丙酮酸脱氢酶复合物缺乏症的研究现状.docx

国隧l型堂苤查!生!旦筮!鲞筮!塑丛!旦ii塑：堕!：!：堡!：塑!：!综述 丙酮酸脱氢酶复合物缺乏症的研究现状吴莫龄(综述) 刘丽(审校)【摘要】丙酮酸脱氢酶复合物缺乏症是线粒体能量代谢异常的遗传性疾病，是由基因突变引起丙酮 酸脱氢酶活性降低的一组疾病。该病临床表现复杂多样，诊断困难，酶检测和基因突变分析可协助诊断。 该文介绍了近年来丙酮酸脱氢酶复合体缺乏症的国内外研究，以期提高对本病的认识，减少漏诊、误诊，促 进早期治疗，改善预后。【关键词】丙酮酸脱氢酶复合物缺乏症；leigh病current status of pyruvate dehydrogenase complex deficiencywu moling，liu lidepartment of genetics and endocrinology，children and womens hospital of guangzhou medical university，guangzhou 510623，c矗ina【abstract】pyruvate dehydrogenase complex(pdhc)deficiency is a genetic disorder of mitochondrial energy membolismmost cases result from mumtions in gene encoded pdhc胁e clinical presentation of patientswith pdhc deficiency is extremely variablediagnosis of pdhc deficiency remains challenging，which depends on definitive enzymatic assays and dna analysiswe review the relevant literature of recent domestic and inter- national research results，in order to enhance our awareness of this disease and reduce misdiagnosis and missed diagnosisit is helfiful to improve prognosis and quality of life of patients by earlier and essential treatment【key words】pymvate dehydrogenase complex deficiency；leigh disease丙酮酸脱氢酶复合物(pyruvate dehydrogenase 共价键的形式连接，e3再通过e3结合蛋白固定在 complex，pdhc)是组限速酶，催化依赖硫胺素的 e2的分子核心上，形成一个包含216亚基(60e2， 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶a，将糖酵解、三羧酸 60el仅，60el b，24e3和12e3bp)的复合体峰1。 循环和氧化磷酸化连接起来，在线粒体能量代谢中起 pdhc的酶活性主要依靠丙酮酸脱氢激酶和丙酮酸脱 重要作用j。丙酮酸脱氢酶复合物缺乏(pdhc de 氢酶磷酸酶共同调节。3 j。e10t亚单位有3个保守的丝 ficiency，phd)导致丙酮酸代谢障碍，造成乳酸堆 氨酸磷酸化区域，丙酮酸脱氢激酶催化丝氨酸残基磷 积和能量生成不足，常出现神经系统结构和功能异 酸化使复合物灭活，丙酮酸脱氢酶磷酸酶则通过去磷 常旧1。自1970年首例先天性的phd被报道”j，全球 酸化使复合物恢复活性。机体根据营养、健康和疾病 共报道300多例phd病例，尚无明确的发病率和患 状态，调整激酶和磷酸酶的平衡，以满足不同组织对 病率。已报道的phd病例主要集中在欧美洲，在韩 pdhc催化活动的需求。此外，体内反应底物和产物 国、中国、日本等亚洲国家也有散在报道，5。j。 的含量可激活或抑制pdhc活性，焦磷酸硫胺素、硫1 pdhc的分子结构及活性调节 辛酸和镁离子等辅助因子的浓度也影响酶活性一j。