结合珠蛋白血症

触珠蛋白（HP） 是一种与游离血红蛋白结合的血浆糖蛋白（参见141800），具有 2 个 α 和 2 个 β 多肽的四聚体结构，它们通过二硫键共价结合。在人群中，有 3 种常见的遗传触珠蛋白类型，Hp1（ 140100.0001 ）、Hp2（ 140100.0002 ） 和杂合表型 Hp2-1，反映了 HP 多肽的遗传变异（Yang 等人，1983 年总结）。

▼ 克隆与表达

有两个基因座被认为与触珠蛋白合成有关，1 个用于 α 链，1 个用于 β 链。Haugen 等人的研究结果（1981）表明α和β链由单个基因编码。他们使用来自松节油处理的大鼠肝脏的 mRNA 制剂，在兔网织红细胞无细胞翻译系统中研究了触珠蛋白的从头生物合成。使用对 α 亚基、β 亚基或天然异源四聚体特异的抗血清分析翻译混合物总是会回收分子量约为 38.0 kD 的单个蛋白质，在溴化氰或胰蛋白酶消化下分解成小的消化性片段，与抗-α或抗-β抗体发生特异性反应。作者得出结论，触珠蛋白 mRNA 的主要翻译产物是一个单一的多肽，包含 α 和 β 亚基的元素。

Black 和 Dixon（1968）报道了触珠蛋白 α 链的氨基酸序列。α 链的一级结构和 γ 球蛋白轻链的一级结构有相似之处；还有功能同源性，因为两者都与特定蛋白质形成复合物。假设有一个共同的进化起源。Dayhoff（1972）总结了氨基酸序列数据。

根据氨基酸序列数据，触珠蛋白与糜蛋白酶原家族的丝氨酸蛋白酶同源（Kurosky 等，1980）。

杨等人（1983）通过使用混合寡核苷酸探针筛选成人肝脏文库，孤立出含有 cDNA 编码触珠蛋白的重组质粒。在 α 和 β 序列之间推断出迄今为止未知的精氨酸残基，这可能是有限蛋白水解的可能位点，导致成熟触珠蛋白的单独 α 和 β 多肽形成。结合珠蛋白 α-β 连接区与组织型纤溶酶原激活剂的重轻链连接区的比较加强了结合珠蛋白和丝氨酸蛋白酶的进化同源性。

▼ 基因功能

除人类外，在任何物种中均未发现 α-2 链。Black 和 Dixon（1968）提出 α-2 链具有选择性优势，因为它们增加的大小减少了结合珠蛋白-血红蛋白复合物通过肾脏的损失，同时血红蛋白结合不受损害，血红素降解增强。

结合珠蛋白可防止血红蛋白增强细菌生长（Eaton 等人，1982 年）；这可能是多态性的基础。

触珠蛋白的主要功能是结合血红蛋白（Hb） 以形成稳定的 Hp-Hb 复合物，从而防止 Hb 诱导的氧化组织损伤。Hp-Hb 复合物的清除可由单核细胞/巨噬细胞清除剂受体 CD163（ 605545 ） 介导。阿斯莱等人（2003）使用放射性标记的 Hp 在稳定转染 CD163 的细胞系和表达内源性 CD163 的巨噬细胞中评估了 Hp 的清除功能。他们发现CD163对Hp1-1-Hb的清除率明显高于Hp2-2-Hb。因为糖尿病与血清蛋白（包括 Hb）的非酶糖基化增加有关，Asleh 等人（2003）还用糖基化和非糖基化 Hb 评估了 Hp 的抗氧化功能。他们发现 Hp 阻止由糖基化 Hb 介导的氧化的能力严重受损，并提出糖尿病、心血管疾病和 Hp 基因型之间的特定相互作用是快速清除糖基化 Hb-Hp 复合物的紧迫性的结果。内皮下空间，然后才能将低密度脂蛋白氧化修饰为致动脉粥样硬化的氧化低密度脂蛋白。

