JBC報道罕見病例：他因吸煙而受益，從此遠離貧血癥

　　香煙盒上都印著“吸煙有害健康”。的確，吸煙是重要的致癌因素。不過，世界上至少有一個人因吸煙而獲益。目前，由美國萊斯大學領導的國際研究團隊已經找到其中的原因。

　　一名年輕女性和她的父親都帶有相同的突變，這名女性患有貧血癥，而她的父親沒有。這是為什么？萊斯大學的生物化學家John Olson聯合德國和法國的研究人員，正試圖揭開其中的秘密。

　　這對父女發生突變的是編碼血紅蛋白的基因，血紅蛋白負責吸收并輸送氧氣到全身的細胞。到目前為止，人體血紅蛋白中發現的突變已超過1,000種。大多數對人體沒有影響，若疾病出現，則被稱為血紅蛋白病，并往往以發現它的城市或醫院來命名。在這個病例中，這個家庭居住在德國的曼海姆，但父親出生在土耳其城市Kirklareli。

　　Kirklareli突變并沒有影響這位父親血液中的鐵含量，但似乎是這位年輕女性慢性貧血的根本原因。研究人員通過進一步的調查發現，從香煙煙霧中吸收一氧化碳可以治療這種罕見的遺傳病。他們在《Journal of Biological Chemistry》雜志上發表了研究結果。

　　突變發生在人血紅蛋白的α亞基（H58L），導致其快速自我氧化，這使得蛋白質分裂，丟失血紅素并沉淀。結果，蛋白質失去了攜氧的能力，最終紅細胞本身變形并被破壞。值得注意的是，這個突變使得蛋白質對一氧化碳的親和力比氧氣高了80,000倍。香煙中的一氧化碳被突變的血紅蛋白選擇性吸收，防止其氧化和變形。這也解釋了為什么父親沒有貧血的跡象。

　　Olson說：“他可能永遠成不了運動員，因為他的血液不能攜帶太多氧氣，但吸煙使他免遭貧血。還有一個附帶的好處，那就是這種特質的人更耐受一氧化碳中毒。”Olson表示，他不知道醫生如何治療那位年輕女性。他甚至不知道她的名字。不過不會建議她通過吸煙來緩解癥狀。

　　“她不應該吸煙，”他說。“不過她可以服用抗氧化劑，如大量的維生素C，這將有助于防止突變的血紅蛋白被氧化。她的貧血不是太嚴重。同時，她也不需要太擔心二手煙，這可能對她有積極的效果。”

　　當時，她的醫生在排除了失血、胃炎或先天性缺陷等常見原因后，對她的病情曾一度束手無策。于是，他求助于德國弗雷堡大學臨床化學研究所的研究人員Emmanuel Bissé。Bissé在測序這位女性的DNA后發現了突變。

　　之后，Bissé又邀請了Olson及其團隊來幫助確定為什么組氨酸到亮氨酸的改變導致了女兒而不是父親的貧血。有意思的是，Olson實驗室的一名研究生Ivan Birukou已經在血紅蛋白上產生了相同的突變，來研究蛋白質如何快速和選擇性地與氧氣結合。

　　Olson回憶道：“Emmanuel寫信給我，說，‘我知道你一直在做血紅蛋白的突變體，你可能已經有了α鏈的H58L突變。你認為這個表型是否有意義？’”

　　“我說，‘我們的確可以做一個很好的研究，因為我們已經在重組系統中生成了突變的血紅蛋白。’實際上我們有了匹配的晶體結構，還沒有發表過，但已經放在蛋白質數據庫PDB中。我們通過這個突變，來了解遠端組氨酸在α亞基中的作用。”

　　這個組氨酸與氧形成強的氫鍵。他們在2010年的研究中發現，如果用亮氨酸來取代組氨酸，則會導致與氧的親和力顯著降低，而與一氧化碳的結合增加。Olson和Birukou意識到，組氨酸在結合氧或一氧化碳上發揮了關鍵作用。“當Emmanuel寫信告訴我他的發現時，我已經知道發生了什么，”Olson說。

　　他說，正常的氫鍵導致結合的氧更緊密地粘附在血紅蛋白上，就像碳酸飲料弄到手上那種粘粘的感覺。“當你觸摸它時，糖的氫和氧與你手指上的多糖形成氫鍵。”Olson說。“這種粘性有助于抓住氧氣。不過亮氨酸則更像是一種油，比如丁烷或乙烷，使氧氣不能很好地粘附在血紅蛋白上。”

　　Olson實驗室的博士后研究人員Andres Benitez Cardenas做了一個關鍵的實驗。他將一氧化碳引入Kirklareli血紅蛋白的突變α亞基中。結合的一氧化碳減緩了蛋白的氧化，防止了血紅素的丟失和沉淀。“Andres做了吸煙實驗，以證明父親的血紅蛋白為什么不變性并導致貧血，”Olson說。他表示這種突變的影響雖然罕見，但不是獨一無二的。

　　“還有另一個‘吸煙有益健康’的突變，”他說，那是70年代末、80年代初蘇黎世的發現。當時的研究人員尋求了諾貝爾獎得主Max Perutz的幫助，Perutz正是因為在血紅蛋白結構方面的開創性工作而獲得了諾貝爾獎。

　　“Emmanuel知道我們已經研究了肌紅蛋白和血紅蛋白中這些組氨酸到亮氨酸的突變，于是才聯系了我們，”他說。“這種類型的合作說明了科學和醫學應如何相互促進。”