cblC型甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症的临床与...-中华医学会.doc

cblC型甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症的临床与实验室研究进展一、简介甲基丙二酸尿症是先天性有机酸代谢病中最常见的类型，甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症是我国甲基丙二酸尿症患者的主要生化表型，cblC缺陷是导致甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症的主要病因，也是最常见的钴胺素代谢障碍性疾病1-3。国内研究资料证实，临床发现的甲基丙二酸尿症患者中80%以上为甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症4-6。患者临床表型复杂，早发型患者中约50%于新生儿期出现喂养困难、惊厥、贫血等异常4, 6, 7，晚发型患者以神经精神损害为主，临床表型更为复杂8-11。cblC蛋白分子量约31.7 kDa，由MMACHC基因编码，MMACHC基因位于染色体1p34.1，由四个外显子组成，基因全长约10.8 kb，编码组成cblC蛋白的282个氨基酸序列，国内外已报道多种基因突变，并发现基因型与临床表型有一定相关性1, 12。二、代谢途径遗传性甲基丙二酸尿症的病因包括甲基丙二酰辅酶A变位酶缺陷及其辅酶钴胺素（维生素B12）代谢缺陷两类，迄今已发现7种亚型，均为常染色体隐性遗传12（表1）。5种钴胺素代谢障碍中2种为腺苷钴胺素合成缺陷，即线粒体钴胺素还原酶缺乏（cblA）和钴胺素腺苷转移酶缺乏（cblB），3种为胞浆和溶酶体钴胺素代谢异常所致羟基钴胺素和甲基钴胺素合成缺陷（cblC、cblD、cblF）13, 14。cblA和cblB型患者仅患有甲基丙二酸尿症，cblC、cblD、cblF型患者生化表型为甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症14。MMACHC基因突变导致cblC蛋白功能缺陷，氰钴胺的还原脱氰反应中断，腺苷钴胺素及甲基钴胺素合成障碍，机体内甲基丙二酸及同型半胱氨酸蓄积，蛋氨酸降低15。表1 导致甲基丙二酸尿症的蛋白缺陷、基因缺陷及生化表型蛋白缺陷类型基因名称基因位置生化表型甲基丙二酰辅酶A变位酶完全缺陷MUT06p21单独甲基丙二酸尿症部分缺陷MUT-6p21单独甲基丙二酸尿症钴胺素代谢障碍腺苷钴胺素合成缺陷cblAMMAA4q31.1-q31.2单独甲基丙二酸尿症cblBMMAB12q24单独甲基丙二酸尿症cblD-variant 2MMADHC2q23.2单独甲基丙二酸尿症胞浆和溶酶体钴胺素代谢异常cblCMMACHC1p34.1甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症cblDMMADHC2q23.2甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症cblFLMBRD16q13甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症三、临床表现及实验室特点cblC缺陷患者生化表型为甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症，患者临床表现复杂，个体差异很大，发病年龄从新生儿期至成人期，轻型患者可能终生不发病3。一些患儿在胎儿期已经存在发育异常，表现为宫内发育迟滞、面部畸形、先天性心脏病，扩张性心肌病等，可能与胚胎持续高浓度的甲基丙二酸、同型半胱氨酸对发育中的神经、心血管的损伤有关16, 17。