極長鏈?;o酶A脫氫酶缺乏癥基因檢測概述
極長鏈?;o酶A脫氫酶缺乏癥基因要檢測是英文疾病名稱為very long chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency, 簡寫為VLCADD,OMIM代碼為201475的疾病的各種基因檢測的總稱?;蚪獯a表明,該病是)是由于細胞線粒體內(nèi)脂肪酸β氧化中的關(guān)鍵酶極長鏈?;o酶A脫氫酶基因發(fā)生不同類型的突變后所引起的一咱常染色體隱性遺傳疾病,是一種較罕見的遺傳代謝性疾病。近年串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)和氣相質(zhì)譜(GC/MS)的運用對于該病的診斷起到很大的作用。
極長鏈?;o酶A脫氫酶缺乏癥流行病學
新生兒疾病篩查顯示各國發(fā)病率有明顯差異:澳大利亞估計為1/31 500,德國為1/125000,英國為1/42500。Lindner等統(tǒng)計澳大利亞、德國和美國約5 250 000新生兒篩查資料認為VLCADD發(fā)生率約為1/85000.上海市兒科醫(yī)學研究所對約50萬新生兒篩查的串聯(lián)質(zhì)譜遺傳代謝病篩查并未發(fā)現(xiàn)VLCADD患者;Shigematsu Y等對日本346 905新生兒篩查的串聯(lián)質(zhì)譜遺傳代謝病篩查亦僅發(fā)現(xiàn)2例VLCADD患者,提示亞洲國家本病罕見。
極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏癥發(fā)病機制
VLCAD作為線粒體脂肪酸β氧化過程領(lǐng)先步的關(guān)鍵酶,催化含14-18個碳的不同長度碳鏈的脂酰基輔酶A脫氫,其輔酶為黃素腺嘌吟二核昔酸(FAD),由FAD接受脫氫產(chǎn)生的氫原子進入線粒體呼吸鏈進行氧化磷酸化產(chǎn)生ATP供能。VLCAD在肝臟、心肌、骨骼肌、皮膚成纖維細胞的線粒體中均有表達,可催化長鏈酯酰輔酶A產(chǎn)生烯酯酸輔酶A,再在烯酯酰輔酶A水化酶、羥酯酰CoA脫氫酶、酮酯酰CoA硫解酶這三個酶的作用下共同完成長鏈脂肪酸的β氧化過程,每次生成一個乙酰輔酶A和少2個碳原子的酯酰輔酶A。乙酰輔酶A可參與三羧酸循環(huán)進行氧化磷酸化供能,也可在肝臟形成酮體,在運動、饑餓、應激等情況下產(chǎn)生能量。VLCAD缺陷將導致體內(nèi)長鏈脂肪酸代謝障礙,長鏈脂肪酸不能氧化供能,同時蓄積在細胞內(nèi)對心肌、骨骼肌、肝臟等產(chǎn)生毒性作用,導致VLCADD一系列的臨床癥狀和體征。
極長鏈?;o酶A脫氫酶缺乏癥基因解碼
極長鏈?;o酶A脫氫酶由ACADVL基因(MIM 609575)編碼ACADVL基因位于染色體17p13.1,長約5.4kb,含20個外顯子,編碼655個氨基酸前體蛋白,其中前40個氨基酸為前導肽,后615個氨基酸為成熟的多肽,分子量約為67kD,位于線粒體的內(nèi)膜,屬于脂酰輔酶A脫氫酶(ACADs)家族成員之一,VLCAD為同體蛋白。VLCAD除了有與其他ACADs類似的N端400個氨基酸所形成的源二聚體的線粒體膜蛋白.而其他ACADs為線粒體基質(zhì)的同源四聚α螺旋-β折疊-α螺旋結(jié)構(gòu)外,還另外具有C端180個氨基酸殘基形成一個α螺旋將VLCAD蛋白錨定在線粒體內(nèi)膜中,以類似于ACADs四聚體中二聚體間的作用方式與N端的兩個α螺旋相互作用。
