红细胞缺陷与疟疾关系研究近况

【关键词】  红细胞异常；疟疾

　　疟疾在多数热带地区仍然是一种多见的公共健康问题，仅在撒哈拉周围的非洲地区每年发生恶性疟原虫性疟疾疫情就超过５亿，并导致超过百万的儿童死亡［1］。疟疾是种群进化进程中对人类进行选择的主要因素之一，在人类高度多样性的基因组中，有的基因由于其表达而赋予了人类抵抗疟疾的能力，使得他们能够在疟疾流行区中得以存活下来，这些基因在特定人群中也得以浓集。这类基因在保护人类免患疟疾的同时，另一方面也导致人类某些遗传病的发生，从而影响了人类的健康，减弱了人类对自然环境的适应性，也导致了某一群体中的这些基因特殊的平衡多态性。红细胞不仅为疟原虫提供食物和寄生场所，而且疟疾感染的许多病理特征都跟疟原虫与感染红细胞、未感染红细胞及其他组织相互作用有关。近年来许多研究显示，疟疾保护作用都与影响红细胞结构与功能的基因有关。现将研究进展综述如下。

　　1  疟疾与红细胞膜蛋白

　　1.1  血型糖蛋白C  红细胞表面某种特殊蛋白的缺失，将影响疟原虫入侵红细胞包括黏附、重新定位、结合和内化等一些关键环节，这些特殊蛋白包括唾液酸性糖蛋白A和B等。近来的一些研究发现了第三受体及血型糖蛋白C的重要性，编码血型糖蛋白C基因（GYPC）外显子3的缺失，使Gerbich血型抗原（Ge）阴性，赋予抵抗疟疾从而保护人类免患疟疾。在试管试验中发现，GYPC外显子3有抵御某些亚群疟原虫入侵红细胞的能力，这类疟原虫通过恶性疟裂殖体红细胞结合抗原140（EBA-140）途径入侵红细胞［2］。进一步研究发现，GYPC外显子3也是卵形红细胞症的主要诱因，这可以对疟原虫通过上述途径入侵红细胞提供保护。然而，目前还没有临床上的研究报道GYPC外显子3与临床疟疾的相关性，因此，还需要作进一步的研究，阐明GYPC外显子3与疟疾保护之间的关联性。

　　1.2  Duffy和ABO血型  有几种血型已被认为与保护人类免患疟疾有关，常见的是Duffy血型和ABO血型。大部分西非人、许多东非人都具有Duffy血型。Duffy血型基因有3种等位基因即Fya、Fyb和Fyo，红细胞表面具有Fya或Fyb因子的黑人对间日疟完全是敏感的［3］。在Duffy血型基因的3种等位基因中，Fyo与红细胞的抗原缺失有关，其在非洲撒哈拉人群中出现的频率高且较稳定，而在其他人群中较少，Fyo纯合子对间日疟不敏感［4］。有研究报道［5］A型血疟疾病人的血红蛋白水平低，与其它血型的疟疾病人相比发生昏迷的危险性更高，提示该人群患重症疟疾与血型有关。但ABO血型与疟疾之间无显著关联的现象在印度及其它地方亦有报道。

　　1.3  CR1表达缺陷  红细胞CR1是红细胞表面的Ｉ型补体受体(C3bR:CD35)，是一种存在于多种细胞膜上的单链跨膜糖蛋白，具有4种异型，分子量依次为160、190、220、250。CR1的配体有C3b、C4b、iC3b、iC4b，其中以C3b的亲和力最强。正常人每个红细胞上所含CR1拷贝数在200～1000个之间。红细胞CR1主要有两个生理功能:一是作为丝氨酸脂酶因子Ι的辅助因子，裂解C3b为iC3b；二是CR1可结合粘有C3b、C4b、iC3b的免疫复合物及微生物，且直接将这些颗粒转运到网状内皮系统。CR1在免疫黏附、清除免疫复合物(CIC)、促进吞噬、呈递抗原、识别抗原、参与免疫调节、直接破坏抗原物质等均发挥重要作用。
    　　
　　恶性疟原虫红细胞膜蛋白1(PfEMP1)是一种在恶性疟原虫感染的红细胞膜上表达的一种主要黏附分子，可以与内皮细胞和未感染红细胞上的几种受体相互作用。这种黏附的相互作用使红细胞形成玫瑰花结引起红细胞在微血管系统中阻塞导致疟疾病情加重。CR1被认为是玫瑰花结形成的主要受体，在非洲的众多研究都发现，许多严重的疟疾都有这种细胞成团现象。CR1基因表达调控机理还不完全清楚，在白种人和黄种人，最多见的CR1多态性似乎与CR1表达数量有关，而在黑人，CR1多态性影响CR1的结构，并决定Knop血型抗原。与其他疟疾保护基因相同，许多CR1基因多态性的发生频率在疟疾高发区经常很高［6］。同时研究也显示CR1的低表达在某些人群具有抵抗严重疟疾而在一些人群却无抵抗作用，这些不同结果可以解释如下：CR1表达随年龄变化而改变、不同疟疾高发区流行性不同及CR1与其他基因的相互作用所造成。对于这种疑问，目前的研究显示要找出疟疾防护综合作用的机理是困难的，在对不同的人群进行更多的研究之前，CR1的作用尚不能定论。