（一）早发型患儿于1岁内发病，临床表现复杂，表现为以神经系统损害为主的多系统损害，可累及脑、脊髓、眼、血液、肾脏、肝脏、胃肠道、心脏、肺、皮肤、粘膜、毛发。与单独甲基丙二酸尿症相比，cblC缺陷患者的婴儿期表现比较轻3。但是，新生儿期发病的患者病情危重，神经系统损害严重，死亡率、致残率很高4。患儿常有轻微面部表观异常（长颅、高前额、宽大的低位耳、平人中）18。1神经系统损害：精神萎靡、嗜睡、易激惹、共济失调、肌张力低下、发育延迟、小头畸形、惊厥、脑积水 3, 8, 19。患者在疾病早期头颅MRI可见典型改变，如脑积水、不同程度的脑萎缩、白质异常、基底节损害3, 20。脑白质脱髓鞘改变是患者的主要病理表现，随着疾病进展出现严重的白质缺失或髓鞘化延迟21。脑积水的发生机制不明，Sharma曾报道1例cblC缺陷患儿尸检发现肌小动脉纤维内膜斑块形成及局造性坏死，认为可能是高同型半胱氨酸对血管壁的毒性损害所致20。2视力损害：如视力低下、眼球震颤、眼球不自主活动，一些患者逐渐进展为视网膜疾病及视神经萎缩，严重者失明3, 16。3肾脏损害：溶血尿毒综合征是早发型cblC缺陷较常见的合并症，一些患者合并节段性肾小球硬化、类似特发性肾小球疾病及血栓性微血管病22, 23。4血液异常：非退行性巨幼细胞贫血、血小板减少、全血细胞减少、巨噬细胞活化综合征3。5胃肠道症状：如呕吐、腹泻、便秘、舌炎、口腔炎、萎缩性胃炎、蛋白丢失性肠病3。6循环系统症状：一些患者合并先天性心脏病、心肌病、肺动脉高压、婴儿类支气管炎样症状3, 17。7其他：一些患者合并皮肤粘膜损害，在严重营养不良时可能合并皮肤肢端皮炎样皮疹等24。重症患儿常合并多器官损害、营养不良、高氨血症、酮症酸中毒，易被误诊为败血症25。（二）晚发型可于1岁至成年发病，近年来国内外报告了很多青少年至成年发病的病例，我国报道的最晚发病的cblC缺陷患者于40岁出现神经精神异常26。患者临床表现较早发型更为复杂，诊断困难，但经治疗后多数预后较好。轻型患者可能终生不发病16，或仅表现为学习困难、情绪异常等。1神经精神异常：进行性智力运动倒退、行为异常、精神障碍是晚发型患者较常见的表现，一些患者合并周围神经系统病变、锥体外系损害21，病理改变以脑、脊髓多灶性脱髓鞘为特征，头颅MRI可见脑室周围白质异常、脑萎缩、脑室扩张、脊髓萎缩等异常3，类似亚急性联合变性、多发性硬化、免疫性脱髓鞘性神经病21。2肾脏症状：如血尿、蛋白尿、遗尿、慢性血栓性微血管病肾损害，如果不能及时治疗，逐渐进展为终末期肾病25, 27。3其他：一些患者合并马凡综合征样症状、脊柱脊髓梗死、贫血、血栓栓塞性疾病等28, 29。四、分子遗传学研究进展2006年Lerner-Ellis12等学者首次明确了MMACHC基因突变是导致cblC缺陷的病因，至今国内外已报道了50余种MMACHC基因突变类型，并发现基因型与临床表型及人种有一定相关性1, 6, 16。Chantal F. Morel曾对37例MMACHC基因缺陷患儿进行研究，其中25例早发型患儿多于6个月内发病，最常见的突变类型为c.271dupA（p.R91KfsX14）、c.331CT（p.R111X）30。12例晚发型患儿中9例存在急性神经症状，最常见的基因突变为c.394CT纯合突变。c.331CT突变主要见于阿卡迪亚人及法国-加拿大混血儿。c.394CT（p.R132X）突变在Asiatic-Indian、巴基斯坦人、中东地区、意大利及葡萄牙人中较常见30, 31。c.271dupA在南欧早发型患儿中常见32。c.616CT错义突变在土耳其人中报道较多33。c.394 CT（p.R132X）和c.482 GA（p.R161Q）纯合突变较常见于晚发型。c.394 CT、c.347 TC、c.440 GC、c.482 GA及c.271dupA导致的杂合突变患儿临床表现较轻12, 16, 30。