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遗留血管的“镰刀”为何无法被长久以来的进化淘汰?

2022-08-27 19:25 作者:妍迷咪  | 我要投稿

镰刀细胞贫血症 镰刀细胞

因为异常的血红蛋白缺陷红细胞会将自己压成又坚硬又扁的镰刀状,这类“镰刀”并不会消失 反倒是一直存在,更离谱的是这种异常基因的存在在一定程度上延长了人们的生存时间。

此类“镰刀”会如何影响人体?为何来自基因的缺陷没被长久以来的进化淘汰?

1910年,一位年仅20岁的大学生因为严重贫血入院治疗。这不是一次普通的贫血,患者同时还有心脏扩大、黄疸、肾脏损伤等病症;医生对症用药但情况并没有得到想象中的好转。医生观察患者血液试图找出藏匿于血液中的病原体,这一搜索问题就出来了。正常的红细胞是这个样子

但是患者红细胞的形状非常不规则就像是被压扁了一样。

很多红细胞呈细长的镰刀形和新月形;詹姆斯赫里克医生看着这个血液图片陷入了沉思,在疑惑之余他记录下了这个病例。这也是第一个记录在案的镰刀型细胞贫血症病例。

镰刀型细胞贫血症是一种遗传疾病,当父母一方或双方携带SCA基因时,这种基因也会遗传到孩子身上;当一个人遗传了两个这类异常的产生血红蛋白的基因时镰状细胞病就会苏醒。而父母是否携带这种基因其实很难去发现,因为他们有可能是没有症状的。其实在一开始没有什么不同,体内红细胞的异常一般是在出生半年前后才开始展现。这种异常会让部分受到刺激的红细胞逐渐变得坚硬和粘稠。

红细胞就像劳累过度被榨干了一样。其实红细胞的形状和血红蛋白离不开关系,血红蛋白像是一块块海绵填充着红细胞让它保持弹性,能较容易地通过血管。可是当所有血红蛋白串起来后红细胞就会坍塌、影响血液传输。

红细胞在人体内充当运输工的角色,在红细胞的生命周期中它们本着累死自己也要运送氧气和二氧化碳的精神会连续工作90~120天;而这种镰刀状的红细胞虽然也有这种功能但很明显,比不过这些正常的红细胞;它们普遍只能存活10~20天就死了。因为镰状细胞过早死亡导致红细胞持续短缺,尽管骨髓超级加倍生产红细胞来弥补这个空缺,但制造速度比不上红细胞畸形和死亡的速度。时间一长贫血这一症状就体现出来了,加上本身就畸形所以运输能力远远不及正常的红细胞。氧气运不进来,二氧化碳运不出去;器官的供氧被大幅度限制导致人体容易出现疲劳。镰状细胞性贫血的另一个主要症状是周期性疼痛。镰状红细胞相对于正常红细胞来说它对血管内皮的粘附性增加,当它们穿过小血管时它们会卡住并阻塞血流,阻止血液流向四肢和器官;时间一长四肢就会肿胀疼痛,器官遭受到破坏和感染会导致对病原的抵抗力下降。疼痛的强度和时长从数小时至数周不等,因人而异。有些人一年只有几次疼痛,有些人几十次。在如此折磨下如果没有医学手段干预,大约50%的患者会在50岁之前死亡(数据不作为有效参考值);而且大多数死者没有明显的慢性器官衰竭,都是因为一些器官因素突然引起急性疼痛、急性胸部综合症或溶血等导致死亡。所以也被称为镰状细胞危象。

作为一种终身疾病,控制和治疗都给科研工作者和医护人员带来巨大的挑战。前后推出的五六款药物都不能达到治愈疾病的目标,即使骨髓移植能治愈,但在手术中依旧有20%左右的死亡率。这种尴尬的局面一直持续到了2019年11月,那时美国FDA加速批准了一款药物,这个药物用于治疗12岁及以上的镰状细胞病患者,给患者带来了希望。2021年12月FDA扩大了Oxbryta的批准范围,只要年龄达到4岁就可以服用该药治疗;挽救了很多原本会被纪斌夺走生命的儿童。

既然这个疾病如此影响人的健康和寿命,理论上早就应该被历史淘汰掉才对,为什么患有这个疾病的人群依旧庞大呢?原因是疟原虫。此图为疾病人群分布和疟疾患者分布(上图疟疾 下图疾病)

近80%的镰状细胞性贫血患者生活在撒哈拉 以南非洲,那里也是疟疾的重灾区。如今疟原虫免疫了不少抗疟药,甚至已经对青蒿素产生了耐药性。镰状细胞基因在疟疾肆虐的地区大量存在并非巧合,它对基因的“携带者”有益。这类人群是具有一种镰状细胞基因和一种正常血红蛋白基因的人。这类人群通常没有什么症状,但疟原虫打不过他们。同为感染期,“携带者”血液中的寄生虫含量比正常人少50%至90%。他们体内的疟原虫也难以长久存活。

上半部分讲述的是疟原虫入侵正常细胞的过程,下半部分是疟原虫入侵表面看起来正常的红细胞,但其实这个红细胞不太正常;一旦感染就会变成镰状细胞,等于疟原虫入侵了一个恶劣的生存环境;这种到处都是问题的环境会暴露疟原虫的信息引来巨噬细胞。感染后巨噬细胞就会将其视为猎物,开始对其进行围剿。疟原虫好不容易刚打破防线就反被盯上了,所以难以发育。即使发育也逃不过层层围剿。保留这种错误的基因是为了让人们在疟疾的肆虐下有喘息的空间,这也是无奈之举;并非大自然的淘汰机制出了问题,反而这是自然的选择。为了活命身体想出了一种对抗疟疾的方法,从根本上改变血红蛋白的遗传密码,让携带者在高死亡率疾病中获得更大的存活机会。当然也会有一些牺牲。如此一来,患有镰刀型细胞贫血症的人群也会随之增多。但命运像是在开玩笑,患有镰刀细胞贫血症患者一旦感染疟疾,疟疾会加重镰刀细胞贫血症的病症,危及生命。

不得不感叹生命的神奇,也很庆幸,Oxbryta的出现极大的改善了患者的生活质量,也开启了治疗镰刀细胞贫血症的先河。相信以后还会研发出更多的药物,而疾病终将被攻克。

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