Нестабильные гемоглобины

Статья подготовлена и отрецензирована Д-р Лука Моретти

Нестабильные гемоглобины представляют собой гетерогенную группу наследственных гемоглобинопатий, характеризующихся склонностью молекулы гемоглобина к денатурации и преципитации внутри эритроцитов. Эти структурные изменения, обычно обусловленные точечными мутациями генов глобиновых цепей, приводят к утрате молекулярной стабильности и развитию хронической гемолитической анемии различной тяжести. Хотя нестабильные гемоглобины встречаются реже других гемоглобинопатий, они являются значимой причиной необъяснимой анемии, особенно в детском возрасте и при отсутствии семейного анамнеза других наследственных анемий.

Основной патофизиологический механизм — легкая денатурация гемоглобина и образование внутрицитоплазматических включений, или телец Гейнца, которые нарушают структуру и функцию эритроцитов и делают их восприимчивыми к преждевременному разрушению, особенно при окислительном стрессе или воздействии предрасполагающих химических и лекарственных факторов.

Клиническая картина чрезвычайно вариабельна: от бессимптомных и легких форм до тяжелой хронической гемолитической анемии, желтухи, спленомегалии, острых гемолитических кризов и, при наиболее выраженном течении, осложнений перегрузки железом. Диагностика требует высокой клинической настороженности, распознавания характерных лабораторных признаков и подтверждения молекулярно-генетическим анализом.

Понимание структурной основы, патофизиологии и общих принципов ведения нестабильных гемоглобинов необходимо для правильного диагностического и терапевтического алгоритма и дифференциальной диагностики с приобретенными гемолитическими анемиями и другими гемоглобинопатиями.

Молекулярная структура гемоглобина и основы нестабильности

Физиологический гемоглобин — тетрамерный белок, состоящий из двух альфа-цепей и двух не-альфа-цепей — бета-, гамма- или дельта-цепей, каждая из которых связана с группой гема, обеспечивающей обратимый перенос кислорода. Стабильность молекулы зависит от целостности взаимодействий между глобиновыми цепями, трехмерной конформации и способности сохранять нативную структуру даже при физиологическом стрессе.

При нестабильных гемоглобинах точечные генетические мутации изменяют аминокислотную последовательность одной из глобиновых цепей, нарушая гидрофобную упаковку ядра молекулы, образование дисульфидных мостиков или правильное взаимодействие субъединиц. Эти изменения приводят к:

• Склонности гемоглобина к спонтанной или ускоренной денатурации внутри эритроцита
• Образованию белковых преципитатов — телец Гейнца, выявляемых специальными окрасками
• Утрате кислородтранспортной функции и повышению восприимчивости к окислительному повреждению

Нестабильный гемоглобин быстро становится мишенью клеточных систем детоксикации и протеаз, однако избыточная белковая нагрузка часто превышает возможности эритроцита, вызывая повреждение мембраны, ригидность клетки и сокращение продолжительности ее жизни.

Результатом становится хроническая гемолитическая анемия, клинически особенно значимая при наличии дополнительных факторов — окислительного стресса, инфекций или приема окислительных препаратов. Знание молекулярных основ нестабильности необходимо для понимания патофизиологии гемолитических кризов и отличия нестабильных гемоглобинов от других причин гемолиза.

Этиология и генетика

Причиной нестабильных гемоглобинов служат наследственные генетические мутации альфа- или бета-глобиновых генов. В большинстве случаев это точечные мутации, приводящие к замене одной аминокислоты и последующему изменению вторичной или третичной структуры соответствующего глобина. Наследование обычно аутосомно-доминантное, хотя описаны редкие рецессивные случаи и мутации de novo.

Большинство нестабильных вариантов затрагивает бета-цепь гемоглобина HbA, однако выявлены также мутации альфа-, дельта- и гамма-цепей. К наиболее известным и изученным нестабильным гемоглобинам относятся Hb Köln, Hb Zürich, Hb Gun Hill, Hb Hasharon, Hb Mizuho, Hb Santa Ana, Hb Seattle, Hb Bibba, Hb Philly и многие другие варианты, часто названные по месту их обнаружения или лаборатории происхождения.