基因突变的人群差异可能与方舟效应及遗传漂变有关。RNA稳定性或蛋白质的残余功能的不同也都可以导致表型的不同。此外，遗传变异的背景、环境及饮食因素也可以导致携带两种完全相同突变个体间的表型差异30。我国患者MMACHC基因突变谱与国外报道有所不同，Liu等曾对79例中国cblC缺陷患者进行分析，c.609GA突变的发生率最高（48.1%），其次为c.80AG、c.609GA及c.658_660delAAG，可能与方舟效应有关1。韩连书等对12例甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症患儿进行研究，7例MMACHC基因存在c.609GA纯合突变6。我院31例早发型cblC缺陷患者中25例（80.6%）存在c.609GA突变12, 16, 30，提示c.609GA可能为中国早发型cblC缺陷患儿的热点突变。五、病理生理机制国内外对cblC缺陷病理生理机制的研究仍处于探索阶段，可能是多种机制的协同作用导致脑及多脏器损伤，如：有毒物质的蓄积、生理产物不足、线粒体能量代谢障碍等。cblC缺陷的致病机制可能为以下三方面： 1. 甲基丙二酸的神经毒性损伤20：甲基丙二酸及其代谢产物不但在急性脑病时导致神经功能减退，也存在慢性神经毒性作用，并导致线粒体能量代谢障碍。“二元酸俘获假说”提出血脑屏障功能缺陷导致脑内大量蓄积的二元酸无法通过血脑屏障被清除，甲基丙二酸被优先储存在中枢神经系统，进而导致神经系统损伤34。甲基丙二酸可能也存在肾毒性，引起蛋白尿、肾小管损伤、近端肾小管的转运功能损害27, 34。2. 同型半胱氨酸的直接神经毒性及其血管内皮细胞损伤：与其他病因导致的严重高同型半胱氨酸血症类似，cblC缺陷患者体内持续高浓度同型半胱氨酸可导致认知缺陷、痴呆、阿尔兹海默病、帕金森病、动脉粥样硬化性血管损伤及多脏器损害35。已知同型半胱氨酸毒性作用的机制包括：脑血液循环缺血导致神经退行性变、脑白质损伤及及阴性梗死，直接毒性作用导致细胞死亡，启动细胞凋亡级联反应及tau蛋白和淀粉样蛋白的磷酸化，干预DNA损伤修复，刺激内质网的应激反应，增加淀粉样蛋白APP的表达或通过甲基化过程水解生成淀粉样蛋白B。持续高浓度的同型半胱氨酸导致活性氧增加，刺激凝血因子XII及V的上调，刺激炎症反应及脂质过氧化，血管平滑肌增生，导致动脉粥样硬化疾病3, 35, 36。3. 蛋氨酸缺乏导致甲基化异常，甲基供体S-腺苷蛋氨酸合成缺陷：甲基化是合成核酸、神经递质、调控基因表达、修饰蛋白功能必不可少的代谢过程，cblC缺陷患者蛋氨酸缺乏可导致许多化合物的甲基化不足，同时由于高同型半胱氨酸及S-腺苷同型半胱氨酸对甲基转移酶的抑制作用，加重甲基化缺陷37。在胚胎器官形成时期，DNA及蛋白的甲基化障碍将影响基因表达及心、脑等脏器发育3, 37, 38。持续低蛋氨酸血症造成小动脉损伤，导致生长发育迟缓、神经系统损害、皮肤黏膜损害及眼部异常16, 39, 40。六、诊断cblC缺陷患者发病年龄各异，症状复杂，缺乏特异性，临床诊断困难，必须依赖尿液及血液代谢分析才能获得诊断。对于各个年龄不明原因的神经精神障碍、多脏器损害、贫血、家族史异常的患儿，应及早进行代谢调查，鉴别诊断。1. 尿液有机酸分析：气相色谱质谱联用分析技术是国内外筛查及诊断甲基丙二酸尿症的主要手段41, 42，患者尿液中甲基丙二酸及其代谢产物浓度常显著增高，经治疗后降低。2. 血浆及尿液总同型半胱氨酸浓度检测：可采用免疫荧光偏振法、高效液相法或循环酶法进行定量测定，目前的氨基酸分析或串联质谱分析技术尚不能检测血液或尿液中总同型半胱氨酸浓度43, 44。cblC缺陷患者血浆及尿液总同型半胱氨酸浓度显著增高，而单独甲基丙二酸尿症患者血浆及尿液总同型半胱氨酸浓度正常5。3. 