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1、第六章 红细胞检验的基础理论,第一节 红细胞膜,一、红细胞膜的组成与结构,红细胞的多种重要生理功能,都与其膜息息相关。人的红细胞膜是由蛋白质(占49.3%), 脂质(占42%),糖类(占8%)和无机离子等组成。蛋白质与脂质的比值约为1：1。电镜下观察红细胞膜呈三层暗-亮-暗区带,外层含糖脂、糖蛋白和蛋白质,具亲水性;中间层含磷脂、胆固醇、蛋白质为疏水性;内层主要包含蛋白质,呈亲水性。即红细胞膜与其他细胞膜的结构相似,为脂质双层结构,蛋白质镶嵌在脂质双层内。,膜蛋白质大多数是与脂质或糖结合在一起的脂蛋白、糖蛋白。作SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)，可见78条区带，Fairbank分
2、别用1、2、3、4、5、6、7、8命名。其中一些含量少的蛋白质按其相对分子质量的大小排列,称2.1或4.1、4.2等。各区带蛋白质的相关数据见表6-1。 红细胞膜用非离子去污剂(如Triton 100)处理,将外在质膜除去后,在电镜下看不到脂质双层结构,但在胞膜内表面可见一网状结构支撑着整个细胞,称之为膜骨架，主要由收缩蛋白、肌动蛋白、锚蛋白、原肌球蛋白、肌球蛋白、加合素、4.1蛋白、4.2蛋白、4.9蛋白相连接构成。这种网状结构通过锚蛋白(又称2.1蛋白)固定在细胞膜上。(图6-1),膜骨架系统对维持红细胞的形状、稳定性和变形性起着重要作用。收缩蛋白是膜骨架最主要的组成部分。由链和链首尾相反
3、方向扭合形成二聚体(SPD),其二聚体再以首尾相连形成四聚体(SPT)。链和链分别含有22个和19个大约由106个氨基酸组成的重复片段,重复片段的螺旋1与螺旋2相连接,与螺旋3一起构成空间重复结构单位。链和链用限制性胰蛋白酶消化后,经SDS-PAGE分析,分别显示分解成5个和4个肽段,即I和I。红细胞膜收缩蛋白自身聚合位点及其结构区域异常,会影响STP的形成和收缩蛋白与其他骨架蛋白的结合,而引起膜结构和功能的异常。带3蛋白是红细胞膜中含量最多的一种跨膜糖蛋白,其跨膜区多肽链穿膜14次，能高速转运阴离子，维持细胞内离子的平衡,所以又称为阴离子通道。,红细胞膜上的糖类很多,含量较多的是氨基糖类,包
4、括氨基半乳糖(GalNH2)、氨基葡萄糖(GleNH2)、乙酰氨基葡萄糖(GleNAc)、和乙酰氨基半乳糖(GalNAc)。此外还有岩藻糖（Fuc）和乙酰神经氨酸(NANA),又称唾液酸或涎酸。膜上的糖都与蛋白质或脂类结合以糖蛋白或糖脂蛋白形式存在,糖蛋白的糖链大多数伸向膜外,有细胞天线之称,具有受体反应、抗原性、信息传递等多种功能。,红细胞膜脂质包括3种成分：磷脂(占60%)，胆固醇和中性脂肪(占33%)，其余为糖脂。磷脂与胆固醇能与血浆中脂类交换。磷脂分为两大类：甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂通常与丝氨酸、乙醇胺、胆碱及肌醇结合,分别称为丝氨酸磷脂(PS)、乙醇氨磷脂(PE)、胆碱磷脂(PC)
5、和肌醇磷脂(PI)。鞘磷脂(SM)不含甘油，代之为鞘氨醇。人红细胞膜总磷脂中，PC占28%，PE占27%，PS占14%，SM占27%，PI、磷脂酸和溶血胆碱磷脂占2%3%。这些磷脂都是两性物质，即一个分子内有极性和非极性两种基团。这种特性在膜脂质双层形成中起重要作用。红细胞膜含游离胆固醇较多，胆固醇酯较少。胆固醇含量与磷脂含量有一定的比例，胆固醇/磷脂(C/P)比值约为0.81.0。,红细胞膜结构根据流动镶嵌学说的基本论点，红细胞膜以脂质双层为膜的支架，膜蛋白镶嵌在脂质双层中又相互连结形成膜的骨架。膜结构有两个最基本的特征：红细胞膜的流动性和膜的不对称性。 红细胞膜的不对称性是指其脂质双层中内