触珠蛋白是一种不寻常的分泌蛋白，因为它在内质网而不是在高尔基体中进行蛋白水解加工。Wicher 和 Fries（2004）发现 C1RL（ 608974 ） 介导了这种分裂。HP 前体（proHP） 和 C1RL 在 COS-1 细胞中的共表达导致 proHP 在内质网中的切割。C1RL 显示出对 proHP 的特异性，因为它不切割补体 C1s 的形式，这是一种类似于 HP 的蛋白质，特别是在切割位点周围。通过 RNA 干扰抑制 C1RL 表达可将 proHP 的切割减少多达 45%。

▼ 测绘

罗布森等人（1969）提出证据表明 α 触珠蛋白基因座位于 16 号染色体的长臂上。在一个有 46t（2G-;16G+） 和一个有 46t（1-;16+） 的家族中，触珠蛋白类型与易位染色体相关联.

Gerner-Smidt 等人（1978）在一个具有平衡易位的家族中发现了证据，这与 α-触珠蛋白基因座位于带 16q22 附近的观点一致。波维等人（1980）提出的新数据表明 16qh（近着丝粒异染色质异型性）和 α-Hp 的雄性重组分数约为 0.2。

通过原位杂交，Simmers 等人（ 1985 , 1986 ） 表明触珠蛋白基因位于脆弱位点的远端，该脆弱位点精确定位在带 16q22.1 的近端。发现触珠蛋白与之相关的脆弱位点（Magenis 等人，1970 年）被称为 fra（16）（q22） 或 FRA16B（ 136580 ）。

▼ 生化特征

晶体结构

安徒生等人（2012）介绍了猪触珠蛋白-血红蛋白二聚体的晶体结构（见141800） 复合物以 2.9 埃的分辨率测定。这种结构揭示了结合珠蛋白分子通过 2 个补体控制蛋白（CCP） 结构域之间的意外 β 链交换而二聚化，从而定义了新的融合 CCP 结构域结构。触珠蛋白丝氨酸蛋白酶结构域与血红蛋白的 α 亚基和 β 亚基形成广泛的相互作用，从而解释了触珠蛋白和血红蛋白之间的紧密结合。α-β 二聚体中的血红蛋白相互作用区域与构成天然血红蛋白四聚体的 2 个 α-β 二聚体之间的界面高度重叠。暴露于血红素诱导的活性氧物质后易于氧化修饰的几个血红蛋白残基被埋在触珠蛋白-血红蛋白界面中，从而显示出触珠蛋白的直接保护作用。605545 ） 从复合物远端的表面突出，与相关的血红蛋白 α 亚基相邻。与 CD163 的配体结合片段结合的人触珠蛋白-血红蛋白的小角 X 射线散射测量证实了该区域的受体结合，并表明刚性二聚体复合物可以结合 2 个受体。

▼ 进化

参见Maeda 和 Smithies（1986）对触珠蛋白基因进化的回顾。

在黑猩猩中，触珠蛋白家族中有 3 个基因（触珠蛋白，HP；触珠蛋白相关，HPR；触珠蛋白-灵长类，HPP），而在人类中只有 2 个基因（HP 和 HPR）。人类的 2 基因簇是在人类和黑猩猩谱系分离后通过不等同源交叉删除大部分第三个基因而形成的。黑猩猩中的 3 基因触珠蛋白簇在其进化过程中显示出许多重组、插入和缺失的证据。在恒河猴中，Erickson 和 Maeda（1994）在来自 2 个恒河猴家族的 11 个个体中发现了 6 种不同的单倍型。6 种单倍型包括 2 种触珠蛋白基因簇：一种具有单个基因，另一种具有 2 个基因。DNA序列分析表明，1-基因簇和2-基因簇均由祖先3-基因簇的2个基因之间的不等同源交叉形成，靠近该基因的最长外显子5外显子。该外显子也是在人类谱系中发生的单独不平等同源交叉的位置，以从祖先的 3 基因簇形成人类 2 基因触珠蛋白基因簇。恒河猴和人类在同一 DNA 区域内发生孤立的同源不等交叉表明灵长类动物中触珠蛋白基因簇的进化历史是该基因最长和最保守的外显子促进的频繁同源配对的结果。外显子 5 包含 700 多个核苷酸。

