存在于血液中的血色素和肌肉中的肌紅蛋白。
目前在神經(jīng)系統(tǒng)又發(fā)現(xiàn)了第三種珠蛋白，主要存在于大腦中，因此被稱之為“神經(jīng)珠蛋白”。
胞紅蛋白(CGB)是新發(fā)現(xiàn)的第四種攜氧珠蛋白，廣泛分布于多種組織和器官。在不同種類細(xì)胞中其亞細(xì)胞定位并不相同，在結(jié)締組織中主要定位于細(xì)胞質(zhì)，而在神經(jīng)組織胞核和胞質(zhì)中均有分布。
目前在脊椎動(dòng)物體內(nèi)已有4種類型的血紅蛋白被鑒定和正式命名：血紅蛋白(haemoglobin, Hb)，肌紅蛋白(myoglobin, Mb)，腦紅蛋白(neuroglobin, Ngb)和細(xì)胞珠蛋白(cytoglobin, Cygb)，共同組成“珠蛋白超家族(globinsuperfamily)”??。
基因
珠蛋白基因 (（globingene）血色素含2個(gè)α和2個(gè)β鏈，分別由α鏈珠蛋白基因和β鏈珠蛋白基因的信息而形成。哺乳動(dòng)物的α鏈基因和β鏈基因在結(jié)構(gòu)上相似，都是由2個(gè)內(nèi)含子而分為3個(gè)外顯子部分。α鏈基因和β鏈基因的內(nèi)含子1的長(zhǎng)度約為120個(gè)核苷酸堿基對(duì)，而對(duì)內(nèi)含子2，β鏈很長(zhǎng)（例如人的α鏈基因之一的α2，內(nèi)含子2含140個(gè)堿基對(duì)，而β鏈基因含849個(gè)堿基對(duì)）。珠蛋白基因在哺乳類是數(shù)次重復(fù)的結(jié)構(gòu)，形成一種多重基因群。例如人的擬β鏈珠蛋白基因（β-likeglobingenes）在整個(gè)65000個(gè)堿基對(duì)稱度的長(zhǎng)度上，從5′末端按順序連鎖地存在ψβ2、ε、Gy、Aγ、ψβ1、δ和β7個(gè)基因。其中ε在胚期表達(dá)，γ在胎兒期表達(dá)，β和δ在成年時(shí)表達(dá)，ε在量上極少。ψβ2和ψβ1為假基因狀態(tài)，無(wú)法表達(dá)。而人的擬α鏈珠蛋白基因（α-likeglo-bingenes）最少有ξ、ψα1、α1、α24個(gè)，ξ在胎兒時(shí)期表達(dá)。α1及α2在成年時(shí)期表達(dá)。ψα1為假基因。有證據(jù)說明這些重結(jié)構(gòu)基因是是同時(shí)進(jìn)化的。（參見多重基因群）。在哺乳動(dòng)物以外的動(dòng)物，例如對(duì)非洲瓜蛙珠蛋白基因有所了解，據(jù)報(bào)道其α鏈和β鏈的基因在同一染色體上是相鄰存在的。
分布
在脊椎動(dòng)物，Hb主要分布于紅細(xì)胞內(nèi)；Mb主要分布于心肌和骨骼肌細(xì)胞，定位于胞質(zhì)；Ngb主要分布于神經(jīng)細(xì)胞中，在視網(wǎng)膜、睪丸及某些內(nèi)分泌組織細(xì)胞中亦有分布，主要定位于胞質(zhì)；Cygb主要分布于結(jié)締組織成纖維細(xì)胞、肝星形細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞，定位于胞質(zhì)，Cygb亦分布于神經(jīng)系統(tǒng)的某些特殊神經(jīng)細(xì)胞亞群及視網(wǎng)膜的某些特殊類型細(xì)胞內(nèi)，且定位于胞質(zhì)和細(xì)胞核中。
結(jié)構(gòu)
Hb和Mb為經(jīng)典的攜氧珠蛋白。血色素是紅細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸氧的特殊蛋白質(zhì)，是使血液呈紅色的蛋白，由珠蛋白和血紅素組成，其珠蛋白部分是由兩對(duì)不同的珠蛋白鏈（α鏈和β鏈）組成的四聚體。每條多肽鏈各與1個(gè)血紅素相連接，4個(gè)亞單位之間和亞單位內(nèi)部由鹽鍵連接；Hb與O2 的結(jié)合或離解可影響離子鍵的形成或斷裂，從而使其四級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)型發(fā)生改變，導(dǎo)致與O2的親和力隨之改變。Mb是只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，與Hb各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)極為相似。Ngb和Cygb亦擁有經(jīng)典的“ three-over-three”α-螺旋三明治折疊結(jié)構(gòu)，對(duì)攜氧珠蛋白結(jié)構(gòu)和功能有重要作用的PheCD1、HisE7 和HisF8 等關(guān)鍵殘基，在Ngb和Cygb依然存在。Hb和Mb的血紅素輔基(鐵卟啉化合物)由4個(gè)吡咯環(huán)通過4個(gè)甲炔相連形成環(huán)形， Fe2+居于環(huán)中，F(xiàn)e2 +的6個(gè)配位鍵中有4個(gè)與吡咯環(huán)的N配位結(jié)合，1個(gè)與近端的HisF8結(jié)合，第6個(gè)用來結(jié)合O2 等外源性配體，該配體同時(shí)以氫鍵與遠(yuǎn)端的HisE7結(jié)合，未結(jié)合配體時(shí)該配位鍵是空的，故生理狀態(tài)下Hb和Mb的血紅素-鐵是“五配位”形式。但Ngb和Cygb的HisE7卻直接與血紅素-鐵第6個(gè)配位鍵結(jié)合而形成“六配位”形式。