Мутации могут вызывать нестабильность посредством различных механизмов:

• Нарушение гидрофобных взаимодействий в ядре молекулы с утратой структурной компактности
• Появление объемных или заряженных аминокислот в критических для стабильности участках
• Изменение участков связывания гема или границ контакта между глобиновыми субъединицами
• Создание новых участков, восприимчивых к окислению или протеолитическому расщеплению

Конечным результатом является склонность молекулы утрачивать нативную конформацию и преципитировать внутри эритроцита, особенно при окислительном стрессе или изменениях pH и температуры.

Нестабильные варианты гемоглобина относительно редки, и их распространенность, вероятно, недооценена: легкие формы могут оставаться нераспознанными, а тяжелые обычно диагностируются рано из-за выраженных симптомов. В большинстве случаев характерного географического распределения нет, хотя отдельные мутации чаще встречаются в определенных популяциях или семьях.

Редко нестабильность может быть вторичной по отношению к приобретенным явлениям — посттрансляционным модификациям, воздействию лекарств или токсинов, — однако в подавляющем большинстве случаев она врожденная и связана с первичными структурными дефектами глобина.

Патогенез и патофизиология

Патогенез нестабильных гемоглобинов определяется склонностью измененной молекулы к спонтанной денатурации внутри эритроцита с образованием белковых преципитатов, накапливающихся в виде телец Гейнца, прикрепленных к клеточной мембране. Это явление, отсутствующее у физиологического гемоглобина, возникает вследствие утраты конформационной стабильности и образования аномальных связей между открывшимися гидрофобными участками мутантных цепей.

Накопление телец Гейнца и денатурированного гемоглобина вызывает:

• Прямое повреждение мембраны эритроцита — хрупкость, утрату эластичности и экспозицию неоантигенов
• Повышенную склонность к внутрисосудистому и особенно внесосудистому гемолизу в селезенке и печени
• Нарушение редокс-метаболизма со снижением устойчивости к окислительному стрессу
• Снижение сродства к кислороду или нарушение его отдачи тканям при особенно нестабильных вариантах

Продолжительность жизни эритроцитов, содержащих нестабильный гемоглобин, резко сокращена: значительная их часть разрушается еще до выхода в периферическую кровь из-за неэффективного эритропоэза, а выраженный гемолиз происходит в органах ретикулоэндотелиальной системы.

Основные патофизиологические последствия включают:

• Хроническую гемолитическую анемию различной степени с обострениями во время инфекций, стресса, приема окислительных препаратов или при сопутствующих ферментных дефектах, например дефиците G6PD
• Желтуху вследствие непрямой гипербилирубинемии и спленомегалию вследствие повышенной фагоцитарной активности селезенки
• Острые, иногда тяжелые гемолитические кризы, особенно в ответ на лекарства или окислительные агенты
• Прогрессирующую перегрузку железом у пациентов, нуждающихся в хронических трансфузиях
• Наличие морфологически измененных эритроцитов — телец Гейнца, полихромазии, анизопойкилоцитоза и клеток типа «морула» — в мазке периферической крови

Клиническая картина при этом крайне вариабельна: одни варианты вызывают легкую анемию, совместимую с нормальной жизнью, другие проявляются тяжелыми неонатальными формами, рефрактерными к трансфузионному лечению.

Патофизиология нестабильности гемоглобина требует особого внимания к дополнительным факторам риска: необходимо избегать окислительных препаратов, тщательно контролировать инфекции и выявлять сопутствующие состояния, способные ухудшать окислительный баланс эритроцитов.

Классификация и эпидемиология

Нестабильные гемоглобины составляют чрезвычайно неоднородную группу вариантов, классифицируемых главным образом по молекулярным критериям — типу мутации и вовлеченной глобиновой цепи, — а также по фенотипическим критериям: тяжести анемии, потребности в трансфузиях и сопутствующей клинической картине.

С молекулярной точки зрения их подразделяют на:

• Варианты бета-цепи: составляют большинство случаев и включают многие классические формы — Hb Köln, Hb Zürich, Hb Santa Ana и другие
• Варианты альфа-цепи: встречаются реже, но вызывают сходную клиническую картину и часто выявляются в неонатальном или детском возрасте
• Редкие варианты гамма- или дельта-цепей: исключительно редки и обычно описаны у отдельных пациентов или семей

Многие варианты называются по географическому месту или центру, где они были впервые выявлены, согласно сложившейся гематологической традиции.