pdhc的空间立体结构十分复杂，包括3个催化2 phd的发病机制中心：丙酮酸脱羧酶(pyruvate decarboxynase，e1)、 在催化反应中，丙酮酸与e1的辅助因子tpp连 二氢硫辛酰胺乙酰转移酶(dihydrofipoamide acetyl 接，脱羧产生羟乙基tpp，再经e2催化生成乙酰基， transferase，e2)和二氢硫辛酰胺脱氢酶(dihydroli 并转移至硫辛酰胺(由硫辛酸与酶蛋白中赖氨酸氨 poamide dehydrogenase，e3)，其中e1亚基是由0【亚 基段结合)，形成了乙酰硫辛酰胺。e2还催化乙酰硫单位和b亚单位组成。e1与e2的外延部分通过非 辛酰胺将乙酰基转移给coa，形成乙酰coa，e3重新被氧化还原成硫辛酸。乙酰辅酶a通过三羧酸循环氧化降解，产生电子流。而线粒体atp合成酶利1301：10376()cmaj1ssn1673。4408201406ull用电子流产生的能量，促使adp生成atpj。pdhc基金项目：国家科技支撑计划项目(2012bal09804)；中医药省缺乏时，丙酮酸不能生成乙酰辅酶a。丙酮酸在机体重点科研项目(20123013)作者单位：510623广州医科大学附属广州市妇女儿童医疗中心 内大量积累，经乳酸脱氢酶催化生成大量的乳酸，导遗传与内分泌科 致乳酸酸中毒。丙酮酸与谷氨酸结合，经谷丙转氨酶通信作者：刘丽，email：liliuxiahotmailcom催化生成仅一酮戊二酸和丙氨酸。乙酰辅酶a减少，万方数据圄匠b科堂盘查垫!生!旦筮堡!鲞筮!翅!坐!里!gi坐，堕!垫!，!：!：盟旦：鱼导致三羧酸循环中原料不足，atp产生不足，导致4临床特点 细胞功能不全。由于脑的能量几乎都来自葡萄糖代 phd患者个体差异大，发病年龄可自胎儿时期至 谢，所以pdhc缺乏常导致神经系统的损害旧j。骨骼 成人各个年龄时期，常表现为先天性乳酸酸中毒、胼 肌细胞中，肌肉活动必不可少的富能化合物磷酸肌酸 胝体发育不全、婴儿痉挛症、leigh病、复发l生共济失 是由线粒体肌酸激酶作用于atp产生，所以atp缺 调、慢陛神经病变等。病情轻重及存活时间的长短取 乏常引起肌张力低下、肌无力或运动不耐受。 决于乳酸酸中毒的严重程度。患儿残存的酶活性越3脑损伤和脑功能障碍的病理机制低，临床症状出现越早，血乳酸越高，死亡越早博o。根据既往研究推测出以下两种可能的机制0。 41e1 o【缺乏e1仅缺乏为x连锁遗传性疾病，女 第一种认为，硫胺素对胚胎早期发育起重要作用，为 性可因x染色体随机失活而发病，男女发患儿数约 神经元的增殖和迁移提供大量能量。硫胺素缺乏时能 1：1(t91。男性有3种表型：第1种表现为严重的新生 量供应不足，导致出生前大脑发育异常。表现出严重 儿高乳酸血症和大脑发育不全(如胼胝体发育不 畸形和非渐进性脑病，呈现部分性或完全性胼胝体发 全)；第2种较常见，发生在新生儿或儿童期，起病 育不良、脑回发育异常、小头畸形、宫内发育迟缓等 前5年表现为呼吸不规则、间歇性无力或共济失调伴 类似“酒精综合征”的表现。第二种认为，脑损害 腱反射缺失，渐进展至中到重度运动发育迟缓，间歇 是由急性能量衰竭所导致。出生前，胎儿的脑损害主 性双下肢肌张力障碍，最终发展为leigh病；第3种 要为皮质脑回发育异常，考虑为胎儿能量提供不足所 较少见，病程初期症状较轻，进食富含碳水化合物饮 致，在丙酮酸羧化酶和过氧化物酶体病等代谢缺陷病 食后才出现阵发性共济失调，病程缓慢进展成leigh 中有类似报道。出生后，婴幼儿的脑部病变集中在大病j。女性患者的临床表型相似，但严重程度不同。 脑脚、齿状核、基底神经节和壳核，均为能量高需求 大部分女性患者都有癫痫发作，可不伴严重的新生儿 区域，支持第二种假说。但是，根据目前的mri研 乳酸酸中毒，早期常被诊断为婴幼儿痉挛或严重肌阵 究，我们仍不能明确患儿的脑部结构异常的原因。 挛癫痫j。也可伴随先天畸形(包括小头伴前额突 多个基因突变均可导致pdhc蛋白结构发生改出、鼻梁宽、朝天鼻、鼻孔大、长人中、低位耳、手 变，引起酶活性下降。pdhal(mim300502)基因 指短、四肢近端短及肛门前移等)，中到重度精神发编码e1仅亚单位，位于xp221-222，全长约17kb， 育延迟，四肢痉挛和脑瘫等临床表现j。 