Odmiany hemoglobiny

Czym są odmiany hemoglobiny?

Odmianami hemoglobiny nazywa się nieprawidłowe formy hemoglobiny. Hemoglobina zbudowana jest z hemu (część hemoglobiny zawierająca żelazo) oraz z globiny (białko zbudowane z łańcuchów aminokwasów). Hemoglobina(Hb) występuje we wszystkich krwinkach czerwonych (erytrocytach), gdzie bierze udział w transporcie tlenu z płuc do tkanek.

Prawidłowe typy hemoglobiny to:

  • Hemoglobina A (stanowi około 95% - 98% całkowitej hemoglobiny u dorosłych): Hb A zawiera 2 łańcuchy alfa (α) oraz 2 łańcuchy beta (ß)      
  • Hb A2 (2% - 3% całkowitej hemoglobiny): zawiera 2 łańcuchy alfa (α) i dwa łańcuchy delta (δ)       
  • Hb F (do 2% całkowitej hemoglobiny u dorosłych): główny rodzaj hemoglobiny produkowany przez płód podczas ciąży; wkrótce po porodzie synteza tego rodzaju hemoglobiny znacznie się zmniejsza; Hb F składa się z dwóch łańcuchów alfa (α) i 2 łańcuchów gamma (γ).

Nieprawidłowe formy hemoglobiny powstające w przebiegu zmian(zwykle mutacji punktowych, delecji) w genach kodujących białko globinę, co znajduje swoje odzwierciedlenie w zmianach aminokwasów tworzących to białko. Zmiany te mogą dotyczyć struktury hemoglobiny, jej funkcji, szybkości powstawania i/lub stabilności. Cztery geny kodują łańcuch alfa a 2 geny kodują łańcuch beta. Najczęściej występujące zaburzenia związane z łańcuchem alfa nazywane są alfa talasemią. Nasilenie objawów tej choroby jest zależne od liczby zmienionych genów.
Odmiany łańcucha beta hemoglobiny dziedziczone są w sposób autosomalny recesywny (patrz Badania Genetyczne). Osoba dziedziczy jedną kopię (jeden allel) każdego genu łańcucha beta od każdego z rodziców. W przypadku, gdy dana osoba dziedziczy jeden gen prawidłowy i jeden gen nieprawidłowy, wówczas mówimy, że jest ona nosicielem lub jest heterozygotyczna w odniesieniu do nieprawidłowej postaci hemoglobiny. Nieprawidłowy gen może zostać przekazany potomstwu, ale nie powoduje to żadnych objawów klinicznych ani problemów zdrowotnych u nosiciela mutacji.
W przypadku, gdy dana osoba odziedziczy dwa nieprawidłowe geny (jest homozygotyczna w odniesieniu do danej mutacji),uważa się ją za chorą. Nasilenie objawów jest zależne od rodzaju mutacji i zmienne osobniczo.  Nieprawidłowy gen zostaje przekazany potomstwu.
Osobę, która odziedziczyła dwa nieprawidłowe geny kodujące łańcuch beta z różnymi mutacjami określa się mianem podwójnej lub złożonej heterozygoty w zakresie opisywanych mutacji. Jeden z nieprawidłowych genów beta zostanie przekazany potomstwu.
Opisano około kilkuset odmian hemoglobiny, ale tylko nieliczne z nich występują powszechnie i mają znaczenie kliniczne.