6、外两侧脂类分布的不均一性及其理化性质的不同，以及膜蛋白在脂质双层内外两侧分布的不对称性。脂质双层的外层富含PC和SM，内层脂类以PS和PE为主。这种不对称性发生变化,会使红细胞形态发生改变,如镰状红细胞贫血患者的红细胞膜内层的20%的PS外翻。PS为凝血酶原的激活剂,而促进了血栓的发生。近年来发现PS外翻还与红细胞的老化、凋亡、细胞识别及细胞吞饮有关。,膜蛋白在脂质双层两侧的分布不对称是绝对的，如糖蛋白、糖链都位于膜的外侧。膜蛋白结构上两侧的不对称性保证了膜的方向性功能。红细胞膜的不对称性是维持其正常形态和功能的基础之一。膜的流动性是指膜内部分子的运动性，主要是指脂质和蛋白质的运动。.膜的脂类
7、在一定温度下， 可以从流动的液晶态转为晶态，晶态也可转为液晶态。生理条件下膜一般处于液晶态，即膜脂总是处于流动状态。由于脂质双层的流动性，膜蛋白也在运动中，可在脂质双层中作侧向扩散和旋转运动。膜的这种流动性与红细胞形态和功能密切相关。膜骨架蛋白对维持红细胞膜的这两个基本特征有重要作用，任何损伤膜骨架蛋白的因素均可影响红细胞膜的这两个基本特征。,二、红细胞膜的功能,1.维持红细胞的正常形态及变形性 红细胞表面积大，呈双凹盘状，平均直径7.2um左右，流动于血管和多个组织器官中。其变形性有利于其自身通过微循环，如脾窦的毛细血管直径只有23um，正常红细胞通过时形态从盘状变为细条状，而得以通过，使血
8、流通畅。而老化的红细胞变形性差，则被扣捕清除。有核红细胞也因不能通过骨髓血窦的毛细血管而被阻挡。红细胞的这一特性有其重要的生理意义。,2.物质的运输 红细胞内外物质的交换都是通过红细胞膜来完成的。红细胞膜的脂质双层保证了脂溶性强的02和C02靠单纯物理扩散形式迅速通过。其他的物质运输还有： (1)离子的运输：红细胞内外无机离子、糖等浓度差别很大，许多物质的运输都有各自的机制。带3蛋白是阴离子通道，主要介导HC03- /Cl穿过红细胞膜，以1：1交换。红细胞膜上的Na+ATP酶和Ca2+-Mg2+ATP酶,起着主动运输的作用。红细胞内的K+是血浆中+含量的30倍，正是Na+-K+ATP酶泵出Na
9、+泵入K+的结果。Ca2+-Mg2+ATP酶也使Ca2+浓度维持恒定。除以上离子的主动运输外，还有Na+-Na+；Na+-K+（不需ATP）；Ca2+-K+等的离子交换，维持了红细胞内外渗透压的平衡。,(2)水的运输：膜脂是疏水的，水分子较难通过。红细胞膜上有水的通道，称AQP(Aqua proin)-CHIP，维持细胞内外水的平衡，保护红细胞不被破溶。 (3)葡萄糖的运转：红细胞膜上有葡萄糖运转体，称GLUT。这是一个家族，共有5种(GLUT1-5)。红细胞膜上存在GLUT1 ，含492个氨基酸，它的C端及N段都伸向胞浆面，跨膜部分穿膜12次，其运转方式是通过变构将葡萄糖运到细胞内。,3.红
10、细胞膜的抗原性 红细胞膜上的血型抗原物质是由遗传基因决定的，为糖蛋白或糖脂。现已发现400多种抗原物质，分属于20 多个血型系统。近年来发现衰老的红细胞膜上出现了称之为“老化抗原”(senescent ce11 antigen，SCA)的新抗原，与血浆中的自身抗体结合后，衰老的红细胞被吞噬细胞识别清除。“老化抗原”的性质还不十分清楚。,4.红细胞的免疫功能 红细胞不仅参与机体的免疫反应，还参与免疫调控，其免疫功能是其他免疫细胞所无法代替的。 (1)清除免疫复合物的作用：红细胞膜上有补体C3b的受体(CR1)，能粘附血浆中的抗原-抗体-补体复合物(IC)，携带IC的红细胞通过肝脾时，吞噬细胞表面
11、的Fc受体和CR1受体分别与IC中抗体的Fc段和补体C3b结合，此时红细胞与IC解离，再度进入血循环，从而促进了吞噬细胞对IC 的清除，防止了IC 在组织沉积对组织细胞的损伤。虽然平均每个红细胞上CR1位点数(950个)少于白细胞，但红细胞的数量众多，血循环中95%的CR1位于红细胞膜上，红细胞清除IC的机会比白细胞大5001000倍。同时也防止了由于IC过多地粘附在吞噬细胞等免疫细胞上而引起的免疫抑制作用，间接提高了吞噬细胞、淋巴细胞等的免疫功能。,(2)对免疫细胞的调控作用：红细胞能将粘附的IC中的补体降解为C3d，后者可与膜上的CR2受体结合，诱导B细胞增殖分化，产生抗体；红细胞膜上的L
