CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Dịch tễ học β-thalassemia 1. Phân bố bệnh β-thalassemia trên thế giới β -thalassemia là loại bệnh di truyền liên quan chặt chẽ với nguồn gốc dân tộc, phân bố khắp toàn cầu, song mang tính chất địa dư rõ rệt, số người mang gen bệnh trên thế giới rất lớn [13]. Những trường hợp thalassemia phát hiện đầu tiên năm 1925 là β- thalassemia ở bờ Địa Trung Hải, là người có nguồn gốc Hy Lạp và Italia.
Sau đó bệnh đã được phát hiện ở rất nhiều nước trên thế giới. Gen bệnh β-thalassemia phân bố rất rộng trên thế giới, từ vùng Địa Trung Hải, qua khu vực Trung Đông, tới Đông Nam Châu Á và Bắc Phi. Theo Liên đoàn Thalassemia quốc tế (2005) ước tính có 1,5% dân số thế giới mang gen β-thalassemia, ít nhất có từ 80-90 triệu người mang gen bệnh, và cứ mỗi năm có tới 60.000 trường hợp mới sinh mang gen bệnh. Toàn Châu Á có trên 60 triệu người mang gen β-thalassemia.
Riêng khu vực Đông Nam Châu Á trong đó có Việt Nam, ước tính số người mang gen β- thalassemia chiếm tới 50% người mang gen toàn cầu, khoảng 40 triệu người. Còn ở các nước phát triển, Châu Âu và Châu Mỹ, ước tính người mang gen β- thalasemia chỉ chiếm 10-13% người mang gen trên thế giới [2][14]. Phân bố bệnh hemoglobin trên thế giới( Theo Galanello, et al)[2] 5 Tần số mang gen β-thalassemia rất cao ở nhiều nước ở bờ Địa Trung Hải, Châu Âu, như ở Cyprus là 10%, Hy Lạp là 8%, Albania là 8%, Italia là 4,8%. Ở Châu Mỹ, tỷ lệ mang gen β-thalassemia ở Guyana tới 10% dân số.
Ở khu vực Châu Á tần số mang gen β-thalassemia ở Ấn Độ từ 3-17% dân số, ở Lào là 9,6%, ở Thái Lan từ 3-9%, ở Indonesia là 4% [15] [16] [17]. Phân bố β-thalassemia và HbE ở các nước Đông Nam Á (Theo Fucharoen, et al)[17] Do gen β-thalassemia phân bố rất rộng rãi trên toàn cầu, đồng thời cùng với việc lưu hành nhiều bệnh hemoglobin khác như HbE, HbS do đó hàng năm sinh ra một số lớn trẻ bị thể đồng hợp tử β-thalassemia cũng như thể dị hợp tử kép, phối hợp với một hemoglobin bệnh khác như HbE/β-thalassemia, HbS/β-thalassemia. Đây là những thể bệnh nặng của β-thalassemia, đòi hỏi phải điều trị suốt đời, số đông phải phụ thuộc vào truyền máu [1] [18]. β-thalassemia ở Việt Nam Bệnh hemoglobin nói chung và thalassemia nói riêng đã được chú ý khá sớm ở Việt Nam.
Những nghiên cứu ban đầu từ thập kỷ 70, 80 và 90 ở thế kỷ XX, đều hướng về nghiên cứu dịch tễ học và lâm sàng. Tiếp theo những năm gần đây đã có một số nghiên cứu tiếp về điều trị, về đột biến gen thalassemia. Các nghiên 6 cứu cho đến nay ở Việt Nam đều thống nhất bệnh hemoglobin khá phổ biến, phổ biến là α-thalasemia, β-thalassemia và HbE. Bệnh phát hiện thấy ở tất cả các tỉnh thành trong cả nước, ở nhiều dân tộc khác nhau [4].
Bệnh phổ biến nhiều hơn ở dân tộc ít người, ở các tỉnh miền núi và cao nguyên, so với người Kinh và vùng đồng bằng [5]. β -thalassemia phổ biến ở người dân tộc ít người miền Bắc hơn. Hemoglobin E phổ biến ở miền Trung và miền Nam hơn [6] [7]. Ở Việt Nam, β0- thalassemia phổ biến hơn β+-thalassemia [4].