基因ACADVL的突變譜高度異質(zhì),迄今為止,已有116種突變類型報道,尚未發(fā)現(xiàn)某一突變?yōu)闊狳c突變,其中錯義突變?yōu)橹饕耐蛔冾愋?,約占總突變的57%,缺失突變約占21%,剪切突變約占11%。多個研究認為極長鏈脂肪酸脫氫酶缺乏癥患者的基因型與表現(xiàn)型之間存在明顯相關(guān)性,Andresen等研究發(fā)現(xiàn)71%的心肌病型患兒基因突變?yōu)闊o義突變;而在肝型和肌病型的基因突變中,分別有82%和93%的基因突變?yōu)殄e義突變或單個氨基酸缺失。無義突變可導致VLCAD有效失去活性,而錯義突變或單個氨基酸的缺失可使VLCAD留有殘余部分酶活性,癥狀較輕。研究還發(fā)現(xiàn)15個由于小缺失或小插入而導致的框移引起終止密碼子早現(xiàn)的突變和9個剪切突變導致VLCAD殘余酶活性的喪失,而導致嚴重的表現(xiàn)型。但Souri等研究發(fā)現(xiàn)錯義突變R573W與單個氨基酸缺失de1258K卻可導致VLCAD酶活性有效喪失。Coughlin等對一生后38小時急性死亡的VLCADD患兒研究發(fā)現(xiàn)此患兒存在錯義突變V283A,而此突變在之前許多研究中發(fā)現(xiàn)存在殘余酶活性,且在新生兒篩查陽性兒童和高危家庭篩查中發(fā)現(xiàn)一些無VLCADD癥狀個體也存有V283A突變,提示基因型對預測攜帶突變的患者是否存在致命并發(fā)癥的風險存在局限性。Ficicioglu等也認為基因突變分析并不能正確預測疾病的嚴重程度。基因突變后的極長鏈?;o酶A脫氫酶的殘余酶活性不僅僅與基因突變的類型有關(guān),還可能受溫度等外界條件的影響,這可能是當患者處于感染發(fā)熱時臨床表現(xiàn)較重的一個重要原因。
極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏癥臨床表現(xiàn)
VLCADD的臨床表現(xiàn)有明顯異質(zhì)性,根據(jù)起病年齡和臨床表現(xiàn)可分為3個類型,最常見的一種類型主要在新生兒和嬰兒早期發(fā)病,常有心肌受累,又稱心肌病型,此型發(fā)病兇險,患兒死亡率高,表現(xiàn)為低酮性低血糖、瑞氏綜合征、新生兒猝死、肥厚型和擴張型心肌病、心包積液、心律失常、肌酸激酶水平升高;另外兩種類型為輕型,包括嬰兒后期或兒童發(fā)病的肝型和青少年或成年發(fā)病的肌病型。肝型患兒常表現(xiàn)為反反復作的低酮性低血糖,肝功能異常,主要表現(xiàn)為空腹耐力下降和急性低酮性低血糖,通常是在新穎發(fā)生感染性疾病才表現(xiàn)出來,之后則會繼發(fā)發(fā)作性低血糖。很少伴有心肌損害,但未經(jīng)及時診斷和治療也會有生命危險。血氨水平可升高,尿酸和肌酸激酶在發(fā)作期也可升高。肌病型主要在青少年至成年期發(fā)病,為遲發(fā)型,癥狀輕,一般不伴有心肌疾病和低血糖,主要表現(xiàn)為運動、感染或饑餓后的橫紋肌溶解和肌紅蛋白尿,甚至可發(fā)生腎衰竭,可伴有肌無力,肌肉痛性痙攣或肌痛,血中肌酸激酶的水平很高。
Andresen等報道的55例VLCADD患者中,25例為心肌病型,占總數(shù)的46%,多在出生3天內(nèi)發(fā)病(76%),伴有心肌病(92%),肝大(80%),肌無力(52%),預后較差,20例(80%)早期死亡,提示發(fā)病時間越早,病情越嚴重。55例中的21例為肝型,占總數(shù)39%,此型在兒童各期均有發(fā)病,但以4歲以內(nèi)發(fā)病較多,伴有肝大(62%)、肌無力(62%)、低酮性低血糖(76%)。8人為肌病型,占總數(shù)的15%,均在13歲后發(fā)病,幾乎所有患者有橫紋肌溶解和肌紅蛋白尿,伴有心肌病和肌無力的各占13%。
極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏癥實驗室檢查
1.常規(guī)實驗室檢查 可有低酮性低血糖,急性發(fā)作時可有代謝性酸中毒,肌酸激酶(CK),肌酸激酶同工酶(CK-MB)及乳酸脫氫酶(LDH)水平升高,天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)水平升高。肌病型患者可有肌紅蛋白尿,尿常規(guī)異常或伴有腎功能異常。肌活檢可發(fā)現(xiàn)肌肉組織中有大量脂滴蓄積于I型肌纖維。
