簡易流行病學與生物統計學 一四四、鎌狀細胞貧血

簡易流行病學與生物統計學

一四四、鎌狀細胞貧血

作者：吳聰賢醫師

鎌狀細胞貧血（sickle cell anemia）在黑人族群所佔的比率，高過蠶豆症的2%。非洲流行瘧疾（malaria），尤其惡性瘧原蟲（或稱鎌狀瘧原蟲Plasmodium falciparum），有相當抗藥性，致死率高，但罹患鎌狀細胞貧血者，反而死亡率較低，因為鎌狀紅血球對瘧原蟲有抵抗性，瘧原蟲不易寄生。其保護機轉，中研院分生所沈志陽研究員，在課堂上約略提過，我不甚清楚。此議題值得蒐集文獻詳究，但時間取捨需考量。

在非洲，鎌狀細胞貧血反而是優勢突變，族群發生率也高，比起蠶豆症更不能說是「先天遺傳性疾病」，說是「先天性遺傳異常」也不恰當。非洲某些醫療、衛生較落後地區，一半以上小孩活不過五歲，瘧疾為其主因，而鎌狀細胞血症（sicklemia）小孩卻能活到成年，反而是優勢族群。某些地區，物競天擇，鎌狀細胞血症可達人口的30-40%比率。

沈志陽研究員台大公衛畢業，取得博士學位，就職中研院分生所，除學術研究外，亦兼職研究所當老師，已陞部定教授職。在中國醫藥學院環境醫學研究所，教授分子流行病學（molecular epidemiology），學識豐富、思路清晰、表達能力甚嘉，讓人獲益良多，在研究所老師群中，學生評語排名首一、二名。南投縣信義鄉衛生所賴力行主任、彰化市大竹區衛生所張桂森主任跟我一樣喊「讚！」

黑人易患的鎌狀細胞貧血，紅血球（red blood cell or erythrocyte）非雙凹圓盤狀（biconcave disc），呈長條半月狀（semilunar），類似鐮刀（英文sickel，拉丁文falx），故名，亦稱鎌狀細胞血症（sicklemia），也是一種先天性遺傳性疾病。由於製造血紅素（或血紅蛋白，hemoglobin）的基因突變，DNA上核酐酸（nucleotides）的鹼基對（base pairs）被置換（displacement）等突變，包括腺膘呤（adenine or adenin，簡稱A）、鳥糞膘呤（guanine or guanin，簡稱G）、胸腺嘧啶（thymine，簡稱T）、胞嘧啶（cytosine，簡稱C）共四種鹼基。

這種突變在細胞核內經過轉譯（transcription），產生傳信RNA（messenger RNA），傳信RNA跑到細胞質，與粒腺體（ribosome）結合，經過轉錄（translation），因基因密碼（coding）改變，套上不一樣的胺基酸（amino acid），產生不一樣的蛋白質。不一樣的蛋白質產生不一樣的血球素（globin）。

血紅素（hemoglobin or haemoglobin）由一分子的血球素（globin）加上四分子的血質（或血基質，有譯為原血紅素，heme or haem）；血球素佔96%質量，由兩種polypeptide各兩條組成，無色；血質佔4%質量，由一分子原紫質（protoporphyrin，希臘文protos，英文first，中文最初）加上一分子二價鐵離子（Fe^＋2）組成，因鐵的關係，為紅色，是血紅素顏色的來源。血紅素與氧結合稱氧合血紅素（oxyhemoglobin），為紅色，血紅素不與氧結合，也是紅色嗎？我

不知道。

不同的金屬，產生不同的顏色。例如，血藍素（hemocyanin），存在於甲殼類蝦、蟹，和軟體動物蝸牛的血液中，含的是銅離子；血綠素（chlorocruorin），存在於環節動物蚯蚓的血液中，含的也是銅離子，以上兩種，其功能與血紅素相似，用於輸送氧氣。這些低等動物是否有血球？沒有骨髓（bone marrow）如何製造血球？我不知道。

正常人血液中，97.5%屬血紅素A（hemoglobin A，簡稱Hb A），另外2.5%屬血紅素A₂（hemoglobin A₂，簡稱Hb A₂）。胎兒的血紅素不同於一般的血紅素，稱血紅素F（hemoglobin F，簡稱Hb F），胎兒出生後，血紅素F由血紅素A取代，少數人可能終生有血紅素F存在。血紅素F的含氧量較高，有利於胎兒呼吸，和忍受教久缺氧的時間。鎌狀細胞貧血，含血紅素S（hemoglobin S，簡稱Hb S）。以下數據，背了30年，背不起來：

血紅素A：兩條α鏈（polypeptides），141個胺基酸（或氨基酸，以下同）串聯組成           兩條β鏈（polypeptides），146個胺基酸串聯組成

血紅素A2：兩條α鏈（polypeptides），141個胺基酸串聯組成           兩條δ鏈（polypeptides），146個胺基酸串聯組成（10個胺基酸與β鏈不同）

血紅素F：兩條α鏈（polypeptides），141個胺基酸串聯組成           兩條γ鏈（polypeptides），146個胺基酸串聯組成（37個胺基酸與β鏈不同）

血紅素S：兩條α鏈（polypeptides），141個胺基酸串聯組成           兩條？鏈（polypeptides），146個胺基酸串聯組成（1個胺基酸與β鏈不同）

血紅素             β鏈146個胺基酸，前七個排列順序               1      2       3       4       5       6       7

血紅素A：   Val     His     Leu      ＊      ＊     Glu     Glu 血紅素S：   Val     His     Leu      ＊      ＊     Val     Glu

β鏈共146個胺基酸，第六個胺基酸從麩氨酸（Glutamate，Glu）轉變為纈氨酸（Valine，簡寫Val）。以上符號代表如下：纈氨酸（Valine，簡寫Val），組氨酸（Histidine，His），白氨酸（Leucine，Leu），麩氨酸（Glutamate，Glu），前三種為必須氨基酸（essential amino acid），體內無法合成，需從飲食攝取。

人身上DNA同時含有血紅素A、血紅素A₂、血紅素F基因，甚麼機轉控制這些基因的表現（expression）？怎麼控制血紅素A基因表現97.5%、血紅素A₂基因表現2.5%？怎麼知道胎兒生下來，血紅素F基因要關閉、血紅素A基因要打開？人身上數十幾億個細胞，每個細胞染色體完全一致，為何某些細胞發展成骨骼、肌肉、神經？某些細胞成腎臟、肝臟、脾臟？其控制機轉之複雜，可以想見「難！」