　　1.4  卵形红细胞症  卵形红细胞症（Ovalocytosis）在东南亚和美拉尼西亚低海拔热带疟疾流行区流行，也称为东南亚卵形红细胞症（SAO），在西太平洋地区发病率亦高，患者的红细胞膜硬性增加。体外试验观察发现，细胞膜硬性增加，减少了恶性疟原虫的侵入，降低了疟原虫密度，体外试验亦显示病人及其父母的红细胞均对疟原虫感染具抵抗作用。SAO可由多种不同的遗传障碍引起，在很长一段时间里被认为是一种强有力疟疾防护的候选者。SAO是由编码红细胞膜蛋白带3基因中27碱基对缺失的杂合性（SLC4A1D27）引起，其可强有力抵抗恶性疟疾特别对脑型疟疾有很高的特异性［7］。Cortes等［8］发现在多数SAO人群都伴随着对疟疾侵害有显著的抗性，但不是所有的都具有这种特性，提高防护的可能性只是由于其对引起严重疾病的寄生虫亚群具有抗性。他们同时发现恶性疟原虫（P. falciparum）感染SAO的红细胞对内皮细胞受体CD36的黏附能力明显增加，但认为对内皮细胞受体的黏附并不是在大脑脉管内皮组织中的表达，而可能是通过别的受体充当媒介，以减少神经脉管的黏合。有趣的是，在这些实验中SAO红细胞相关抗感染都是那些有能力与细胞间黏附分子1（ICAM-1）结合的寄生虫，可见ICAM-1是大脑内红细胞黏连的主要侯选受体［9］。然而，与Gerbich血型抗原（Ge）阴性相同的是，SAO对寄生虫携带者中的无症状个体的发病率或密度没有明显的影响［7］。因此，SAO赋予疟疾防护机理需要更多的研究来证实。

　　2  疟疾与红细胞酶
      
　　红细胞葡萄糖6磷酸脱氢酶（G6PD）缺陷，是常见的红细胞酶病，而引起G6PD缺陷的主要原因是G6PD基因突变。由性染色体遗传的G6PD缺乏症对疟疾防护作用多年来一直被怀疑，原因是它在疟疾多发地区人群中的高发病率及多基因起源；关于这个假说已通过对突变G6PD基因中的Ａ基因和地中海贫血等位基因的单体分析得到证实。随机遗传漂移学说可以解释以上两种基因单体在近一万年内各自发生了进化。关于抗疟疾的选择性通过临床防护研究的一致性得到证实，然而这种防护作用的机理仍不明确。现在有研究表明这涉及到未成熟红细胞早期的吞噬作用，环形期时感染G6PD缺乏症的红细胞通过IgG沉积作用和表面补体的作用使其吞噬作用比受感染的正常红细胞高１倍以上。目前已明确这种防护机理可能是缺陷细胞内受损的抗氧化剂损伤防御引起的加速氧化膜损伤，同时可适用于其它抗疟疾多态现象，包括一些血红蛋白变异［10］。同时研究，杂合鼠的分离抗核抗体血清饱和度的鉴定，G6PD缺乏症认为可影响另一些红细胞酶产生功能性变异，如丙酮酸激酶，是一种对鼠类寄生虫夏氏鼠疟原虫（P.chabaudi）抵抗力决定的酶［11］。更多的研究旨在证明肝红细胞丙酮酸激酶（PKLR）多态性在人体是否也具有疟疾防护作用，如果有，它们是否具有相同的作用机理?这些都还有待研究。

　　3  疟疾与血红蛋白病
   
　　血红蛋白病是已知的最常见单基因异常病。常见血红蛋白病有α-地中海贫血、β-地中海贫血、HbS、HbC和HbE等，从全球来看，疟疾和常见血红蛋白病的地理分布大致吻合，微观流行病学调查也证实了两者之间的密切联系。然而，一些复杂的情况单纯用疟疾与血红蛋白病关系的假说无法解释清楚。首先，在某些地区，血红蛋白病与疟疾的分布并不一致，其次，世界上没有两个地区具有同样的血红蛋白病，或没有各种血红蛋白病的相同组合，大多数基因突变仅发生一次且每个地区有其特定的基因突变类型。应用突变的分子特征和携带有血红蛋白病单倍体染色体分析显示，疟疾、遗传漂变和人口流动的综合选择能解释第一种复杂的情况。疟疾的选择作用仅发生在相对较近的时期(5000年内)，自然选择提高了当地人群中散发突变基因的频率，这是对第二种情况的解释。只要时间足够长，保护人类又不致危害携带者健康的突变将会广泛的传播，但是，人类的干预将会改变这一自然选择的过程。