▼ 分子遗传学

当Smithies（1955）通过淀粉凝胶电泳研究时，发现触珠蛋白，即 α-2-球蛋白，其名称来源于它们结合蛋白质的能力。除了主要类型（Hp1，140100.0001；Hp2，140100.0002）之外，还鉴定了几种触珠蛋白变体，并提供了通过重复（通过不等交换）和随后的孤立突变进行基因进化的证据。

当 Hp2（ 140100.0002 ）/Hp1 杂合子中合成的 Hp2 多肽的量少于 Hp1 多肽的量时，产生触珠蛋白 2-1 修饰（Hp2-1mod） 表型。Maeda（1991）表明，来自具有修饰表型的个体的 Hp2 DNA 在触珠蛋白启动子区域的白细胞介素 6（IL6） 响应元件之一的核苷酸位置 -61 处具有 C 代替正常 A。在来自无关美国黑人的 DNA 中，通过 PCR 扩增的触珠蛋白启动子区域的直接测序显示，在所有 10 名具有修饰表型的人中，C 为 -61，在 4 人中有 2 人具有可能的修饰表型，而在 15 人中没有一个具有标准 Hp2-1 表型。Connell 和 Smithies（1959）首次描述了 2-1 修饰表型. Giblett（1959）发现它在黑人中相对常见，但正如Harris 等人所发现的那样（1960），它发生在其他种族。在研究的人群中，Maeda（1991）发现了 3 个其他启动子序列。这可以解释修饰表型的变异性。在急性期反应期间，Hp2 等位基因对 IL6 依赖性因子的反应可能存在差异。

已发现具有 α 多肽电泳迁移率变化的触珠蛋白变体（Giblett 等人，1966），而其他，例如，“马尔堡”表型，已发现在 β 多肽链中具有改变（Cleve 和 Deicher， 1965 年）。Javid（1967）描述了触珠蛋白 β 多肽链的遗传变异体，并建议将该基因座称为 Bp（用于“结合肽”，因为 β 链与血红蛋白结合），而已知较长的 α 链基因座称为 Hp。克利夫等人（1969）得出结论，触珠蛋白 Marburg 是突变事件的结果，而不是单碱基取代。触珠蛋白 P 是另一种 β 变体。

查佩尔等人（1982）发现 Hp 2-2 与心肌梗塞的严重程度之间存在关联。

人类触珠蛋白 HP2 等位基因包含一个 1.7-kb 的基因内重复，该重复是在原型 HP1 等位基因之间的独特非同源重组后产生的。Asakawa 等人在对 13,000 名暴露于原子弹辐射的幸存者儿童和 10,000 名未受过原子弹辐射的儿童进行基因筛查时（1999）确定了 2 名怀疑在 HP 基因座处携带新生突变的儿童（每组 1 名）。对 Epstein-Barr 病毒转化的 B 细胞的单细胞衍生集落的 DNA 分析显示，这 2 名儿童是由 HP2/HP2 和 HP2/HP1 细胞组成的马赛克，比例约为 3:1推测后一种细胞是通过切除1个片段的HP2等位基因的重复片段之间的分子内同源重组，将1个HP2等位基因回复为HP1引起的。因为嵌合现象很大（大约 25%），这种重组一定发生在早期胚胎发生中。发现这些孩子的频率和他们的嵌合程度对应于发育过程中每个细胞的 HP2 到 HP1 回复率为 8 x 10（-6）。浅川等人（1999）通过对单个个体使用 PCR 测试了这一预测，并在体细胞和精子细胞中分别以 4 x 10（-6） 和 3 x 10（-6） 的频率发现了 HP1 等位基因。通过 PCR 在所有 4 个其他 HP2-2 个体中检测到 HP*1 等位基因，这支持了人类重复区域内同源重组的常规但罕见的体细胞发生，以及先前在小鼠和果蝇中的观察。

