Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Đại cương về cấu trúc và chức năng của hemoglobin Hemoglobin là một sắc tố chứa trong hồng cầu với chức năng vận chuyển oxy - thành phần thiết yếu cho đời sống con người. Hb là một tetramer gồm 4 tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị gồm một chuỗi polypeptide (chuỗi globin) và một vòng porphyrin chứa sắt gọi là hem. Các chuỗi globin trong Hb giống nhau từng đôi một [15].
Trong quá trình phát triển, 6 loại chuỗi globin-α, -ζ (thuộc nhóm globin- α), -ε, -γ, -β, và -δ (thuộc nhóm globin-không α) kết hợp với nhau để tạo thành 6 loại Hb khác nhau. Ở người trưởng thành, Hb chủ yếu là HbA (α2β2) chiếm 97 – 98%; HbA2 (α2δ2) khoảng 2 – 3%, Hb chủ yếu trong thai kỳ là Hb F (α2γ2), chỉ còn vết sau 2 tuổi. Ngoài ra, trong thời kỳ phôi có 3 loại Hb phôi là Hb Gower 1 (ζ 2ε2), Gower 2 (α2ε2) và Hb Porland (ζ2γ2). Sự sản xuất các loại Hb khác nhau phản ánh các thay đổi sinh lý để đáp ứng nhu cầu oxy trong các giai đoạn phát triển khác nhau của cá thể.
Trong tetramer Hb A, sự tương tác giữa các chuỗi globin-α và globin-β tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành hai cấu trúc có vai trò trong quá trình vận chuyển khí oxy của Hb: trạng thái kết hợp oxy (còn gọi là trạng thái giãn), ký hiệu là (R), và trạng thái nhả oxy (còn gọi là trạng thái căng), ký hiệu là (T). Ngoài ra, ái lực của Hb với oxy còn bị tác động bởi những phân tử nhỏ như 2,3 – diphosphoglycerate (2,3 – DPG) gắn vào phân tử Hb, thay đổi pH và nồng độ ion Clor trong tế bào. Phân loại bệnh hemoglobin và cơ chế bệnh sinh 1. Phân loại bệnh hemoglobin Bệnh Hb là nhóm bệnh được đặc trưng bởi sự khiếm khuyết trong tổng hợp chuỗi globin về mặt số lượng hoặc chất lượng.
Do đó, bệnh Hb có thể được phân loại chung thành 2 nhóm lớn [17], [1]: 1. Hội chứng thalassemia Hội chứng thal gồm các bệnh lý di truyền được đặc trưng bởi giảm hoặc không tổng hợp các chuỗi globin bình thường. Các bệnh thal, được gọi là α-, β-, γ-, δ-, δβ-, hoặc εγδβ-thal tùy thuộc chuỗi globin bị khiếm khuyết. Trên lâm sàng, loại thal thường gây các biểu hiện đáng kể là α- và β-thal, do giảm tổng hợp một trong 2 loại chuỗi globin-α hoặc -β, thành phần tạo nên phân tử Hb chủ yếu ở người trưởng thành bình thường (HbA, α2β2).
Hầu hết các bệnh thal do đột biến di truyền lặn, tuy nhiên cũng có một số ít di truyền trội, mắc phải, hoặc mới mắc (de novo). Ngoài ra, còn có HPFH là hội chứng tồn lưu HbF di truyền do bất thường trong quá trình chuyển đổi từ HbF sang HbA [17]. Hemoglobin biến thể Trong nhóm các bệnh lý có khiếm khuyết về cấu trúc chuỗi globin, 1 hay 2 acid amin trong chuỗi bị thay thế bằng acid amin khác. Tùy theo vai trò, chức năng của acid amin bị thay thế sẽ gây ra biến đổi bệnh lý nặng hay nhẹ, tạo ra một Hb biến thể.
Cho đến nay, đã có trên 700 loại Hb bất thường về cấu trúc đã được xác định. Ở nhiều quần thể đa chủng tộc, các dạng hội chứng thal có thể kết hợp với nhau và kết hợp với Hb biến thể tạo nên nhiều kiểu hình đa dạng trên lâm sàng. Phân loại bệnh hemoglobin [1], [17] 1. Hội chứng thalassemia 1.