По клиническому течению различают:

• Легкие или бессимптомные формы: минимальная гемолитическая анемия, часто нераспознанная до взрослого возраста или обнаруженная случайно
• Умеренные формы: хроническая гемолитическая анемия, легкая желтуха, спленомегалия и стойкий ретикулоцитоз
• Тяжелые формы: неонатальное или детское начало, тяжелая анемия, трансфузионная зависимость, ранние осложнения перегрузки железом и возможная необходимость спленэктомии

Тяжесть зависит от конкретной мутации, сопутствующих факторов и компенсаторной способности костномозгового эритропоэза.

Нестабильные гемоглобины считаются редкими заболеваниями. Точную распространенность определить сложно, однако предполагается, что они составляют минимальную долю наследственных гемолитических анемий — менее 1–2% в крупных гематологических центрах. Реальная заболеваемость, вероятно, недооценена из-за вариабельности фенотипа и сложности диагностики.

Регионов со значительно повышенной распространенностью не выявлено, хотя отдельные варианты чаще описываются в определенных популяциях или семьях вследствие эффекта основателя или кровнородственных браков. Распределение глобальное: случаи зарегистрированы в Европе, Азии, Америке и Африке.

Отсутствие характерной зависимости наследования от пола или географии, значительная клиническая вариабельность и наличие форм de novo требуют высокой клинической настороженности даже при отрицательном семейном анамнезе.

Клинические проявления

Клиническая картина нестабильных гемоглобинов чрезвычайно вариабельна и зависит как от типа мутации, так и от степени нестабильности молекулы. Общим признаком является хроническая гемолитическая анемия, тяжесть которой варьирует от легких малосимптомных форм до тяжелых состояний, часто диагностируемых в неонатальном периоде или в первые годы жизни.

Основные симптомы включают:

• Бледность и хроническую астению, выраженность которых соответствует степени анемии
• Периодическую или постоянную желтуху, связанную с гемолизом и непрямой гипербилирубинемией
• Спленомегалию, особенно частую при умеренных и тяжелых формах и иногда сопровождающуюся гепатомегалией
• Постоянный ретикулоцитоз как признак компенсаторного эритропоэза

При наиболее тяжелых вариантах с выраженной нестабильностью наблюдаются:

• Острые гемолитические кризы, провоцируемые инфекциями, лихорадкой, окислительными препаратами или метаболическим стрессом
• Трансфузионная зависимость с риском перегрузки железом
• Осложнения тяжелой анемии: задержка роста, кардиомегалия, сердечная недостаточность и нарушения полового созревания у детей
• У новорожденных — тяжелая желтуха и иногда необходимость обменных трансфузий

В мазке периферической крови выявляются выраженный анизопойкилоцитоз, полихромазия, тельца Гейнца, обнаруживаемые специальными окрасками, такими как бриллиантовый крезиловый синий, эритроциты типа «морула», сферические или овальные клетки, а при тяжелых формах — циркулирующие эритробласты.

Клиническая картина может напоминать другие наследственные гемолитические анемии — сфероцитоз, дефицит G6PD, редкие гемоглобинопатии, — поэтому диагноз нередко устанавливается поздно или случайно. При легких формах симптомы минимальны или отсутствуют, тогда как тяжелые варианты часто диагностируются по прогрессирующей неонатальной анемии.

Склонность к гемолитическим кризам во время инфекций, приема окислительных лекарств или воздействия токсических веществ является характерной особенностью и требует особой осторожности при ведении пациента, особенно ребенка.

Обследование и диагностика

Диагностика нестабильного гемоглобина требует строгого последовательного подхода, основанного на сочетании клинического подозрения, целевых лабораторных исследований и молекулярного анализа. Анамнез должен включать сведения о повторных эпизодах гемолитической анемии, семейных гематологических заболеваниях, кризах после инфекций или приема лекарств и признаках перегрузки железом в молодом возрасте.

Подозрение возникает при хронической гемолитической анемии неустановленной причины со следующими признаками:

• Снижение гемоглобина в сочетании со стойким ретикулоцитозом
• Выраженный анизопойкилоцитоз, полихромазия и тельца Гейнца в мазке периферической крови после окраски бриллиантовым крезиловым синим или кристаллическим фиолетовым
• Повышение ЛДГ и непрямого билирубина при снижении гаптоглобина
• Спленомегалия и иногда гепатомегалия

Эти признаки оценивают в клиническом контексте и дифференцируют с другими причинами наследственного гемолиза — сфероцитозом, дефицитом G6PD и другими гемоглобинопатиями.