利维等人（2002）确定了 206 名心血管疾病患者和 206 名匹配对照者的触珠蛋白表型。在控制传统心血管疾病风险因素的多变量分析中，Levy 等人（2002）发现，对于患有糖尿病的个体，Hp2-2 表型患心血管疾病的几率比 Hp1-1 表型高 5.0 倍（p = 0.002）。心血管疾病的中等风险与 Hp2-1 表型相关，并且对于没有糖尿病的个体，触珠蛋白类型的风险没有显着差异。

Roychoudhury 和 Nei（1988）将等位基因变异的基因频率数据制成表格。

哈德威克等人（2014 年）从扩展的单倍型分析或与病原体丰富度矩阵的相关性中，没有发现在 52 个种群中自然选择 HP 变体 Hp1 和 Hp2 的证据。

结合珠蛋白血症和低结合珠蛋白血症

Koda 等人通过 ELISA 分析 9,711 份无关血样发现了 一名日本人的无结合珠蛋白血症（也称为无结合珠蛋白血症）（614081 ）（1998）在染色体 16q22（ 140100.0003 ）上鉴定了一个纯合 28-kb 缺失等位基因，从 HP 基因的启动子区域延伸到触珠蛋白相关基因（HPR; 140210 ） 的外显子 5，导致一个无效等位基因 HP0。来自 3 个家庭的 7 名日本人患有低触珠蛋白血症（见614081） 携带 HP0 缺失等位基因，具有 1 个共显性 HP 多态性的复合杂合性。与具有 HP2/HP2 基因型的对照相比，具有基因型 HP2/HP0 的 6 名个体的触珠蛋白水平极低，而具有 HP1/HP0 基因型的 1 名个体的血清水平约为具有 HP1/HP1 的对照水平的一半基因型。这证明了基因剂量效应。

泰耶等人（2003 年）发现，通过双重免疫扩散和蛋白质印迹评估，123 名无法检测到疟疾感染的加纳人中有 17 人（13.8%）的血清结合珠蛋白降低。9 人（7.3%） 为无结合珠蛋白血症，8 人（6.5%） 为低结合珠蛋白血症。HP 基因（ 140100.0004 ） 中的 -61A-C 多态性与无结合珠蛋白血症（p = 0.0125） 之间存在很强的关联。

泰耶等人（2004）确定了一个加纳人的 HP 基因（I247T; 140100.0005 ） 中的杂合突变，该人通过几种检测方法评估为无触珠蛋白血症。当转染到 COS-7 细胞中时，I247T 突变导致 HP 蛋白的表达降低。该个体也是亚型 -61A-C 等位基因（ 140100.0004 ） 的纯合子。

▼ 动物模型

权等人（2019）发现与野生型相比，Hp 缺陷小鼠的骨量减少，破骨细胞数量增加。体外研究表明，Hp 通过降低破骨细胞分化早期的Fos（ 164810 ） 蛋白水平来抑制破骨细胞生成。Hp通过依赖 Tlr4（ 603030 ） 的机制 上调 Ifn-β（IFNB1; 147640 ） 来抑制 Fos。

▼ 历史

根据对 13 号环状染色体及其家族病例的研究，Bloom 等人（1967）得出结论，触珠蛋白 α 基因座位于 13 号染色体的一端或另一端附近。后来证明这是不正确的。

卡斯蒂廖内等人（1985）在 12 个图谱单元内没有发现 HP 和 APRT 之间存在联系的证据，尽管这两个基因座以前都在 16q22 带内进行了图谱。Fratini 等人的发现解释了明显的不一致（1986） APRT 位于 16q24，基因顺序为 cen--FRA16B--HP--FRA16D--APRT--qter。

▼ 等位基因变体（ 5个精选示例）：

.0001 触珠蛋白，α-1，快慢多态性
惠普，LYS53GLU
α-1 的快速和慢速形式，即所谓的电泳迁移率，在 54 位的氨基酸、赖氨酸（F） 或谷氨酸（S） 上有所不同（Black 和 Dixon，1968 年）。

