G6PD 缺乏症发病的分子病理学新机制#
张力佳，熊符**
（南方医科大学医学遗传学教研室，广州 510515）
5 摘要：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症（Gluocose-6-phosphate dehydrogenase deficiency，
简称G6PD 缺乏症）是人类最常见的酶缺陷遗传病之一，全球约有4 亿多人受累。G6PD 缺乏
症主要是由于G6PD 基因发生变异所引起，其经典分子病理学机制研究主要集中在G6PD 基因
的突变研究上，但对少部分病例来说，经典的发病机制并不能对其表型和基因型的关系做出
合理的解释。近些年来，一些学者在G6PD 缺乏症发病新的分子机制方面作了较为深入的研
10 究，为了更好的理解本病，本文就对近年来对于G6PD 缺乏症发病的分子病理学新机制的研
究作一综述。
关键词：G6PD 缺乏症；分子病理学；遗传异质性
中图分类号：R394.3
15 Pathology of Human Glucose-6-phosphate Dehydrogenase
Deficiency
Zhang Lijia, Xiong Fu
(Department of Medical Genetics, Southern Medical University, GuangZhou 510515)
Abstract: Gluocose-6-phosphate dehydrogenase （G6PD） deficiency is the most common
20 enzymopathies, affecting about 400 million people worldwide. G6PD deficiency is caused mostly
by mutations in the G6PD gene, however, the classical pathogenesis can’t give definite
explanations between the relationship of phenotype and genotype to a minority of cases. In recent
years, some new mechanisms in the molecular pathology on G6PD deficiency were found. To
know better about this disease, the new mechanisms in the molecular pathology on G6PD
25 deficiency is reviewed.
Keywords: G6PD deficiency; Molecular pathology; Genetic heterogeneity
0 引言
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症（Gluocose-6-phosphate dehydrogenase deficiency，简称G6PD
30 缺乏症）俗称蚕豆病，是一种世界上最常见的遗传性溶血性红细胞酶缺陷病。该病在全世界
分布广泛，全球约有4 亿多人受累[1]。我国也是该病的高发区之一，呈南高北低 的分布特
点，主要分布在长江以南各省，以海南、广东、广西、云南、贵州、四川、台湾和香港等省
和地区为高，部分省份人群的基因携带率高达16%[2]。G6PD 缺乏症的发病原因主要是G6PD
基因突变，导致G6PD 酶活性降低，红细胞受氧化损伤而遭到破坏，引起溶血性贫血。G6PD
35 缺乏症临床表现高度异质性，根据酶活性缺乏程度可将G6PD 缺乏症分为五个等级，从I 型
到V 型，其溶血的严重程度与剩余酶的功能呈负相关，临床症状也随之逐步减轻[3-5]。G6PD
基因定位于Xq28，全长20114bp，包含13 个外显子及12 个内含子，编码515 个氨基酸，
是一个典型的看家基因。在G6PD 缺乏症发病机制探讨中，经典的研究主要集中于G6PD 基
因发生突变导致G6PD 基因表达的下降或G6PD 酶结构的改变，致使G6PD 酶活性降低从而
40 影响磷酸戊糖代谢途径方面。目前，世界范围内已报道160 多种G6PD 基因突变类型，中国
人群中报道发现有26 种，几乎所有的突变都位于G6PD 基因的编码区，且绝大多为单个碱
基金项目：国家自然科学基金青年基金（30900806）；高等学校博士学科点专项科研基金（20094433120001）
作者简介：张力佳，（1990-），女，研究生，主要研究方向：临床遗传学
通信联系人：熊符，（1975-)，男，副教授，主要研究方向：医学遗传学. E-mail: xiongfu@fimmu.com
 基置换的错义突变。但是，仍有一些病例无法从经典的分子病理学知识中得到解答，尤其是