生物學(xué)功能
氧氣的輸送與貯存以及二氧化碳的運(yùn)輸是動(dòng)物體內(nèi)一項(xiàng)十分重要的生物學(xué)功能。它分別由血液中的Hb和肌肉組織中的Mb完成，二者密切相關(guān)。首先，Hb將O2結(jié)合到它的F( Il )上，并從肺部將O2運(yùn)送到肌肉組織，在那里將02傳遞給Mb分子貯存起來，留供機(jī)體新陳代謝的需要。其后，Hb用某些氨基結(jié)合CO：并將它們帶回肺部。Hb和Mb的氧載體功能是由于血紅素中的硫酸亞鐵與氧分子的可逆配位作用。
腦紅蛋白與細(xì)胞珠蛋白
Ngb和Cygb的生物學(xué)功能目前并不完全清楚，可能的功能主要有：①在氧代謝方面有類似Mb的功能，儲(chǔ)存O2和促進(jìn)O2向線粒體擴(kuò)散。Ngb的氧結(jié)合動(dòng)力學(xué)參數(shù)和它在神經(jīng)細(xì)胞及內(nèi)分泌細(xì)胞的表達(dá)水平表明Ngb可能有氧供功能。Ngb在腦內(nèi)不同區(qū)域的表達(dá)程度與對(duì)缺血缺氧的耐受程度呈正相關(guān)， Ngb在缺血缺氧狀態(tài)下表達(dá)增加，且Ngb過度表達(dá)能夠使培養(yǎng)的神經(jīng)元在缺氧的情況下存活率升高和急性缺血狀態(tài)下大鼠腦梗死體積縮小等，都提示Ngb在缺血性腦血管病缺氧性損傷中對(duì)神經(jīng)元有保護(hù)作用。缺氧條件下Cygb亦表達(dá)上調(diào)，表明Cygb也可能有類似的功能。②O2感受器功能。結(jié)合配體時(shí)六配位珠蛋白血紅素袋的構(gòu)象變化較大，提示Ngb和Cygb可能作為O2感受器，根據(jù)O2濃度的變化參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)神經(jīng)通路調(diào)節(jié)。③NADH氧化酶作用, 在半缺氧條件下促進(jìn)糖酵解，產(chǎn)生ATP供能。Cygb亦可能具有過氧化氫酶活性。④作為活性氧和NO基團(tuán)的清道夫, 以清除組織缺血再灌注時(shí)產(chǎn)生的毒性物質(zhì)。⑤參與膠原蛋白合成。NIH 3T3成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)染Cygb基因后，TGFβ誘導(dǎo)膠原α1(I)合成從，而膠原合成增多，提示Cygb與膠原合成有關(guān)。
障礙貧血
蛋白生成障礙貧血(thalassem ia, 簡(jiǎn)稱地貧)為一組遺傳性血液病，是由于珠蛋白基因突變或缺失造成一種或一種以上珠蛋白肽鏈合成減少或完全受抑制，導(dǎo)致構(gòu)成血色素(Hb)珠蛋白肽鏈比例失衡而引起慢性進(jìn)行性溶血性貧血。該病是世界上最常見遺傳病之一，主要流行于地中海沿岸國(guó)家、中近東地區(qū)、東南亞和印度次大陸等。我國(guó)長(zhǎng)江以南各省區(qū)亦為高發(fā)區(qū)，廣東省、廣西壯族自治區(qū)、海南省等省區(qū)發(fā)病率甚高，最高可達(dá)15%以上。根據(jù)發(fā)生缺陷珠蛋白基因的不同，分為α-、β -、δβ -地貧等類型, 其中α-和β -地貧最常見。
α-和β -地貧病理生理中心環(huán)節(jié)是構(gòu)成Hb的α-和β -珠蛋白肽鏈之間比例失衡。相對(duì)過剩珠蛋白鏈聚合形成包涵體或異常Hb，由此導(dǎo)致紅細(xì)胞變形能力下降，攜氧能力改變，紅細(xì)胞凋亡加速、無(wú)效造血, 血管外溶血性貧血增加，紅細(xì)胞膜氧化損傷等，使紅細(xì)胞成減少、壽命縮短、破壞過多而造成貧血。由于貧血及組織缺氧，骨髓代償性增生導(dǎo)致骨骼變形，同時(shí)髓外造血造血能力增加患者出現(xiàn)肝脾大；貧血還促使腸道對(duì)鐵吸收的增加，加上嚴(yán)重貧血患者反復(fù)輸血，最終體內(nèi)鐵負(fù)荷增加，鐵沉積于心、肝、胰腺、垂體、性腺等器官，通過細(xì)胞氧化損傷機(jī)制，引起心肌損害、肝損害、激素分泌異常等一系列合并癥。
地貧的高發(fā)生率和臨床的嚴(yán)重性給家庭和社會(huì)帶來沉重的負(fù)擔(dān)，目前尚無(wú)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單有效的治療方法，預(yù)防控制地貧嬰兒出生是最佳措施，開展地貧知識(shí)宣傳教育，對(duì)高發(fā)區(qū)人群進(jìn)行群體篩查、婚檢、指導(dǎo)合理婚配和遺傳咨詢，普及防治知識(shí)，并通過婚前、孕期或?qū)τ谥匦偷刎毟呶Ｌ哼M(jìn)行產(chǎn)前基因診斷，阻止重型地貧患兒出生。這些措施可有效降低地貧發(fā)病率。
參考資料 >