　　3.1  地中海贫血  地中海贫血是在地中海地区、东南亚、、印度、菲律宾和非洲常见的红细胞异常，纯合子地中海贫血是一种高度致死性疾病，这一异常与疟疾在地理分布上的相关性，说明这一基因反映了疟疾对人类的自然选择和这一基因保护人类免患疟疾的作用。多个种群研究给予了支持性证据，那就是α-地中海贫血对严重或致命的疟疾有保护作用，也有少数数据显示它对轻度疟疾发作也有保护作用，然而却对无症状寄生虫血症无保护作用［12］。可见对疟疾的保护作用可能是由疫苗引起的，也可能是感染良性寄生虫如间日疟所产生的交叉免疫引起的；然而不像血红蛋白AS(HbAS)，α-地中海贫血不能减少疟疾患者血液中寄生虫的密度［13］，而且，由于HbAS可以保护所有形式的临床疟疾，而α-地中海贫血仅仅保护严重的疟疾性贫血［12］。相关的证据还有α-地中海贫血与低表达CR1相关联。因此，一个合理的假设是，α-地中海贫血通过降低CR1表达而减少玫瑰花结形成达到保护疟疾源性贫血。

　　3.2  Hb结构变异体

　　3.2.1  HbC  许多Hb结构变异体对疟疾效果都得到了群体遗传数据的支持，但是临床研究提供的数据累积太慢。早期对HbC的研究未能使人信服，但近来的研究显示其可以显著抵抗严重疾病。相对来说，用HbS治疗病人要排除镰刀红细胞病纯合子，现在看来，似乎纯合子（HbCC）中HbC的优势相对最大。Modiano 等［14］的一项大型研究表明，尽管HbAC 的疗效很明显但相对HbCC高于90%的疗效来说它毕竟只有30%。HbC纯合子的优势与两个小型实验观察数据一致，但都没有得出明确说服力的证据，因为HbCC中没有严重疟疾患者［15］。
    　　
　　多年来，HbC治疗机理假说多倾向于它能够降低RBCs变异体中Ｐ.falciparum 寄生生长和繁殖的能力；但是大多数体内研究数据认为HbC没有影响寄生虫密度的效果。有一个体外试验研究认为含HbC的红细胞会减少编码RBC黏附蛋白PfEMP1的表达［16］。iRBC细胞黏附分子和几种严重的疟疾病有关，尽管在极少数几个严重病例中没有明显的效果，但这些观察结果仍可以解释HbC如何影响严重疾病的发生。然而，和许多其它异常RBCs一样，HbC RBCs特别喜欢氧化抑制环境，这些观察结果也可以说明体外试验只是一些假象，有待进一步研究。

　　3.2.2  HbE  HbE是地方性疟疾人群中鉴定出来的第一个研究对象，亚洲的HbE在疟疾流行发生的频率最高，这一异常与疟疾在地理分布上有相关性，提示这一基因是人类的选择来保护人类免患疟疾的结果。近来对泰国人群遗传研究也认为，HbEβ26Glu→lys是东南亚人群中最常见的变异体，它的流行周期才延续了5000年，其变异程度若没有某些强势的正向选择是无法完成的。有临床研究发现HbE治疗可以减轻患有急性P.falciparum严重疟疾成年人的病情。像HbC一样，HbE纯合子相对较好，因此保留了对纯合子选择的可能性。Chotivanich等［17］在包含正常和RBCs变异体的混合培养基中培养P.falciparum寄生虫发现，HbAE杂合子的RBCs仅有25%显示出易被感染，说明存在未确定的膜缺陷给予大多数RBCs的抗病性。这就都表明HbAE可能通过限制感染高密度寄生虫而遏制了严重疟疾。

　　3.2.3  HbS  非洲的HbS在疟疾流行区的频率最高，HbS也是第一次鉴定出来与疟疾治疗相关的Hb变异体。HbAS治疗致死性严重疟疾效果超过90%，对临床温和型疟疾也有50%的疗效，而且，当携带HbAS的儿童患上疟疾时，期间产生的寄生虫密度远远低于非HbAS对照组［18］。然而，有人一直认为，治疗应该包括免疫成分，最近的研究也对这种说法提供了强有力的支持，首先，在肯尼亚海滨对临床温和型疟疾的研究认为，针对HbAS的疗效随年龄增长而增加［19］，和HbAS可能会加速疟疾特异性免疫的结论相一致。Cabrera等［20］在加蓬的另一项研究中，与正常儿童对比，HbAS会产生更高的PfEMP1IgG抗体。同样，HbAS还会在同一群体中对其他抗原的免疫范围产生作用［21］，这样HbAS治疗疟疾的作用机理就会得到圆满解释。

【】
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