2.串聯(lián)質(zhì)譜檢測血?;鈮A譜 可發(fā)現(xiàn)有多種長鏈酰基肉堿譜水平升高,其中以肉豆蔻烯酰基肉堿(C14:l)升高最為明顯,因此將此項指標作為診斷極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏癥最重要的代謝指標。Liehig等認為MS/MS進行新生兒疾病篩查中,若C14:1大于lμmol/L可診斷為VLCADD患者。除此項指標外,可伴有C14:1/C10、C14、C14:2、C16、C18:1等多種長鏈酰基肉堿水平升高,C14:1/C10比值升高也同樣有診斷意義。由于線粒體內(nèi)蓄積的C14-C18?;o酶A需與游離肉堿結(jié)合形成?;鈮A而離開線粒體,VLACDD患者同時也存在組織中游離肉堿水平降低。進行尿氣相質(zhì)譜有機酸分析可發(fā)現(xiàn)二羧酸尿癥,可有己二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸等水平升高。在發(fā)作期,尿中除了出現(xiàn)長鏈雙羧酸外,還出現(xiàn)中鏈雙羧酸,這說明過氧化物酶體ω-氧化正在發(fā)揮其功能,但輕癥患者或甚至伴有橫紋肌溶解患者可無二羧酸尿癥。
3.酶學分析 可對患者的皮膚成纖維細胞、外周血淋巴細胞、心肌和骨骼肌細胞或組織進行極長鏈?;o酶A脫氫酶活性測定明確診斷。具體方法:提取細胞線粒體膜蛋白,加入特定底物棕櫚酰CoA〔16碳),反應后用高效液相色譜分析(HPLC)檢測棕櫚酰基肉堿(C16), 棕櫚烯?;鈮A(C16:1)及3-羥基棕櫚烯?;鈮A(C16:OH)濃度,反映極長鏈?;o酶A脫氫酶對棕櫚酰CoA的氧化作用,測定反應速率,計算VLCAD酶活性。
4.脂肪酸β氧化流量分析 培養(yǎng)患者的皮膚成纖維細胞,分別加入用3H標記的[9,10 (n)-3H ]肉豆蔻酸酯(C14:0)和[9,10(n)-3H]棕櫚酸酯(C16:0),通過測定產(chǎn)物3H20的產(chǎn)生量,反映細胞中VLCAD對肉豆蔻酸酯和棕櫚酰酯的氧化率。雖然酶學分析和脂肪酸氧化流量分析對VLCADD有確診意義,但檢測復雜,尚未常規(guī)普及。
5.病理學 肝臟脂肪變性,心肌,骨骼肌脂質(zhì)沉積。線粒體外觀可能異常。過氧化物酶體可能變大。
6.基因診斷 基因突變分析也是確診VLCADD的金標準,通過對ACADVL的20個外顯子設(shè)計引物進行聚合酶鏈反應(PCR)和DNA測序?qū)ふ彝蛔円悦鞔_診斷。對新生兒篩查發(fā)現(xiàn)C14:1升高但小于1 μmol/L診斷含糊的患兒可行此檢測明確診斷。
極長鏈?;o酶A脫氫酶缺乏癥診斷和鑒別診斷
診斷主要依據(jù)臨床表現(xiàn)以及進一步實驗室檢查來明確診斷。串聯(lián)質(zhì)譜的?;鈮A譜分析是重要診斷方法,可發(fā)現(xiàn)有多種長鏈?;鈮A譜水平升高,其中以肉豆蔻烯?;鈮A(C14:1)升高最為明顯,因此將此項指標作為診斷極長鏈酰基輔酶A脫氫酶缺乏癥最重要的代謝指標,同時尿氣相質(zhì)譜有機酸分析可發(fā)現(xiàn)二羧酸尿。而疾病的確診則需要酶學和基因診斷。新生兒篩查中串聯(lián)質(zhì)譜的應用大大提高了疾病的早期檢出率,降低了患病新生兒的死亡率。
治療
VLCADD治療原則是避免空腹,高碳水化合物和低脂飲食尤其是限制長鏈脂肪酸的攝入,補充中鏈甘油三酯(medium chain triglycerides, MCT),對癥處理及預防和治療并發(fā)癥。
1.避免空腹 脂肪酸氧化對機體在運動或長時間空腹的能量供應起重要作用,運動或長時間空腹可使機體脂肪分解動員增加,當脂肪酸代謝通路受阻,尤其是VLCADD,長鏈脂肪酸代謝的領(lǐng)先步的關(guān)鍵酶缺陷時,脂肪酸幾乎不能進行被氧化供能,同時過多動員的長鏈脂肪酸和?;鈮A蓄積并引起毒性作用。