Tần số mang gen bệnh β thalassemia và HbE ở Việt Nam [1] Tần số lưu hành Địa phương - Dân tộc Tác giả % β-thalasemia % HbE MIỀN BẮC Kinh (Hà Nội) 1,49 1,24 Khanh NC. và cs 1985 Kinh (Đồng bằng) 1,17 0,98 Tuyên BQ. và cs 1985 Dân tộc ít người 12,4 2,3 Khanh NC. và cs 1987 Tày 11,0 1,0 Khanh NC.
và cs 1987 Mường 20,6 12,3 Viên BV. và cs 1988 Nùng 7,1 Khanh NC. và cs 1987 Thái 11,4 20,03 Cầm ĐTM. và cs 2000 MIỀN TRUNG Kinh 2,55 Chất LX.
và cs 1968 Kinh 4,6 Tuyên BQ. và cs 1985 Pako 8,33 6,14 Tuyên BQ. và cs 1985 Vân Kiều 2,56 23,0 Tuyên BQ. và cs 1985 Êđê 1,0 41,0 Trực DB.
và cs 1989 Sêđăng 5,8 Bowman JE, 1971 Khmer 36,8 Bowman JE, 1971 Rhade 38,6 Bowman JE,1971 MIỀN NAM 1,7 8,9 Detraverso và cs 1960 Kinh 0,45 3,16 Chất LX. và cs 1968 Kinh (Saigon) 3,2 Blackwell và cs 1965 S tiêng 55,9 Bowman JE, 1971 Chăm 29,1 Bowman JE, 1971 7 1. Cơ sở di truyền bệnh β-thalassemia 1. Hemoglobin bình thường Hemoglobin (Hb) có trọng lượng phân tử 4.400 Dalton, gồm hai thành phần, nhóm ngoại gọi là hem và phần protein là globin.
Ngoài ra trong phân tử Hb còn có 2,3 diphosphoglycerat có tác động tới ái lực của Hb đối với Oxy. Hem là protoporphyrin gắn với nguyên tử Fe ++ ở trung tâm. Nguyên tử Fe++ có 6 liên kết; 4 liên kết với 4 N của nhân pyrol của hem, và 2 liên kết nối với imidazol và histidin của globin. Globin gồm 4 mạch polypeptid, 2 mạch loại α, 2 mạch loại β, liên kết với nhau bởi những tương tác đồng hóa trị.
Mỗi mạch polypeptid nối với một hem, nên một phân tử Hb có thể nhận 4 phân tử oxy. Ở người có 6 loại hemoglobin bình thường, thấy được ở trong hồng cầu ở thời kỳ phôi thai, thai nhi, trẻ em và người lớn. Hemoglobin ở thời kỳ phôi thai là Hb Gower 1, Hb Gower 2 và Hb Portland. Hemoglobin ở thời kỳ thai nhi đến khi trưởng thành là HbA1, HbA2 và HbF.
Thời gian xuất hiện và thành phần từng loại hemoglobin thay đổi tùy theo từng thời kì [19]. Cấu trúc globin và thời kỳ xuất hiện các hemoglobin sinh lý [19] Cấu trúc Hb sinh lý Thời kỳ xuất hiện globin Hb Gower 1 ξ2ε2 Phôi thai 2-3 tuần, tồn tại 2 tháng đầu của thai Hb Gower 2 α2ε2 Xuất hiện và tồn tại cùng Hb Gower 1 Hb Portland ξ2γ2 Phôi 2-3 tuần HbF α2γ2 Thai nhi 5 tuần, Hb chủ yếu ở thai nhi Thai nhi 6 tuần, Hb chủ yếu ở người bình HbA1 α2β2 thường HbA2 α2δ2 Thai nhi lúc gần sinh, Hb ở người bình 8 thường Như vậy, sau khi sinh, ở người bình thường chỉ còn lại 3 loại hemoglobin, đó là HbA1, HbA2, HbF. Hemoglobin chủ yếu, nhiều nhất thấy trong hồng cầu bình thường là HbA1. Như mô tả ở trên, mỗi globin của hemoglobin có hai loại mạch polypeptid, mạch α và mạch β, phối hợp với nhau thành phân tử có 4 mạch cấu trúc α2β2.
Mạch polypeptid α có 141 acid amin, mạch polypeptid β có 146 acid amin. Bên cạnh HbA1 hồng cầu bình thường còn chứa hai loại hemoglobin có tỉ lệ ít, đó là HbA 2 và HbF, cấu trúc globin tương ứng là α 2δ2 và α2γ1. Polypeptid δ và γ có cấu trúc gần giống polypeptid β, chỉ khác vài acid amin [20] [21]. Các gen mã hóa tổng hợp globin của hemoglobin Các gen mã hóa cho sự tổng hợp các thành phần globin của hemoglobin người được sắp xếp thành 2 cụm (cluster).
Các gen globin ở người và các loại globin của hemoglobin ở các thời kì được minh họa trong hình sau. Nhiễm sắc thể 11 Nhiễm sắc thể 16 9 Hình 1. Sự sắp xếp gen globin trên nhiễm sắc thể và các thành phần hemoglobin ở các thời kỳ phát triển[1]. Cụm gen globin α gồm 3 gen chức năng.