Powszechnie występujące odmiany hemoglobiny

  • Hemoglobina S: Jest to główny rodzaj hemoglobiny u osób z niedokrwistością sierpowatokrwinkową. Około 8% Afroamerykanów jest nosicielami specyficznej mutacji punktowej w jednym allelu genu kodującego  łańcuch beta (0,15% Afroamerykanów choruje na niedokrwistość     sierpowatokrwinkową). Mutacja występuje w genie kodującym łańcuch beta, więc u pacjentów w cząsteczce hemoglobiny występują dwa łańcuchy beta z     mutacją (ßS) i dwa prawidłowe łańcuchy alfa. Obecność hemoglobiny S powoduje, że erytrocyty łatwo ulegają deformacji i odkształceniom i przybierają sierpowaty kształt w przypadku ekspozycji na zmniejszoną zawartość tlenu (co może się zdarzyć w czasie ćwiczeń fizycznych lub też w krążeniu obwodowym w małych naczyniach). Sierpowate krwinki czerwone mogą zaczopować małe naczynia krwionośne, powodując ból i upośledzone krążenie krwi w tym obszarze, jak również wykazują zmniejszoną zdolność do przenoszenia tlenu i mają krótszy okres przeżycia w porównaniu z prawidłowymi krwinkami czerwonymi. Obecność pojedynczego zmutowanego allelu nie powoduje objawów chorobowych, o ile nie towarzyszy jej inna mutacja w zakresie genu hemoglobiny, prowadząca do powstania np. Hb C (ßC).      
  • Hemoglobina E: Hemoglobina E jest jedną z najczęściej występujących na świecie odmian hemoglobiny beta. Najczęściej występuje w rejonie południowo-wschodniej Azji, głównie w Kambodży, Laosie i Tajlandii oraz u osób wywodzących się z tych regionów. Osoby, które są homozygotami Hb E (mają dwa zmutowane allele genu ßE) zwykle cierpią na łagodną niedokrwistość hemolityczną (spowodowaną przedwczesnym usuwaniem krwinek czerwonych z krążenia krwi), przebiegającą z mikrocytozą (mała objętość krwinki czerwonej) i łagodnym powiększeniem śledziony. Obecność pojedynczego zmutowanego allelu nie powoduje objawów choroby, o ile nie towarzyszy jej inna mutacja genu hemoglobiny, na przykład jedna z mutacji związana z cechą beta talasemii.
  • Hemoglobina C: jest kolejną mutacją w zakresie genu kodującego łańcuch beta hemoglobiny. Około 2-3% osób pochodzących z Afryki zachodniej jest     heterozygotami w zakresie hemoglobiny C (mają jeden allel ßC). Choroba spowodowana obecnością hemoglobiny C (występująca u homozygot - czyli u osób z dwoma allelami zmutowanego genu ßC) jest rzadka i charakteryzuje się stosunkowo łagodnym przebiegiem. Zazwyczaj powoduje niewielkiego stopnia niedokrwistość hemolityczną z niewielkim bądź umiarkowanym powiększeniem śledziony.


Rzadsze odmiany hemoglobiny

Opisano wiele innych odmian hemoglobiny. Niektóre z nich są nieme klinicznie -nie powodują żadnych objawów chorobowych - podczas gdy inne upośledzają czynność i/lub stabilność cząsteczek hemoglobiny. Do rzadszych odmian hemoglobiny zalicza się: Hemoglobinę D, Hemoglobinę G, Hemoglobinę J,Hemoglobinę M i Hemoglobinę typu Constant Spring (spowodowaną mutacją w genie kodującym łańcuch alfa, co skutkuje powstaniem bardzo długiego łańcucha alfa iw związku z tym niestabilnością cząsteczki hemoglobiny). Inne odmiany łańcucha beta to: 

  • Hemoglobina F (Hb F) - główny rodzaj hemoglobiny wytwarzanej w życiu płodowym. Ma za zadanie skutecznie dostarczać tlen w środowisku ubogim w tlen. Wytwarzanie Hb F ustaje tuż po porodzie a po 1.-2. roku życia ustala się na poziomie stwierdzanym u dorosłych. Hb F może być podwyższona w niektórych chorobach wrodzonych. Jej poziom może być prawidłowy lub podwyższony w beta talasemii; podwyższony poziom często występuje u osób z niedokrwistością sierpowatokrwinkową, jak również w postaci mieszanej niedokrwistości sierpowatokrwinkowej i beta talasemii. U pacjentów z niedokrwistością sierpowatą i podwyższonym poziomem Hb F choroba przybiera łagodniejszą postać, ponieważ hemoglobina F zapobiega powstawaniu sierpowatych form erytrocytów. Poziom Hb F wzrasta również w rzadko występującym stanie klinicznym, zwanym HPFH czyli dziedzicznym występowaniu hemoglobiny płodowej F w wieku dojrzałym. Jest to grupa chorób dziedzicznych, w których poziom Hb F jest podwyższony bez hematologicznych lub klinicznych cech talasemii. Mutacje powodujące HPFH różnią się w zależności od grup etnicznych. Hemoglobina F może być również podwyższona w niektórych schorzeniach nabytych, w których występuje upośledzone wytwarzanie czerwonych krwinek. Niektóre białaczki i inne choroby mieloproliferacyjne często przebiegają z podwyższonym poziomem Hb F.      
  • Hemoglobina H - jest to nieprawidłowa hemoglobina występująca w niektórych przypadkach alfa talasemii. Jest zbudowana z czterech łańcuchów globinowych     typu beta, a jej synteza wynika z wytwarzania bardzo krótkiego łańcucha alfa. Pomimo, że każdy z łańcuchów beta ma prawidłową budowę, tetrametr złożony z tych łańcuchów nie pełni swojej czynności. Taka hemoglobina wykazuje zwiększoną zdolność do wiązania tlenu i nie uwalnia go w tkankach odpowiednio do potrzeb.      
  • Hemoglobina Barta - ten rodzaj hemoglobiny powstaje u płodów z alfa talasemią. Jest zbudowana z czterech łańcuchów gamma, z powodu niedoborów     łańcucha alfa i powstaje w sposób analogiczny do hemoglobiny H. Hemoglobina Barta zanika zaraz po urodzeniu, z powodu zaprzestania tworzenia łańcucha gamma.