β-thalassemia Phân loại về lâm sàng Phân loại về di truyền β-thal thể nhẹ hoặc thể ẩn β0-thal: không sản xuất chuỗi β β-thal thể trung bình β+-thal: giảm sản xuất chuỗi β β-thal thể nặng -thal, -thal, -thal, -thal β-thal kết hợp các biến thể khác Gen hỗn hợp Lepore HbS/ β – thal, HbE/ β-thal HPFH - tồn lưu HbF di truyền Khác -thal di truyền trội 1. α-thalassemia α-thal do xóa đoạn gen Mất 1 gen globin-α (-α/αα): DHT α+-thal Mất 2 gen globin-α: in cis (--/αα) - DHT α0-thal; in trans (-α/-α) - ĐHT α+-thal Mất 3 gen globin- α (--/-): bệnh lý HbH Mất 4 gen globin-α (--/--): bệnh lý Hb Bart’s α-thal không xóa đoạn Hb Constant Spring Các loại Hb khác: Hb Quong Sze, Hb Paksé, … 1. α-thal mới mắc và mắc phải α-thal với hội chứng chậm phát triển tâm thần Mất đoạn lớn trên NST số 16 bao gồm các gen globin-α Đột biến của yếu tố sao mã ATRX trên NST X α-thal kết hợp hội chứng loạn sản tủy Do đột biến của gen ATRX 6 2. Bệnh lý thay đổi cấu trúc chuỗi globin 2.
Bệnh lý hồng cầu hình liềm 2. Hb kém bền: Hb Köln, Hb Zürich… [18] 2. Methemoglobin: MetHb bẩm sinh, mắc phải 2. Hb có ái lực với oxy thay đổi Tăng ái lực với oxy Đột biến trên gen α: Hb Chesapeake [18], Hb Koya, Hb Icara… Đột biến trên gen β: Hb Tak, Hb Hekinan, Hb Helsinki Giảm ái lực với oxy Hb Kansas, Hb Beth Israel, Hb Bologna, Hb Bruxelles [18] 1.
Cơ chế bệnh sinh Cơ chế bệnh sinh của các loại thal cơ bản giống nhau, đặc trưng bởi sự mất cân bằng trong tổng hợp chuỗi globin- và không- gây giảm tổng hợp Hb và giảm đời sống hồng cầu [10]. Tuy nhiên, hậu quả của việc sản xuất chuỗi globin-α và -β dư thừa trong α- và β-thal khác nhau. Beta thalassemia Trong β-thal, giảm tổng hợp chuỗi globin-β dẫn đến dư thừa chuỗi globin-. Mặc dù tổng hợp HbF( 22) còn tồn tại sau sinh với mức độ khác nhau trong các thể -thal nặng, toàn bộ những sản phẩm được tạo ra không đủ bù cho sự giảm HbA.
Nói theo cách khác, các chuỗi globin- và - không bao giờ đủ để kết hợp với chuỗi globin-. Các chuỗi globin- dư thừa, bị kết tủa trong tế bào tiền thân hồng cầu trong tủy xương và hồng cầu trong máu ngoại vi, dẫn đến khiếm khuyết các tế bào tiền thân hồng cầu làm tạo máu không hiệu quả và giảm đời sống hồng cầu. Thiếu máu 7 kích thích tủy xương tăng sinh nhưng không hiệu quả, dẫn đến dãn rộng tủy xương, làm biến dạng khung xương, tăng trưởng và chuyển hóa bất thường. Hiện tượng pha loãng máu do tủy xương dãn rộng, lách to do bắt giữ các hồng cầu bất thường làm nặng thêm tình trạng thiếu máu.
Tăng sản tủy xương gây hấp thu sắt tăng và quá tải sắt, có thể nặng thêm do nhu cầu truyền máu thường xuyên. Hậu quả là dẫn đến lắng đọng sắt ngày càng nhiều trong các mô, suy cơ quan và nếu sắt không được lấy đi sẽ dẫn đến tử vong [2], [1]. Alpha thalassemia Cơ chế bệnh sinh của α-thal có sự khác biệt so với β-thal. Trong α-thal, hiện tượng tạo hồng cầu không hiệu quả ít hơn do sự hình thành các tetramer HbH và Hb Bart’s hòa tan.
Đặc biệt, HbH là một tetramer có khuynh hướng kết tủa khi tế bào trưởng thành, tạo thành các thể vùi, do đó tán huyết là đặc điểm chính của α-thal. Biểu hiện thiếu máu nặng thêm do Hb H và Hb Bart’s đều là các homotetramer và không thể trải qua những thay đổi dị lập thể cần thiết cho quá trình phân phối oxy bình thường. Do đó, nồng độ Hb H và Hb Bart’s càng cao, tình trạng thiếu oxy càng nặng [2]. Khác với β-thal, trong α-thal, chuỗi globin-α có vai trò quan trọng trong cả giai đoạn bào thai lẫn giai đoạn sau sinh.