女性杂合子酶活性变化存在极大的异质性。近些年来，随着分子生物学研究手段的不断丰富，
许多以前无法解释的病例通过对一些新的发病机制研究，在许多方面有了新的发现。这些分
45 子病理学发病机制不仅丰富了G6PD 缺乏症的病因学，为临床的诊治和遗传咨询提供了帮
助，也为其它部分发病机制不明的疾病带来了新的研究思路。本文则选取4 种代表性的可能
导致G6PD 缺乏症新的分子病理学机制进行综述。
1 DNA 甲基化
在高等真核生物中，DNA 甲基化仅发生在CpG 二核苷酸G5’侧的C 上，当累及位于基
50 因启动子区内富含CpG 序列(CpG 岛)时，这种修饰作用则对基因的表达有着重要的调控作
用。此外，它还同基因组印记、女性X 染色体的基因灭活、细胞增殖、分化发育、肿瘤的
发生和发展以及遗传的不稳定性等密切有关[6]。研究证实，启动子上胞嘧啶的甲基化和迟复
制均对X 染色体失活起着重要调控作用，尤其是CpG 岛的甲基化是导致X 染色体及其染
色体上其他基因包括G6PD 失活的一个主要原因[7]。失活X 染色体区别于活性X 染色体的
55 特点是Xist (X-chromosome Inactivation)基因表达、迟复制( late replication timing)、CpG 岛
的甲基化以及H4 组蛋白乙酰化不足(underacetylation) 等，这些特点与转录的抑制存在着某
些联系[8]。
G6PD 基因作为一个典型的看家基因，其5’端富含GC，在翻译起始位点ATG 到上游
-2226bp 的碱基中GC含量达到63%，包含有18 个限制性内切酶HpaI（I 特异性的识别CC↓GG
60 序列）识别位点，而且CpGs 和GpCs 数目相等，因此认为G6PD 启动子区域是一个大的CpG
岛，其中至少含有9 个GC 盒，在9 个GC 盒中至少有两个是启动子所必需的（图1）。
图1. 人 G6PD 基因5’端CpG 分布图. 直线条分别代表CpGs 和Hpa II 位点. 兰色标记区段是位于约-900
65 处的一段保守序列. E1、E2 分别代表外显子1 和外显子2. 图改自Gene. 1991 30；102(2)：197-203.
Toniolo D 等研究证实在未失活的X 染色体上G6PD 基因5’启动子区域部分CpG 位点
是未甲基化的，而在失活的X 染色体上G6PD 基因部分位点是甲基化的；同样，Grant M 等
研究表明在失活的X 染色体老鼠后期的胚胎中细胞中G6PD 和PGK-1 等X 连锁基因呈现部
70 分或低甲基化的状态。另外，Huppke P 等[9]对Rett 综合症患者（女性）与正常女性对照的
G6PD 启动子区域甲基化状态进行了分析比较，发现正常女性人群中G6PD 等位基因启动子
区域未甲基化与甲基化数目比例为47：53，而Rett 综合症患者比例约为33：67，于是推论
Rett 综合症患者整条失活X 染色体上基因表达产生了紊乱。而Wolf SF 等人研究了人类不
同组织中的G6PD 位点，对于来自男性和女性以及有活性和无活性的X 染色体的杂交体细
75 胞DNA 的研究表明，在有活性的G6PD 基因的3’编码序列中，有两个显著密集的CpG 双
核苷酸是低甲基化的，然而在无活性的G6PD 基因中则是高度甲基化的。Toniolo D 等研究
也发现在G6PD 基因3’端部分CG 位点是甲基化的，部分是非甲基化的，而且在男性白细胞
  中被甲基化的位点在女性中也是甲基化的，同时对4 个位于转录本间和1 个距转录子末端稍
远的5 个甲基化位点研究发现，在男性白细胞中是非甲基化的，而在女性白细胞中有2 个位
80 点存在部分甲基化现象。女性失活的X 染色体中G6PD 基因是不表达或低表达的，而且其
部分CpG 位点是甲基化的，由此可见，G6PD 基因中部分位点的甲基化与其自身的表达密
切相关。而且，研究发现女性X 染色体失活概率随着年龄的增长而增加，其中性粒细胞甲
基化水平也随着年龄的增长而加大，由此可见在女性中G6PD 基因启动子区的甲基化水平随
着年龄的增长应该存在着一定差异。另外，X 染色体失活又是导致女性杂合子G6PD 缺陷症
85 酶活性表达各异的关键所在，由此可见G6PD 甲基化水平的差异会导致G6PD 缺陷症表型的
差异，尤其是在临床上许多基因型相同而表型差异很大的女性个体，其表型的差异可能与
G6PD 甲基化水平有关，此方面的深入研究对这部分病人的临床诊治将有重要的意义。
2 外显子剪接沉默子对于G6PD mRNA 表达的调节
外显子剪接沉默子( exon splicing silencer，ESS) 是一种顺式作用元件，位于外显子上，
90 它的表达可以抑制附近的前体mRNA 的剪接，并可导致前体mRNA 产生不同的剪接方式。
研究表明，多不饱和脂肪酸可通过外显子剪接沉默子方式抑制G6PD 基因的表达。L. P.