Można również odziedziczyć dwa różne nieprawidłowe geny - po jednym od każdego z rodziców. Mówimy wtedy o heterozygocie podwójnej lub złożonej. Oto przykłady niektórych istotnych klinicznie złożonych mutacji:

  • Hemoglobinopatia SC. Jest wynikiem odziedziczenia jednego genu beta S (ßS) i jednego     genu beta C (ßC). U osób z tym schorzeniem występuje łagodna     niedokrwistość hemolityczna i umiarkowana splenomegalia (powiększenie śledziony). Mogą również występować powikłania związane z zablokowaniem     przepływu krwi w naczyniach krwionośnych, takie jak w przebiegu niedokrwistości sierpowatej, ale w większości przypadków mają one łagodniejszy przebieg.
  • Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa - Hemoglobinopatia D. Osoby z tym schorzeniem dziedziczą jedną kopię genu kodującego hemoglobinę S i jedną kopię genu kodującego hemoglobinę D-Los Angeles (lub D-Punjab). U tych pacjentów okresowo mogą występować przełomy hemolityczne i umiarkowana     niedokrwistość hemolityczna.      
  • Hemoglobina E - beta talasemia. Osoby, które są podwójnymi heterozygotami w zakresie hemoglobiny E i beta talasemii chorują na niedokrwistość o różnym     stopniu nasilenia, od łagodnej (przebiegającej bez objawów klinicznych) do ciężkiej.      
  • Hemoglobina S - beta talasemia. Stopień nasilenia choroby zależy od odziedziczonej mutacji beta talasemii.  Skutkiem niektórych mutacji jest obniżona synteza beta globiny (beta+), zaś w przebiegu innych całkowicie zanika tworzenie łańcucha beta (beta0). Heterozygoty o typie niedokrwistość sierpowatokrwinkowa - beta+ talasemia mają łagodniejszy przebieg choroby niż heterozygoty o typie niedokrwistość sierpowata - beta0 talasemia, u których częściej dochodzi do powstawania sierpowatych krwinek czerwonych, powikłań zatorowo-zakrzepowych i niedokrwistości o ciężkim przebiegu. W praktyce często trudno jest zróżnicować pomiędzy niedokrwistością sierpowatokrwinkową, a postacią niedokrwistość sierpowatokrwinkowa - beta0 talasemia.


Jakie badania się wykonuje w celu rozpoznania odmian hemoglobiny?


Badania laboratoryjne

Badania laboratoryjne w kierunku odmian hemoglobiny obejmują ocenę budowy czerwonych krwinek (erytrocytów), ocenę zawartości hemoglobiny wewnątrz erytrocytów oraz analizę odpowiednich mutacji, delecji w genach kodujących hemoglobinę. Łączna interpretacja wyników badań pozwala na identyfikację odmiany hemoglobiny. Badania wykonywane w celu poszukiwania odmian hemoglobiny również są wykorzystywane w diagnostyce talasemii. Bardzo często mutacje będące przyczyną talasemii dziedziczone są razem z mutacjami powodującymi powstawanie odmian hemoglobiny.


Badanie morfologii krwi

Morfologia krwi jest badaniem dostarczającym informacji na temat komórek w krwiobiegu. Pozwala na przykład określić liczbę, rozmiar i kształt czerwonych krwinek, a także zawartość hemoglobiny w erytrocytach.
MCV (meancorpuscular volume - objętość krwinki czerwonej) to pomiar wielkości krwinki czerwonej. Niska wartość MCV jest często pierwszym objawem talasemii. Niski wynik MCV przy jednoczesnym wykluczeniu niedoboru żelaza może świadczyć o nosicielstwie mutacji talasemii lub obecności odmiany hemoglobiny, która powoduje mikrocytozę (na przykład Hb E).


Rozmaz krwi obwodowej

W tym badaniu doświadczony diagnosta laboratoryjny ogląda cienką, barwioną warstwę krwi na szkiełku pod mikroskopem. Ocenia się liczbę i rodzaj krwinek białych, czerwonych i płytek krwi oraz prawidłowość ich budowy i dojrzałość. Wiele schorzeń może upośledzać proces prawidłowego powstawania krwinek. Czerwone krwinki mogą być:

  • Mikrocytarne (czyli mniejsze od prawidłowych)
  • Hipochromiczne (niedobarwliwe - blade - mają mniej intensywne czerwone zabarwienie niż krwinki prawidłowe, co oznacza, że zawierają mniej hemoglobiny)
  • Mogą mieć różne rozmiary (anizocytoza) i kształt (poikilocytoza)
  • Jądrzaste (nie jest to prawidłowa cecha dojrzałych erytrocytów)
  • O nierównomiernym rozłożeniu hemoglobiny (pod mikroskopem mają wygląd tarczy strzelniczej)

Im większy odsetek patologicznych krwinek czerwonych, tym większe prawdopodobieństwo występowania choroby i zmniejszonej zdolności czerwonych krwinek do rozprowadzania tlenu.