包含11个外显子，编码390个氨基酸，pdhal突变42 e1 p缺乏仅有少数e1 b缺乏病例被报道。已 是pdh最常见的病因“。e3bp由pdhx(omim 报道的病例均起病早，主要表现为乳酸酸中毒和重度608769)基因编码，位于常染色体11p13，包含11 生长发育落后，最终发展为leigh病心m3。 外显子，编码486个氨基酸，基因全长约806kb，43e2缺乏 1990年首次报道，临床表现为慢性 pdhx突变是第二常见病因2。关于e1b亚单位、高乳酸血症，精神运动发育迟缓、肌张力减退，或智 e2亚基、e3亚基及pdp缺陷的报道比较罕见，呈常 力正常的共济失调，精细运动和运动协调差，可伴有染色体隐性遗传。e1b亚单位由pdhb(omim高血氨旧24q引。此外，e2缺乏还可以表现为不伴神179060)位于3p13一q23，包含10外显子，编码359 经系统症状的胆汁性肝硬化，主要发生于女性，表现 个氨基酸，mrna全长约17kb。e1b缺乏主要由为肝内小胆管慢性渐进性损伤，伴肝门炎症并最终发 pdhb基因突变所致，但有一例患儿为e113亚基的 展为肝纤维化1。 蛋白酶体调节退化所致，其pdhb基因无突变、mr44 e3缺乏e3是仅一酮戊二酸脱氢酶和支链仅一酮 na转录和蛋白翻译均无异常3i。e2亚基由dlat 酸脱氢酶等多种酶复合物的组件，参与三羧酸循环和 (omim 608770)编码，位于llq231，包含14外显支链氨基酸代谢。dld缺乏时多个生化通路受到影 子，编码614个氨基酸，基因突变导致e2结构异常，响，导致多样化的线粒体功能障碍。dld缺陷少见， 酶活性下降。e3亚基由dld(omim238331)编 多为近亲婚配，常在生后l2年内起病，临床表现 码，位于7q31一q32，基因全长约20kb，包含14外显 差异大。新生儿期起病的患儿，主要表现为脑病、反 子，编码509个氨基酸，基因突变导致e3缺 复呕吐、肌张力减退、酮症酸中毒和低血糖，也可表 陷5。16 j。丙酮酸脱氢酶磷酸酶是由pdpi(omim 现为肝功能衰竭、心肌病、癫痫、生长发育迟缓。部608782)基因编码，位于8q221，只有1个外显子， 分患者在儿童期起病，临床表现稍轻，包括劳累型呼 编码538个氨基酸，突变导致pdp功能障碍，不能 吸困难、发作性呼吸困难、反复呕吐，可最终发展成 使灭活的pdhc恢复活性j。 leigh病。代谢产物分析发现血浆中支链氨基酸浓度万方数据国区l型堂盘查!q!堡生!旦箜堡!鲞筮!翅!坐!幽i坐：堕璺!q!堡：!：堡!：!坠：鱼升高，尿中仅一酮酸排出增多。除pdhc以外，组织 正常对照的1一511|。但pdhc活性下降具有组 中多种复合酶出现酶活性降低心627|。 织特异性，检测发现淋巴细胞和皮肤成纤维细胞的酶45 e3bp蛋白缺陷 父母多为近亲婚配。临床表 活性正常仍不能排除本病口5|。pdhal突变的女性患现与e1仅缺乏相似，可伴小头畸形，严重的视觉异 者因x随机失活模式，可表现为血乳酸、丙酮酸正 常。病程早期呈无进展的、非特异性的脑部症状，常 常，甚至皮肤成纤维细胞中pdhc酶活性正常。而 突然出现神经系统恶化。少数早发型患儿新生儿期出 女性携带患者中，同时携带有突变基因和无突变基因 现乳酸酸中毒。实验室检查可发现谷丙转氨酶升高、 的x染色体，通过x染色体的随机失活，导致不同 高氨血症。神经影响学显示起病早期可有室周白质软 的组织中突变基因和正常基因的表达量不同。因此， 化灶，在急性失代偿后可出现基底神经节坏死，继发 女性患者细胞中正常e1仅的表达比例影响残余丙酮 严重皮层下和皮质区域缺血损伤。部分患儿出现急性 酸脱氢酶复合物活性。男性患者中，所有的细胞均含 酮症酸中毒，随时致命。患儿不耐受丙戊酸，使用丙 有致病性的突变，丙酮酸脱氢酶复合物的活性的高低 戊酸钠治疗，可能出现呼吸困难旧0|。 主要取决于突变致病性的高低6。46丙酮酸脱氢酶磷酸酶缺陷丙酮酸脱氢酶磷酸 55基因检查通过基因检测发现致病突变是本病 酶是调节pdhc活性的酶。过去一直认为丙酮酸脱氢确诊的可靠方法，并可以进一步为这种致死致残的遗 酶复合物缺陷是复合体本身突变所致，从未关注酶调传病提供家庭遗传咨询。pdhal突变是最常见的病 节异常。