12、EA3(淋巴细胞功能抗原3)与T 淋巴细胞CD2作用而激活T淋巴细胞的免疫功能；红细胞还能直接增强NK细胞的抗肿瘤作用； 红细胞膜上CR1、CR3和吞噬细胞上的CRl、CR3、FCR和CD4共同作用可明显促进吞噬细胞的吞噬功能，而且红细胞上的超氧化物歧化酶(SOD)能及时清除吞噬细胞在吞噬过程中释放出的大量氧自由基，避免了其对吞噬细胞的损伤。,(3)对补体活性的调节：红细胞膜上有三种抑制补体活化的分子：衰变加速因子(decay acce1erating factor，DAF，CD55)可下调C3转化酶的活性，使C3不能转化为C3b，从而补体反应不能进行。阵发性睡眠性血红蛋白尿症患者因缺失DAF
13、，C3b增多而造成溶血；反应性溶血的膜抑制剂和补体8结合蛋白(C8 binding protein)分别是抑制C5b-8复合物形成和与C8 - 结合，结果都抑制了C9的聚合，不能形成膜攻击复合物C5b6789，使红细胞膜免受损伤。这些物质都是含糖肌醇磷脂的膜蛋白，靠糖肌醇磷脂固定在膜上。,5.红细胞膜上的受体 除了前面已涉及到的有关免疫功能的受体外，红细胞膜上还有： (1)激素类受体：有胰岛素、高血糖素受体。 (2)递质类受体：有去甲肾上腺素、异丙基肾上腺素受体。 上述的这两类受体都是经核苷酸环化酶的作用，使ATP和GTP (三磷酸鸟苷)分别形成cAMP和cGMP(环磷酸鸟苷)，再作用于各种激
14、酶调节细胞的代谢作用。 (3)病毒受体：如流感病毒受体。,(4)其他：幼红细胞膜上有转铁蛋白受体(TfR)，带Fe3+的转铁蛋白先与TfR结合，通过胞饮作用进入细胞内参与Hb的合成。TfR随着幼红细胞的分化发育逐渐减少， 从原始红细胞膜上有80万个至网织红细胞膜上10万个，完全成熟的红细胞膜上无；幼红细胞膜上有红细胞生成素(EPO)受体，可接受EPO，促使幼红细胞增殖分化。,三、影响红细胞膜稳定的因素,影响红细胞膜稳定的因素很多，常见的有： 1.红细胞膜蛋白有遗传性缺陷 包括收缩蛋白、锚蛋白、带3蛋白、4.1蛋白、4.2蛋白等的缺陷。当某组分蛋白缺乏或结构异常致连结缺陷等，均可导致膜的稳定性和
15、变形性下降。膜蛋白的缺陷还可致膜脂质双层不稳定，形成囊泡而丢失。,2.化学因素 如氧化损伤，特别是当红细胞有酶的缺陷和Hb异常，抗氧化能力下降时。氧化损伤可使膜骨架蛋白，特别是收缩蛋白发生聚集交联，破坏了膜骨架的正常结构；膜脂质过氧化，脂肪酸链断裂，脂质过氧化物与膜蛋白发生交联；Hb氧化变性，形成变性珠蛋白小体(Heinz body)沉积在膜上，均可破坏膜的结构、稳定性和变形性。 3.免疫因素 红细胞结合了自身抗体和(或)补体C3b后，被吞噬细胞识别，整个细胞被吞噬或是部分膜被反复多次吞噬，造成膜蛋白及膜脂质过度丧失，红细胞变为球形。还可有补体被激活形成膜攻击复合物（C5b6789），导致膜穿
16、孔。,4.酶代谢异常，ATP生成不足 能量代谢紊乱，钠-钙泵功能失调，膜钙积聚；膜收缩蛋白磷酸化作用减弱，影响钙与膜收缩蛋白-肌动蛋白的网络结构，均可使膜僵硬失去变形性。另外还导致K+、H20外流，使红细胞脱水变形。 5.生物因素 生物毒素(某些蛇毒、蜂毒、蝎毒、细菌毒素等)，可直接破坏红细胞膜。如产气荚膜梭状芽胞杆菌产生的磷脂酶C能直接分解红细胞膜磷脂,第二节 血红蛋白,一、血红蛋白的组成 血红蛋白(hemoglobin，Hb)是成熟红细胞的主要蛋白质，占细胞干重的96%，占细胞容积的35%。约65%的血红蛋白合成于有核红细胞期，另有35%合成于网织红细胞阶段。正常血红蛋白是由两对珠蛋白肽链和4个亚铁血红素构成的4个亚基组成的，其相对分子质量64 458 。其合成受铁的供应、原卟啉和珠蛋白合成的影响。,()血红素 血红素(heme)是铁原子和原卟啉的复合物，是Hb、Mb、多种酶(如过氧化物酶)和多种细胞色素的辅基，其合成场所在有核红细胞和肝细胞的线粒体内。血红素合成后，离开线粒体，在胞质内与珠蛋白肽链结合为血红蛋白。在血红素合成过程中， 酶的缺陷引起卟啉或其前体在体内蓄积可导致卟啉病(prophyria)。铁的供应不足或铁利用障碍，均会影响血红素的合成，使红细胞内游离原卟啉增高，其检测结果可作为判断铁代谢状况的间接指标。,
