(一)发病原因
常染色体显性遗传性疾病。
(二)发病机制
β链第6位上的谷氨酸被缬氨酸替代形成HbS，HbS在脱氧状态下相互聚集，形成多聚体。多聚体在电子显微镜下呈纤维状，每条纤维由14条珠蛋白链组成螺旋状，直径20nm。这种多聚体由于其HbS的β链与邻近的β链通过疏水键连接而非常稳定，水溶性较氧合HbS低5倍以上。由于多聚体的形成和稳定均需要邻近β链的参与，故HbA(α1β2)远较HbF(α2γ2)容易参与HbS多聚体的形成。纤维状多聚体排列方向与细胞膜平行，并与细胞膜紧密接触，故当有足够的多聚体形成时，红细胞即由正常的双凹形盘状变为镰刀形(或称新月形)，此过程称为“镰变”。镰变红细胞僵硬，变形性差，在微循环中易遭破坏而发生溶血。镰变红细胞也使血流黏滞性增加，血流缓慢，加之变形性差，故可引起微血管堵塞。血流滞缓、血管堵塞又加重缺氧、酸中毒，从而诱导更多红细胞发生镰变。如此恶性循环加重溶血、血管堵塞，导致组织器官损伤以致坏死，产生严重临床症状。镰状红细胞对血管内皮的黏附性较正常红细胞高2～10倍。黏附性增高的机制可能是镰状细胞变形、细胞脱水及细胞氧化使镰状细胞表面负电荷减少，与血管内皮细胞表面负电荷相斥力下降而吸力增加的缘故。镰状细胞对内皮细胞黏附性的显著增高在血栓形成过程中起重要作用。诸多因素与红细胞镰变有关。红细胞内HbS浓度和脱氧程度是主要因素已如上述。此外，红细胞内2，3-二磷酸甘油酸含量、酸中毒、HbF含量、红细胞脱水程度等因素也可影响镰变过程。2，3-二磷酸甘油酸能降低血红蛋白的氧亲和力，pH降低时血红蛋白易脱氧，故2，3-二磷酸甘油酸含量的增加和酸中毒时镰变加重。HbF不含β链，可抑制HbS的多聚体化，故不含HbF的红细胞容易镰变，而增加HbF含量可抑制镰变。红细胞内血红蛋白浓度增高将增加HbS与邻近β链接触而促进多聚体形成，故红细胞脱水使血红蛋白浓度增高可加重镰变。红细胞镰变的初期是可逆的，给予氧可逆转镰变过程。但当镰变已严重损害红细胞膜而使红细胞丧失钾离子和水分后，镰变就变为不可逆性，即使将这种细胞置于有氧条件下，红细胞仍保持镰状。