Do đó, các trường hợp α-thal thể nặng không tổng hợp được chuỗi globin-α, dẫn đến sự hình thành các homotetramer Hb Bart’s trong bào thai, gây ra nhiều biểu hiện nặng nề cho thai nhi và hầu hết dẫn đến tử vong trong thai kỳ. 8 Hồng cầu bình thường Giảm tổng hợp chuỗi globin-β Giảm tổng hợp chuỗi globin-α HbA(22) Thừa chuỗi Mất T globin không- cân bằng h -thalassemia -thalassemia ừ α chuỗi globin-/ không- a c globin Thời Thời h -α kỳ kỳ u giảm bào sau HbA (22) ỗi thai sinh glo HbF (22) gl bin- globin HbA2 (22) o HbA (22) Hb Bart's (4) Hb H (4) β -α kết globin- bi Vận chuyển Kếtkết giả- - tụhợp globin-α hợp khôngn-hòa tan Phân tích thành phần hemoglobin m O2 kém α Phá hủy màng HC Phá hủy tiền thân Bào thai Kết tủa trong trong máu ngoại vi HC trong tủy xương tử vong HC trưởng thành 8 Tán huyết mạn Thể vùi Tạo HC không hiệu quả Giảm oxy mô Tăn g Thi Thi Tăng hấp thu sắt V bilir ếu ếu à ubin má Tăng EPO Tạo máu ngoài tủy umá Truu n Chậm phát triển thể chất Tru yền g S Dãn rộng tủy xương yền Suy tim má umá d ỏ Xơ gan Qu a i Qu u Suy các tuyến nội tiết á á m Biến dạng xương Gan lách to tải Nhiễm trùng sắttải ậ sắt t Hình 1.1: Cơ chế bệnh sinh thalassemia [1], [2] 9 1. Đặc điểm bệnh hemoglobin Mặc dù các số liệu thống kê về tần số và sự phân bố các bệnh Hb trên thế giới vẫn còn hạn chế, các chuyên gia khẳng định bệnh Hb sẽ tạo ra một gánh nặng ngày càng cao cho nguồn lực y tế toàn cầu trong tương lai. Ở khu vực Đông Nam châu Á, -thal, -thal và HbE là các nhóm bệnh Hb chiếm ưu thế [19].
-thalassemia -thal là nhóm bệnh gây ra do: - Đột biến tác động đến tốc độ tổng hợp chuỗi globin-β: làm giảm hoặc không tổng hợp được chuỗi globin-β; - Đột biến gây bất thường về cấu trúc của chuỗi globin-β: có thể vừa làm giảm tốc độ sản xuất chuỗi β, sản xuất chuỗi β hoặc Hb rất không bền. Dựa vào diễn tiến lâm sàng, β-thal được chia làm 3 thể, mức độ nặng phụ thuộc vào mức độ mất cân bằng giữa các chuỗi globin-α và -β. -thal thể nhẹ (β-thal dị hợp tử) [15]: không triệu chứng, do đó còn được gọi là β-thal trait (vết), có thể thiếu máu nhẹ. Gần đây, các nghiên cứu ghi nhận tỉ lệ thiếu máu tăng trong -thal thể nhẹ.
Khi cả cha và mẹ đều mang gen, thai nhi có 25% nguy cơ mang β-thal đồng hợp tử. Tổng phân tích tế bào máu ngoại vi khá đặc trưng với nồng độ Hb bình thường hoặc giảm nhẹ, tăng SLHC, giảm MCV và MCH, RDW thường bình thường. Hồng cầu trên tiêu bản máu ngoại vi chỉ có kích thước nhỏ, hoặc kèm nhược sắc, thay đổi hình thái có thể ghi nhận gồm: hình bia, có hạt kiềm, co thắt không đều. Chẩn đoán β-thal thể nhẹ khi phân tích thành phần Hb có tăng tỉ lệ HbA2.
Tỉ lệ HbA2 thay đổi phụ thuộc vào bản chất của đột biến [9]. Trong hầu hết trường hợp β0- hoặc β+-thal, HbA2 từ 4 – 5%; trong khi dị hợp tử β +- thal nhẹ, HbA2 thường từ 3,6 – 4,2%. Tỉ lệ cao hơn có thể thấy do hậu quả của mất đoạn phần 5’ gen globin-β, các đột biến vùng promoter (như -88 10 CAT và -29 AAG) và những đột biến codon ở codon khởi đầu như AAG ().