血液氨基酸、酯酰肉碱谱分析：主要采用液相色谱串联质谱分析，患者血液丙酰肉碱增高，游离肉碱降低，丙酰肉碱/乙酰肉碱、丙酰肉碱/游离肉碱、丙酰肉碱/棕榈酰肉碱的比值增高，多数患者蛋氨酸浓度降低16, 32, 45。4. MMACHC基因分析：是确诊cblC缺陷的主要方法1, 4, 16，若患者MMACHC基因分析未能检测到突变，或只检测出一个突变，则需通过缺失/重复分析检测是否存在MMACHC基因外显子的缺失1, 16。cblD及cblF缺陷所导致的甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症较为罕见，需要通过MMADHC及LMBRD1基因分析进行鉴别46, 47。5. 其他：血常规、血浆叶酸及维生素B12、营养调查测定有助于鉴别营养不良导致的继发性甲基丙二酸尿症9。遗传性甲基丙二酸尿症患儿血液维生素B12、叶酸水平正常，而继发性甲基丙二酸尿症患儿血液维生素B12、叶酸多降低。七、治疗对于cblC缺陷患者的治疗目标是提高体内蛋氨酸水平、降低同型半胱氨酸及甲基丙二酸浓度、改善临床症状。急性期患者常合并严重紊乱，液体疗法、营养及热量支持至关重要。一旦怀疑cblC缺陷，应立即给予羟钴胺及甜菜碱。对早发型患儿，通过治疗可缓解消化、心血管及血液系统症状，但对神经系统及眼部症状效果欠佳3。羟钴胺（0.10.3 mg/kg/day）：静脉或肌内注射羟钴胺对改善患儿的一般状况、生化指标及血液学异常十分重要，效果显著。但cblC缺陷患儿对氰钴胺无反应。研究显示MMACHC基因突变翻译后的蛋白对结合氰钴胺及羟钴胺的能力存在内在差异，提示这与蛋白功能有关，与钴胺素的代谢旁路无关48。对于早发型患儿，即使早期给予羟钴胺治疗或进行产前治疗，仍有可能存在神经系统及视力减退49。甜菜碱（100500 mg/kgd）：对降低同型半胱氨酸浓度、增高蛋氨酸水平有效，对提高亚甲基四氢叶酸还原酶缺乏症患儿大脑对蛋氨酸的摄取功能也有帮助。亚叶酸钙（515 mg/day）：较叶酸相比更容易通过血脑屏障。左卡尼汀（50200 mg/kgd）：促进甲基丙二酸、丙酸等有机酸代谢物的排泄，防止肉碱缺乏。关于cblC缺陷患儿是否需要低蛋白饮食治疗，仍有待商榷。虽然食物蛋白中有少量的同型半胱氨酸，但对机体同型半胱氨酸浓度的增高作用不大。在接受羟钴胺治疗的cblC缺陷患儿中，低蛋白饮食对于降低甲基丙二酸浓度无明显作用。但是，限制天然蛋白将导致食物来源的蛋氨酸摄取降低，加重低蛋氨酸血症。Scott50等学者于1981年报道了在脊髓水平上氧化亚氮对蛋氨酸合成酶的直接抑制作用。之后该理论被证实，1例亚甲基四氢叶酸还原酶缺乏症患儿在接受氧化亚氮麻醉后出现神经系统恶化，最终死亡51。因此，cblC缺陷患儿需要麻醉时，亦应禁忌氧化亚氮类物质。八、预防早期诊断早期治疗，是改善患者预后的关键措施16，随着串联质谱、气相色谱质谱分析技术的应用与普及，越来越多的cblC缺陷患儿通过新生儿筛查或高危筛查获得早期诊断。通过检测血液中丙酰肉碱、丙酰肉碱/乙酰肉碱、丙酰肉碱/游离肉碱、丙酰肉碱/棕榈酰肉碱比值可进行甲基丙二酸尿症的筛查，争取症前诊断与治疗。Weisfeld-Adams32等学者回顾性总结了2005年至2008年纽约新生儿筛查结果，发现10例cblC缺陷患者中9例患者血液蛋氨酸浓度降低，因此将蛋氨酸作为二次筛查项目应用于扩展新生儿筛查，有助于发现隐匿性甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸血症32, 52。对于存在cblC缺陷家族史的孕妇，可通过羊水甲基丙二酸、总同型半胱氨酸等代谢产物浓度测定、羊水细胞或胎盘绒毛细胞MMACHC基因分析进行胎儿产前诊断53-55。参考文献1Liu MY, Yang YL, Chang YC, et al. 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