Ключевой диагностический признак — тельца Гейнца: их выявление в сочетании с отрицательным прямым тестом Кумбса убедительно указывает на нестабильную гемоглобинопатию. Классический электрофорез гемоглобина может быть нормальным или лишь слегка измененным, поскольку нестабильные гемоглобины преципитируют и могут не определяться как аномальные фракции. Уровни HbA2 и HbF обычно нормальны, если нет сопутствующих вариантов.

Для подтверждения выполняют тесты стабильности гемоглобина:

• Тест термостабильности (heat instability test): оценивает склонность гемоглобина к преципитации при 50–60°C
• Изопропаноловый тест: оценивает растворимость гемоглобина в присутствии спиртов

Эти тесты полезны для скрининга, но окончательное подтверждение дает молекулярный анализ глобиновых генов — прямое секвенирование или NGS, выявляющее ответственную мутацию.

При тяжелых формах диагноз может быть поставлен уже в неонатальном периоде, особенно при тяжелой анемии, ранней желтухе и потребности в трансфузиях. При промежуточных или легких формах диагноз часто устанавливают поздно при обследовании по поводу хронической анемии, спленомегалии или во время семейного скрининга.

При хронической гемолитической анемии с тельцами Гейнца и положительными тестами стабильности перед генетическими исследованиями всегда следует исключить дефицит G6PD и другие приобретенные или наследственные причины гемолиза.

Лечение и прогноз

Ведение пациентов с нестабильными гемоглобинами требует индивидуализированного подхода с учетом тяжести клинической картины и наличия осложнений. При легких формах лечение может ограничиваться наблюдением и обучением пациента факторам риска, которых следует избегать. При умеренных или тяжелых формах необходимо тщательное гематологическое наблюдение, поддерживающая терапия и в отдельных случаях специальные вмешательства.

Основные направления лечения включают:

• Исключение окислительных лекарств и веществ — некоторых антибиотиков, противомалярийных препаратов, сульфаниламидов и отдельных пищевых продуктов, способных провоцировать острый гемолиз
• Своевременное лечение инфекций и других стрессовых состояний, повышающих риск гемолиза
• Трансфузионную терапию при острых эпизодах тяжелой анемии или хронических формах, требующих поддержания гемоглобина для нормального роста и профилактики осложнений
• Спленэктомию при отдельных случаях массивной спленомегалии, гиперспленизма или неконтролируемой трансфузионной зависимости; перед операцией необходимы вакцинация и антибиотикопрофилактика
• Хелаторную терапию железа у пациентов, получающих хронические трансфузии, для профилактики перегрузки железом и органных осложнений
• Нутритивную поддержку и прием фолиевой кислоты для поддержания эритропоэза

Новые подходы, такие как генная терапия или геномное редактирование, пока находятся на экспериментальной стадии и не применяются в клинической практике при нестабильных гемоглобинах.

Прогноз существенно зависит от конкретной мутации и тяжести клинических проявлений. При легких формах качество и продолжительность жизни соответствуют общей популяции при условии избегания провоцирующих факторов. При умеренных и тяжелых формах долгосрочная выживаемость зависит от ведения осложнений — тяжелой анемии, перегрузки железом, инфекционного риска после спленэктомии — и доступности специализированной помощи.
Раннее выявление заболевания, обучение пациента и мультидисциплинарное наблюдение в большинстве случаев позволяют предотвратить тяжелые осложнения и обеспечить хорошее качество жизни.

Осложнения

Осложнения нестабильных гемоглобинов являются основным долгосрочным фактором риска, особенно при умеренных и тяжелых формах. Они обусловлены непосредственными последствиями хронической гемолитической анемии, возможной трансфузионной перегрузкой железом и лечебными вмешательствами, такими как спленэктомия.

К основным осложнениям относятся:

• Перегрузка железом: развивается у трансфузионно-зависимых пациентов или при интенсивном эритропоэзе и повышенном всасывании железа. Отложение железа повреждает печень — гемосидероз, цирроз, — сердце — кардиомиопатия, — эндокринную систему — диабет, гипогонадизм, — почки и кожу.
• Массивная спленомегалия и гиперспленизм: могут приводить к тяжелым цитопениям — анемии, лейкопении, тромбоцитопении — и повышенному риску инфекций и кровотечений. После спленэктомии возрастает восприимчивость к инкапсулированным бактериям — пневмококку, менингококку и Haemophilus — с риском молниеносного сепсиса.
• Острые гемолитические кризы: провоцируются инфекциями, окислительным стрессом, лекарствами или факторами окружающей среды и могут вызывать тяжелую острую анемию, требующую неотложного лечения.
• Костные осложнения: остеопения, остеопороз и задержка роста вследствие хронически усиленного эритропоэза и дефицита фолатов и микроэлементов.
• Сердечные и почечные осложнения: связаны как с хронической анемией, так и с перегрузкой железом и включают сердечную недостаточность, аритмии и повреждение почечных канальцев.
• Осложнения лечения: хелаторная терапия может вызывать цитопении, печеночную и почечную токсичность и кожные реакции, а спленэктомия связана с повышенным риском венозного тромбоза и сепсиса.

В отдельных случаях особенно тяжелые гемолитические кризы могут требовать обменных трансфузий, прежде всего у новорожденных, или приводить к полиорганной недостаточности при несвоевременной диагностике и лечении.

Профилактика и ведение осложнений требуют мультидисциплинарного контроля: регулярной оценки запасов железа по ферритину и МРТ T2*, функции сердца, печени, почек и эндокринной системы, вакцинации, антибиотикопрофилактики после спленэктомии и консультирования по лекарствам и рискованным воздействиям.

В целом долгосрочный исход при нестабильных гемоглобинах в решающей степени зависит от ранней диагностики, соблюдения программы наблюдения и своевременного лечения осложнений, прежде всего перегрузки железом и инфекционного риска.

Литература
1. Bunn HF, Forget BG. Hemoglobin: Molecular, Genetic and Clinical Aspects. WB Saunders. 1986; pp. 1–720.
2. Steinberg MH, Forget BG, Higgs DR, Nagel RL. Disorders of Hemoglobin: Genetics, Pathophysiology, and Clinical Management. Cambridge University Press. 2nd ed. 2009; pp. 1–934.
3. Stamatoyannopoulos G, et al. The Molecular Basis of Blood Diseases. WB Saunders. 4th ed. 2001.
4. Luzzatto L, Nannelli C, Notaro R. Genetic causes of hemolytic anemia: Hereditary spherocytosis, elliptocytosis, and other red cell membrane and metabolic defects. Hematology Am Soc Hematol Educ Program. 2016;2016(1):385–391.
5. Forget BG, Bunn HF. Classification of the disorders of hemoglobin. Cold Spring Harb Perspect Med. 2013;3(2):a011684.
6. Huisman THJ, et al. A Syllabus of Human Hemoglobin Variants. The Sickle Cell Anemia Foundation. 1996.
7. Hoyer JD, et al. Diagnostic approach to hemoglobin variants. Clin Chem. 2001;47(7):1180–1188.
8. Winter WE, et al. Laboratory diagnosis of hemoglobinopathies and thalassemias: review and update. Clin Chem. 2016;62(7):971–979.
9. Bishop MW, et al. Unstable hemoglobins: clinical and laboratory features. Blood Rev. 2018;32(5):344–355.
10. Bain BJ. Haemoglobinopathy Diagnosis. Wiley-Blackwell. 3rd ed. 2020.
11. Cappellini MD, et al. Guidelines for the management of transfusion dependent thalassaemia (TDT). Thalassaemia International Federation. 4th ed. 2021.
12. Rogers BB, et al. Hemoglobinopathies and thalassemias. Semin Pediatr Pathol. 1994;14(1):17–38.
13. Clegg JB, et al. Unstable haemoglobins: the molecular basis and clinical aspects. Br J Haematol. 1998;103(2):264–274.
14. Forget BG. Hemoglobin variants: clinical and laboratory aspects. Blood Cells Mol Dis. 2001;27(2):286–297.
15. Pace BS, et al. Disorders of hemoglobin structure: unstable and high oxygen affinity variants. Hematol Oncol Clin North Am. 2010;24(6):1029–1046.
16. Rees DC, et al. Unstable haemoglobins and haemolytic anaemia. Blood Rev. 1999;13(2):71–78.
17. Hoffbrand AV, et al. Postgraduate Haematology. Wiley-Blackwell. 7th ed. 2016.
18. Greer JP, et al. Wintrobe’s Clinical Hematology. Wolters Kluwer. 14th ed. 2019.
19. Vives Corrons JL, et al. Diagnosis and management of unstable haemoglobins. Baillieres Best Pract Res Clin Haematol. 2001;14(1):117–135.