Stabile 等发现，在大鼠肝细胞中，在胰岛素和葡萄糖的诱导下G6PD mRNA 转录活性可增
强5 到7 倍，而在同时加入花生四烯酸作用后，胰岛素和葡萄糖的诱导G6PD mRNA 转录
活性增强的能力降低了约60%，但通过检测发现核内G6PD前体mRNA的数量和成熟mRNA
95 的数量变化是一致的，由此说明花生四烯酸是通过转录后的某种机制抑制了G6PD 基因的表
达。Huimin Tao 等[10] 进一步研究发现，多不饱和脂肪酸可通过减少G6PD 基因前体 mRNA
的表达来调控成熟mRNA 的表达。他们通过给大鼠喂食不同含量的多不饱和脂肪酸后检测
肝内mRNA 的表达情况，发现食用高含量的多不饱和脂肪酸后肝内部分类型的G6PD 前体
mRNA 的聚积明显减少，同时成熟mRNA 的表达量下降了50％甚至更多，然而含有内含子
100 11 的前体RNA 却在核内大量聚积；为了定位调控剪接的顺式RNA 作用元件，研究者进一
步通过瞬时转染将不同区段的报告mRNA 转染到原代培养的肝细胞中，在花生四烯酸的作
用下检测发现包含有外显子12 结构的报告RNA 数量明显减少，其减少的程度与内源性
G6PD mRNA 一致。由此可见，G6PD 基因中外显子12 及其相邻的内含子11 区段是多不饱
和脂肪酸对G6PD 基因的表达调控的作用区段。Wioletta Szeszel-Fedorowicz 等[11] 进一步将
105 G6PD 报告RNA 转染到大鼠肝细胞内，研究发现进行G6PD mRNA 剪接调节的RNA 顺式
作用元件位于G6PD mRNA 外显子12 的第43-72 位核苷酸。研究证实在试管内剪接试验中，
与G6PD mRNA 其它区域（外显子8 和9 或10 和11）相比，包含了外显子12 的RNA 底物
的剪接明显受到抑制。而当外显子12 被其它易于剪接的外显子置换后，剪接抑制作用相应
消失。通过进一步实验证实，此30 个核苷酸的元件以外显子剪接沉默子方式参与G6PD
110 mRNA 剪接的抑制，如果外显子12 的剪接沉默子区段发生变异的G6PD 患者，在食用多不
饱和脂肪酸类食物后应不改变其相应的临床症状表征变化。但由于该机制尚处于实验研究阶
段，未见临床应用的报道。如果对相应的外显子进行调控，可以显著改善G6PD 缺乏症患者
的临床症状，将为G6PD 缺乏症的诊断和治疗提供新的视野。
3 转录调节因子对G6PD 基因表达的调节作用
115 Indrani Talukdar 等[12]研究证实，花生四烯酸可以抑制胰岛素对G6PD 表达的诱导作用。
磷脂酰肌醇3 激酶（phosphoinositide-3-kinase,PI3K）家族，是一类重要的信号转导分子，可
 以特异性催化磷脂酰肌醇（phos-phatidylinositol, PI）3 位羟基磷酸化，产生具有第二信使作
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