直到2005年，pdpi基因突变引起的phd因，根据hgmd数据库，pdhal已报道152种已知 首次被报道，为phd缺乏带来了新的研究思路。患突变，无明显热点突变，大部分为无义或错义突变， 儿在新生儿期即出现肌张力减退、喂养困难、精神运其次为插入或缺失突变。男性患者绝大多数携带无义 动发育延迟、高乳酸血症，轻度运动后快速升高，或错义突变，女性多携带缺失或插入突变。我中心目 pdhc活性降低卜姐o。前已开展pdhal基因检测项目，通过直接测序检测5诊断 致病突变。51 临床表现 由于phd缺乏特征性的临床症状与 6治疗及预后体征，临床诊断困难，对于原因不明乳酸酸中毒、 目前缺乏有效治疗，预后大部分较差，多在儿童 leigh病、共济失调、无力患者，应注意本病的可 期死亡。生酮饮食是phd治疗所必须的，已被纳入 能。 治疗规范。大部分患者给予生酮饮食，可以降低血乳52实验室检查对于不明原因的高乳酸血症，首 酸水平，改善临床症状，延长存活时间。但目前无关 先需通过尿液有机酸分析、血浆氨基酸谱、酰基肉碱 于饮食中脂肪、碳水化合物和蛋白质的营养分布的明谱分析等检查，以排除氨基酸、有机酸、脂肪酸b 确标准。有学者观察到，癫疴患者给予生酮饮食，部 氧化障碍等代谢病。乳酸、丙酮酸含量升高及乳酸 分出现外周性水肿、肾结石、酸中毒等不良反应，还 丙酮酸比值2 mmoll，丙酮酸 于部分pdhal缺陷患者有效。硫胺素是丙酮酸脱氢200 ixmoll，乳酸丙酮酸比值250 txmoll引。对于乳酸酸中也提出左旋肉碱、硫辛酸有助于改善线粒体功能及神 毒合并or,一酮酸尿症和血浆支链氨基酸水平增高的患经系统症状。目前国外学者通过动物实验证实苯基丁 者应高度怀疑e3缺乏。 酸dca可改善pdhc活性和降低乳酸浓度j。因为53影像学检查phd患者的脑磁共振成像检查结 丁酸的结构与丙酮酸类似，可提高残余pdhc酶活 果提示，男性患者常出现基底神经节缺陷和中脑异 性，可能是一个phd治疗的新选择，但目前仍需进 常，如脑发育不全、基底节或脑干对称性损害，还有 行临床研究证实。 典型leigh病表现。轻型phd患者早期脑m表现正常，随着疾病的发展逐渐出现leigh病改变。女性 参考文献患者可见胼胝体发育不全或脑室的移位，也可见到其 1patel kp，obrien tw，subramony sh，et a1the spectrum of pyru他脑结构的移位一一。 rate dehydrogenase complex deficiency：clinical，biochemical and genetic feamms in 371 patientsjmol genet memb，2012，106(3)：54酶活性检测患者皮肤成纤维细胞、淋巴细胞、 385394肌肉细胞或成淋巴细胞pdhc活性多显著降低，常为 2quintana e，gort l，busquets c，et a1mutational study in the万方数据圄匠l型堂盘查!q!兰生!旦筮垒!鲞筮!期!坐!堡尘坐：盥!：!：!：盥q：!613- pdhal gene of 40 patients suspe虻锄of pymvate dehydrogenase 22brown rm，head ra，boubriak，et a1mutalions in血e gene forcomplex deficiencyjclin genet，2010，77(5)：474_482ttle el bcta subunit：a novel cause of pynlvatc dchydmgenase defi3imbard a，boutmn a，vequaud c，et a1molecular characterization of ciencyjhum genet，2004，115(2)：123一12782 patients wi山pymvate dehydrogenase complex deficiencystiuc 23quintana e，mayr ja，garcia sm，et a1pdh e1beta deficiency witll tilral implica60ns of novel arriino acid substitutions in el protein【j jnovel mu伽ons