Wykrywanie odmian hemoglobiny

Badania te pozwalają na zidentyfikowanie rodzaju i zmierzeniu względnej ilości hemoglobiny obecnej w krwinkach czerwonych, za pomocą elektroforezy hemoglobiny,ogniskowania izoelektrycznego lub wysoko sprawnej chromatografii cieczowej(HPLC). Za pomocą tych technik można oddzielić różne rodzaje hemoglobiny na podstawie ich ładunku elektrycznego. Większość powszechnie występujących odmian hemoglobiny można zidentyfikować za pomocą jednej z tych metod bądź ich kombinacji.Względna ilość każdej wykrytej odmiany hemoglobiny może być pomocna w rozpoznaniu połączenia odmiany hemoglobiny i talasemii (złożona heterozygota).


Analiza DNA

Badanie to wykorzystuje się w celu wykrycia delecji i mutacji w genach kodujących łańcuchy alfa i beta globiny. Można je wykonać u członków rodzin, w celu wykrycia nosicieli mutacji oraz innych rodzajów mutacji obecnych u członków rodziny. Badania DNA nie są wykonywane rutynowo, ale są pomocne w rozpoznawaniu odmian hemoglobiny, talasemii i wykryciu nosicieli tych mutacji.


Czy do badania trzeba się przygotować?

Nie.


W jakim celu badania są wykonywane?

Badania odmian hemoglobiny wykonuje się w celu:

  • Wykrycia częstych odmian hemoglobiny u noworodków. We wszystkich stanach w USA są częścią programu badań przesiewowych noworodków. Pozwala to na wczesne rozpoznanie i leczenie niedokrwistości spowodowanej np. obecnością hemoglobiny Hb S.
  • Oceny ryzyka przekazania potomstwu odmiany hemoglobiny. Przesiewowe badania prenatalne przeprowadzane są u matek z grupy wysokiego ryzyka, u osób wywodzących się z określonych grup etnicznych o częstym występowaniu pewnych odmian hemoglobiny (np. pochodzenia afrykańskiego), lub u osób z  dodatnim wywiadem rodzinnym w zakresie genów kodujących hemoglobinę. Badania przesiewowe mogą być wykonywane w połączeniu z poradnictwem genetycznym poprzedzającym planowaną ciążę, w celu określenia ewentualnego nosicielstwa mutacji u rodziców.
  • Identyfikacji odmian hemoglobiny u bezobjawowych rodziców chorego dziecka
  • Identyfikacji odmian hemoglobiny u osób z objawami niedokrwistości nieznanego pochodzenia, przebiegającej z mikrocytozą (mała objętość krwinki czerwonej) i hipochromią (niedobarwliwe - blade czerwone krwinki). To badanie może być również jednym z elementów w diagnostyce różnicowej niedokrwistości.

Co jeszcze należy wiedzieć?

Przetoczenie krwi może wypływać na wyniki badań odmian hemoglobiny.Badania powinny być wykonane nie wcześniej niż kilka miesięcy po transfuzji.Jednak u pacjentów z niedokrwistością sierpowatokrwinkową, badania można wykonać po transfuzji krwi w celu określenia czy przetoczenie krwi dostarczyło wystarczającej ilości prawidłowej hemoglobiny, by zmniejszyć ryzyko uszkodzeń związanych z powstawaniem sierpowatych krwinek czerwonych.
Odkąd w USA włączono wykrywanie odmian hemoglobiny do programu badań przesiewowych noworodków,zdiagnozowano tysiące dzieci będących nosicielami mutacji. Wynika to z zastosowania nowoczesnej technologii badań, a nie ze zwiększonej częstości występowania mutacji w genach.Jedna kopia zmutowanego genu nie wpływa na zdrowie dziecka, ale dostępność tego typu informacji znacznie zwiększyła potrzebę wiedzy na temat odmian hemoglobiny i ich dziedziczenia.

Linki

TheSickle Cell Disease Association of America
Sickle Cell Information Center

National Institutes of Health: What is Sickle Cell Anemia?
The Children's Hospital of Oakland, Northern California ComprehensiveThalassemia Center
University of Rochester Medical Center, Division of Genetics Hemoglobinopathies
National Newborn Screening & Genetics Resource Center, Newborn Screening
National Human Genome Research Institute, Sickle Cell Disease
Thalassemia