杨等人（1983）指出 lys 到 glu 的变化发生在密码子 53。

Maeda（1991）指出，HP1F 和 HP1S 多肽在第 52 位和第 53 位有 2 个氨基酸不同：HB1F 中的天冬氨酸和赖氨酸以及 HP1S 中的天冬酰胺和谷氨酸。

.0002 触珠蛋白，α-2
惠普，1.7 KB DUP
α-2 链起源于杂合 α-1F/α-1S 人的染色体畸变（不等交叉）。α-2 链几乎是 α-1 链的两倍，由 α-1F 和 α-1S 组成（Black and Dixon, 1968）。HP2 等位基因具有 1.7 kb 的内部重复，其中包括 2 个 α 链外显子。HP2-α多肽由142个氨基酸组成，而HP1-α多肽有83个氨基酸（Maeda，1991）。马勒斯等人（1993）表明 HP2 与 HP2/HP1 杂合子中的 HP1F 或 HP1S 等位基因之间的同源交换可以将 HP2 的常见类型改变为 3 种其他形式：HP2SS、HP 2FF 或 HP2SF。马勒斯等人（1993）描述了一个核心家族，其中一个父母中不常见的基因型 HP * 2SS 在将基因型分配给核心家族的其余部分时引起了最初的混淆。

.0003 无血红蛋白血症
包括低触珠蛋白血症
惠普，德尔
在一名患有无结合珠蛋白血症的日本人（ 614081 ） 中，Koda 等人（1998）发现了 16 号染色体片段的纯合性缺失，该片段至少从 HP 的启动子区域延伸到 HPR-α 但不延伸到 HPR-β。此外，他们发现 7 人患有低触珠蛋白血症（见614081） 3个家系，7个人中有6个人的基因型为HP2/HP-del。与 52 名具有 HP2 表型的健康志愿者的水平相比，患有低触珠蛋白血症的 HP2/HP-del 个体的触珠蛋白水平极低，而患有 HP1/HP-del 的个体的血清触珠蛋白水平为 0.50 mg/ml，这大约是 HP1 表型对照血清中触珠蛋白水平的一半，显示出基因剂量效应。通过对所有外显子进行 DNA 测序，发现 HP2/HP-del 个体的另一个等位基因（HP2） 没有突变。低触珠蛋白血症和无触珠蛋白血症没有明确的病理后果。

在日本、韩国和中国发现了由 16 号染色体上约 28 kb 的片段纯合缺失引起的结合珠蛋白血症，该片段从 HP 基因的启动子区域延伸到结合珠蛋白相关基因（HPR; 140210 ） 的外显子 5，但不在别处。在这些国家，结合珠蛋白血症具有重要的临床后果；它负责输血中的过敏反应（Koda 等人，2000 年；Morishita 等人，2000 年）。泰耶等人（2003）发现加纳（西非）所谓的 Hp0 结合珠蛋白血症表型（见140100.0004）与亚洲的遗传基础不同。

.0004 嗜血球蛋白血症，易感性
惠普，-61A-C
在西非的加纳，Teye 等人（2003）发现 HP 基因启动子区域中的 -61A-C 碱基替换与结合珠蛋白血症（ 614081 ） 相关，并且与 HP*2 等位基因（ 140100.0002 ） 密切相关。发现这种碱基取代显着降低了转录活性。

.0005 嗜血球蛋白血症，易感性
惠普，ILE247THR
在一名患有无结合珠蛋白血症的加纳患者（ 614081 ） 中，先前发现 HP 基因（ 140100.0004 ） 启动子区域中的 -61A-C 颠换是纯合子（ Teye 等人，2003 年），Teye 等人（2004）鉴定了外显子 7 中的杂合 6802T-C 转换，导致 ile247 到 thr（I247T） 突变。与野生型相比，当转染到 COS-7 细胞中时，I247T 突变导致 HP 蛋白的表达降低。