Một trong ba gen đó là gen ξ 2 mã hóa cho mạch ξ, là thành phần của hemoglobin phôi thai Gower 1. Hai gen còn lại là gen đôi α1 và α2 mã hóa cho mạch globin α. Phân tích chuỗi DNA còn phát hiện thấy cấu trúc giống gen globin, đó là giả gen (pseudo) ξ (ξ1), giả gen α1 và giả gen α2 không hoạt động. Các giả gen này được cho là tồn dư của gen chức năng trước đây và không cần thiết nữa trong quá trình phát triển [24] [25] [26].
Cụm gen loại globin β gồm 5 gen chức năng. Gen ε mã hóa cho globin ε có trong hemoglobin phôi thai là Hb Gower 1 và Hb Gower 2. Gen γ mã hóa cho globin γ trong HbF, gen này được nhân đôi, đó là Gγ và Aγ. Hai gen còn lại trong cụm là gen δ cho globin δ và gen β cho globin β.
Ngoài ra, phân tích chuỗi DNA còn thấy có quá trình ức chế mRNA, δmRNA không ổn định bằng βmRNA. Do đó số lượng mạch globin δ ít hơn, chỉ chiếm 3% các mạch globin của hemoglobin ở hồng cầu trưởng thành. Chỉ có gen globin β là bền vững trong cụm gen ở nhiễm sắc thể 11 [27] [28]. Dựa vào đặc điểm chức năng của các cụm gen mã hóa cho sự tổng hợp các thành phần globin của hemoglobin giải thích sự thay đổi thành phần hemoglobin ở các thời kỳ.
Hình sau đây (hình 1.4) trình bày diễn biến tổng hợp các mạch globin trong quá trình phát triển, đồng thời cho thấy các vị trí chính sinh hồng cầu ở các thời kỳ phát triển. Hemoglobin phôi thai được hình thành chủ yếu ở các hồng cầu lớn, biệt hóa ở túi noãn hoàng. Hemoglobin bào thai được sản sinh chủ yếu ở giai đoạn sinh hồng cầu tại gan, và chuyển dịch từ HbF nhiều sang HbA nhiều ở giai đoạn sinh hồng cầu tại gan sang sinh hồng cầu tại tủy xương. Diễn biến sinh tổng hợp thành phần globin của hemoglobin và vị trí sinh hồng cầu trong quá trình phát triển (Theo Weatherall DG và Clegg JB 1981)[14] Kết quả diễn biến chức năng của các gen mã hóa tổng hợp globin của hemoglobin là sự thay đổi đáng kể thành phần hemoglobin sau khi sinh.
Ở thời kì thai nhi, hemoglobin chủ yếu là HbF. Khi sinh, HbF có tỷ lệ rất cao, chiếm 60-80% lượng hemoglobin, HbA 1 chỉ có 20-40% lượng hemoglobin, HbA2 rất ít 0,03-0,06% lượng hemoglobin. Sau thời kì sơ sinh, lượng HbF giảm nhanh, từ lúc 1 tuổi đến tuổi trưởng thành, HbF chỉ còn dưới 2% lượng hemoglobin. Ngược lại, HbA1 là hemoglobin chủ yếu của người trưởng thành, tăng nhanh sau khi sinh, từ 1 tuổi đến tuổi trưởng thành chiếm 97- 98% lượng hemoglobin.
Còn HbA 2 tăng dần sau khi sinh, nhưng số lượng ít, chỉ từ 1-3% lượng hemoglobin. Thành phần hemoglobin bình thường (Theo Begemann 1975, Kleihauer 1978)[1] Lứa tuổi HbA1 (%) HbA2 (%) HbF (%) Sơ sinh 20-40 0,03-0,6 60-80 2 tháng 40-70 0,9-1,6 30-60 4 tháng 80-90 1,8-2,9 10-20 6 tháng 93-97 2,0-3,0 1,0-5,0 1 tuổi-trưởng thành 97 2,0-3,0 0,4-2,0 1. Đột biến gen gây bệnh β-thalasemia Bệnh β-thalasemia là hệ quả lâm sàng của đột biến gen β-globin, làm giảm hoặc không tổng hợp mạch β trong globin của hemoglobin. Như đã trình bày ở trên, gen điều hòa sản sinh mạch β nằm ở nhiễm sắc thể 11, trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể, dài 1600 bp, gồm 3 exon và 2 intron.
Đột biến gây β-thalassemia là những thay đổi đặc hiệu không đồng nhất ở DNA. Đột biến có thể là những thay đổi ở một base đơn thuần; có thể mất một hay nhiều nucleotid; có thể là đảo đoạn hay tái sắp xếp chuỗi DNA.