故頻繁喂養(yǎng)可作為一種簡單有效的預防措施為機體提供足夠的熱量和能量,防止過多的脂肪動員。新生兒患者一般間隔3小時喂養(yǎng)一次;<6個月嬰兒間隔4小時;6-12個月嬰兒夜間可間隔6-8小時;1-7歲的兒童自天間隔4小時,夜間可延長10小時喂養(yǎng);而成人一般間隔8小時(4-12小時)??稍谝归g或緊張活動時給予生玉米淀粉以加強對空腹的耐受,生玉米淀粉可持續(xù)釋放葡萄糖,減少低血糖發(fā)生和脂肪的分解動員。
2.合理飲食和中鏈甘油三酯(MCT)的使用 飲食結(jié)構(gòu)應以碳水化合物為主,減少脂肪尤其是長鏈脂肪酸攝入,但必須盡力做到必需脂肪酸的攝入,同時要提供足夠的蛋白質(zhì)。一般健康嬰兒脂肪攝入占總熱量的40%-50%,學齡兒童占30%-35%。有癥狀的VLCADD患者脂肪攝入占總熱量的25%-30%,尤其注意限制長鏈脂肪酸和補充MCT。 MCT由辛酸(8碳)及癸酸(10碳)等偶數(shù)碳的中鏈脂肪酸為主要成分構(gòu)成的甘油三酯,這些脂肪酸的代謝不依賴于VLCAD的催化,中鏈脂肪酸可以直接穿過線粒體膜,經(jīng)過線粒體脂肪酸β氧化過程生成乙酰CoA及生成酮體為機體功能。心肌病型患兒,MCT比例應占總脂肪攝入的90%,而長鏈脂肪酸占10%。 1歲內(nèi)患兒宜選用最富含MCT的配方奶(80%脂肪為MCT),這樣的飲食可逆轉(zhuǎn)心肌病型患者心肌的病理改變;1歲后患兒應限制長鏈脂肪酸攝入不超過總熱量10%,MCT提供總熱量的20%。肝型和肌病型1歲以內(nèi)患兒可選用富含MCT的配方奶(50%脂肪為MCT)或最富含MCT的配方奶;1歲以后推薦選擇有利于“心臟健康”飲食,一般脂肪中50%來自長鏈脂肪酸,50%來自MCT。 MCT的辛酸、癸酸等無糖異生作用,雖其中的甘油可異生為葡萄糖,但產(chǎn)生量少,不能滿足反反復作低血糖患者的需要。MCT可明顯改善脂肪酸氧化障礙中心肌和骨骸肌癥狀;當VLCADD患者處于代謝紊亂時,補充MCT并不能阻止肝臟的損害,甚至補充過多MCT會加重線粒體的氧化應激。
3.左旋肉堿 對于肉堿補充治療脂肪酸β氧化障礙疾病一直存有爭議。在VLCADD中,由于極長鏈脂肪酸的β氧化通路受阻,而導致線粒體內(nèi)過多的長鏈脂肪酸蓄積,這些脂肪酸則需與游離肉堿結(jié)合形成酸基肉堿轉(zhuǎn)運出線粒體,這將造成組織以致血中游離肉堿的缺乏,故補充肉堿可以維持血中游離肉堿水平的穩(wěn)定。一般給予50-100mg/(kg· d)左旋肉堿配合飲食治療可以明顯緩解VLCADD患者的心功能異常。短期應用可以促進酮體生成和減少空腹低血糖的發(fā)生,但過多則促進長鏈酰基肉堿的生成和蓄積,對機體產(chǎn)生毒性作用。
4.其他治療 對于反復低血糖發(fā)作的患者可以靜脈注射葡萄糖以糾正低血糖癥狀。近年研究發(fā)現(xiàn)過氧化物酶體增殖激活受體(PPAR)α的激活劑苯扎貝特能提高VLCADD細胞的脂肪酸氧化能力,并提高VLCADD患者細胞中VLCAD mRNA及蛋自的表達量,通過上調(diào)基因表達來提高突變體蛋白的酶活性,同時苯扎貝特還能減少具有毒性作用的長鏈?;鈮A的生成,明顯改善肌病型VLCADD患者癥狀。文獻報道肌松劑丹曲洛林鈉鹽對伴有肌痛性痙攣、肌強直、橫紋肌溶解的成人VLCADD患者具有良好的效果,主要機制是丹曲洛林鈉鹽能夠結(jié)合骨骼肌肌漿網(wǎng)的主要Ca2+釋放通道場Ryandonine受體,限制Ca2+從肌質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng)中釋放,并阻止細胞內(nèi)Ca2+持續(xù)升高,及Ca2+升高引起的線粒體功能異常等;還可作用于神經(jīng)肌肉接頭使興奮一收縮耦聯(lián)中斷,以達到治療目的。
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