ما هو شكل خلاياك؟ اسطوانات إسفنجيّة؟ متعرّجة ومسنّنة؟ من المحتمل أنّك لا تفكّر كثيرًا بأجسام هذه الكتل البنائية، ولكن على المستوى المجهريّ، فإنّ التغيّرات البسيطة قد يكون لها آثار كبيرة. وبينما ستؤدّي بعض التكيّفات إلى تغيير هذه الأشكال إلى الأفضل، قد يسبب بعضها الآخر سلسلة من التعقيدات التي تضعف الخلايا. هذه هي قصة مرض فقر الدمّ المنجليّ.
What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
يؤثّر مرض فقر الدمّ المنجليّ في كريّات الدمّ الحمراء، والتي تقوم بنقل الأوكسجين من الرئتين إلى جميع أنسجة الجسم. من أجل القيام بهذا العمل الأساسيّ، تمتلئ كريّات الدمّ الحمراء ببروتين الهيموغلوبين وذلك لحمل الأوكسجين. تحوم هذه البروتينات بحرّيّة داخل كريّات الدمّ الحمراء ذات شكل أقراص مقعّرة السطحين الليّنة، لإبقاء الخليّة مرنة بما يكفي لتتّسع حتّى في أضيق الأوعية الدمويّة. ولكن في مرض فقر الدمّ المنجليّ، فإنّ طفرة وراثيّة واحدة تعمل على تغيير شكل الهيموغلوبين. فبعد أن يتمّ تزويد الأنسجة بالأوكسجين، تقوم هذه البروتينات التي طرأت عليها الطفرة بالالتصاق ببعضها مشكّلةً صفوفًا صلبةً. تشوّه عصيّ الهيموغلوبين الخليّة لتصبح شبيهة بالمنجل الطويل، والحادّ. وتكون هذه الخلايا الحمراء أقسى وذات لزوجة أكبر، وغير قادرة على الجريان بانسيابيّة داخل الأوعية الدمويّة. تتمزق الخلايا المنجليّة وتتراكم– ويمكنها في بعض الأحيان أن تسدّ الأوعية الدمويّة كليًّا. وهذا يمنع الأوكسجين من الوصول إلى العديد من الخلايا، مسببة العديد من الأعراض التي تظهر على الأشخاص المصابين بفقر الدمّ المنجليّ.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
يبدأ المرضى قبل وصولهم عمر السنة، بالمعاناة من نوبات متكررة من الألم الأشبه بالطعن في الخلايا المحرومة من الأوكسجين. إنّ موقع الوعاء الدموي المسدود يحدّد نوع الأعراض التي يعاني منها المريض. انسداد الطحال، وهو جزء من الجهاز المناعيّ، يعرّض المريض للإصابة بإنتانات خطيرة. إذا حصل التراكم في الرئتين يسبّب الإصابة بالحمّى وصعوبة بالتنفس. إذا حصل الانسداد بالقرب من العين سيؤدّي إلى اضطرابات بالرؤية وانفصال الشبكيّة. أمّا إذا كان الوعاء الدمويّ يغذّي الدماغ فمن الممكن حتّى أن يُصاب المريض بسكتة دماغيّة.
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
والأسوأ، أنّ هذه الخلايا الحمراء المنجليّة لا تستطيع البقاء لمدّة طويلة جدًّا— فهي تستطيع العيش 10 أو 20 يومًا، مقارنةً بالخلايا السليمة والتي تبقى لأربعة أشهر. إنّ دورة الحياة القصيرة تعني أنّ المرضى سيعانون باستمرار من انخفاض في مستوى كريّات الدمّ الحمراء؛ والذي نسمّيه بفقر الدمّ المنجليّ.
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
ولربما يكون الأكثر إثارة للدهشة أنّ هذه الطفرة الخبيثة قد نشأت أصلًا كتكيّفٍ مفيد للجسم. وقد استطاع الباحثون إيجاد أصول طفرة الخلايا المنجليّة والتي تعود إلى مناطق أهلكها مرضٌ استوائيّ يعرف بالملاريا. والذي ينتشر بواسطة متطفل يوجد في نوع من أنواع البعوض المحليّ، تستخدم الملاريا كريّات الدمّ الحمراء كحاضنات لتنتشر بسرعة وبشكلٍ قاتلٍ في الدمّ.
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
لكن، التغيّرات الهيكليّة ذاتها التي أدّت إلى تحوّل كريّات الدمّ الحمراء إلى حواجز جعلتها أيضًا أكثر مقاومةً للملاريا. وإذا ورث طفلٌ نسخة من الطفرة من أحد والديه، سيكون لديه ما يكفي من خضاب الدمّ غير الطبيعي ليجعل الحياة صعبةً على طفيليّ الملاريا، بينما تحتفظ أغلب كريّاتهم الحمراء بشكلها وعملها الطبيعيّين. في المناطق التي ينتشر فيها هذا الطفيليّ، تقدّم طفرة الخلايا المنجليّة منفعّة تطوريّة مهمّة. ولكن ومع ازدهار التكيّف، أصبح من الواضح أنّ توارث الطفرة من الوالدين كليهما يؤدّي إلى الإصابة بفقر الدمّ المنجليّ.
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
اليوم، فإنّ معظم الأشخاص المصابين بهذا المرض يستطيعون تقصّيّ أنسابهم إلى مناطق كانت تنتشر فيها الملاريا. وما تزال هذه الطفرة تلعب دورًا هامًّا في أفريقيا، حيث تحدث أكثر من 90% من إصابات الملاريا حول العالم. لحسن الحظ، عندما يزدهرهذا "التكيّف"، فإنّ فرصة علاجنا لفقر الدمّ المنجليّ تتحسّن. كان هيدروكسي يوريا الدواء الوحيد المتوفّر لسنوات ليقلّل كمّيّة الخلايا المنجليّة، ويخفّف من الأعراض ويزيد متوسط العمر المتوقّع. وتُعتبَر زراعة النخاع العظميّ إجراءً شافيًا، إلّا أنّ هذه العمليّات معقّدة وغالبًا ما تكون صعبة المنال. إلّا أنّ أدوية واعدة جديدة بدأت تشقّ طريقها بطرق مبتَكرة، كإبقاء الأوكسجين مرتبطًا بخضاب الدمّ لمنع تحوّل الخلايا إلى منجليّة، أو تقليل القدرة الالتصاقيّة للخلايا المنجليّة. والقدرة على التعديل على الحمض النووّي مكّنتنا من جعل الخلايا الجذعيّة قادرة على إنتاج هيموغلوبين طبيعيّ. وذلك لأنّ هذه الأدوات أصبحت متاحة في المناطق الأكثر تعرّضًا للملاريا ومرض فقر الدمّ المنجليّ، أصبح بإمكاننا تحسين مستوى المعيشة للكثير من المرضى الذين يعانون من هذا التكيّف المؤذي.
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.