in t、vo patients晰山leigh syndmmejj iilll鲥tmol genet me诅b，201l，104(4)：507_516metab dis，2009，32(suppll)：s339一s3434blass jp，avig扑j，uhlendorf bwa deft in pymvate decarboxy- 24robinson bh，mackay n，peovabenedict r，et a1de缸ts in血e e2 l硒e in a child wi山an intenilittent movement disorder【jj clin in- lipoyl t瑚sacctylase柚d the xlipoyl containing component of mevest1970，49(3)：423_432pymvate dehydiogenasc complex in patients witll lactic acideiiliaj 5张尧，孙芳，杨艳玲，等丙酮酸脱氢酶e1 0【业单位缺陷导致leighj clin iilvest，1990，85(6)：182卜1824综合征j中国当代儿科杂志，2007，9(3)：216-219f 25mcwilli锄ca，ridout ck，bmwn rm，et a1pymvate dehydmgen6lee eh，ajlilms，hwallg js，et a1a koreallfemale patientwimtlliase e2 deficiency：a potentially呦拓lble cause of episodic 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endocrinol，2006，249(1_2)：19pynlvate dehydrogenase deficiency mol genet me诅b，2006，8910b枷耐as c，saudubray jm，touati g，et a1pymvate dehydmgenase(12)：106110complex de6ciency：four neumlogical phenotypes witll dif!fbfing pam29schif!f m，mine m，brivet m，et a1leighs disease due to a new muogenesisjdev mcd child ncuml，2010，52(2)：e1田ta上ion inle pdhx genejann neurol，2006，59(4)：709-714 11lissensw，de meirleir l，seneca s，et a1mutation锄alysis of ttie30ling m，mceachem g，seyda a，et a1detection of a homozygouspynlvate dehydrdgenase el alpha gene in eight patients wi山a pynl four base pair deletion in the pmtein x gene in a case of pynlvate de-vate dehydmgenase complex deficiencyjhum mutat，1996，7 hydrogenase complex deficiency hum mol genet，1998，7(3)：(1)：46-5150l-50512mine m，chen jm，brivet m，et a1a la唱e genorilic deletion iil t|lc 31maj mc，mackay n，lev锄dovskiy v，et a1pymvate dehydmgenase pdhx gene caused by me re廿dt砌spositional iilsenion of a full- phosphatase deficiency：identmc撕on of t11e first mutation in 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