【概述】

异戊酸血症(isovaleric acidemia, IVA, OMIM 243500)是由于亮氨酸分解代谢中异戊酰辅酶A脱氢酶(isovaleryl- CoA dehydrogenase,IVD)缺陷而导致异戊酸、3-羟基异戊酸、异戊酰甘氨酸和异戊酰肉碱体内蓄积所致见的常染色体隐性遗传疾病。由于其急性发病特点、特殊气味以及GC-MS诊断技术的出现,是最早明确诊断的一种有机酸血症,Tanaka于1966年首先报道,并于1967年通过GC-MS发现IVA患者尿中异戊酰甘氨酸和3-羟基异戊酸和其他代谢产物排出增多。患者白细胞对标记的异戊酸氧化能力下降提示该病为亮氨酸通路代谢异常,进一步研究明确了IVA是由于异戊酰辅酶A脱氢酶(isovaleryl-CoA dehydrogenase,IVD)先天性缺陷所致。IVA患者中超过半数在新生儿期发生急性脑病,婴儿和儿童期可有反复呕吐,昏睡或昏迷及智力发育落后。近年来,新生儿串联质谱筛查血酰基肉碱谱也检出更多无症状或症状较轻的患者。

【流行病学】

美国和中国台湾省IVA发病率约为1 : 250 000和1:365 000,德国人中较常见,约为1:67 000。根据新华医院的76万新生儿串联质谱筛查数据,我国平均发病率为1:190 000。

【发病机制】

IVD是线粒体的一种四聚体黄素蛋白酶,属于乙酰辅酶A脱氢酶家族中的一员,在亮氨酸代谢的第三步异戊酰辅酶A被氧化生成3-甲基巴豆酰辅酶A步骤中发挥关键作用,催化异戊酰辅酶A代谢为3-甲基巴豆酰辅酶A并将脱氢产生的还原当量传递给电子黄素转运蛋白(ETF)。在催化反应时,IVD首先与异戊酰基辅酶A底物结合,在还原反应中,酰基氧分子和FAD的2-羟基的氢原子形成氢键对酰基活化至关重要,酞基的α和β碳上的氢原子被移除,形成稳定的电荷转运复合物。电子黄素转运蛋白(ETF),从电荷转运复合物中抽提出还原当量,并释放出烯酰辅酶A产物。IVD酶缺陷导致异戊酰辅酶A旁路代谢物聚集。因异戊酰辅酶A脱氢酶的缺乏而堆积的异戊酰辅酶A的主要代谢产物不是水解反应产物异戊酸,而是异戊酰甘氨酸,它是异戊酰辅酶A与甘氨酸氨基由线粒体酶N-酰化酶催化反应的产物。异戊酰甘氨酸没有毒性且很容易从尿中排来。异戊酸血症患者尿中异戊酰甘氨酸的排泄量可达2000-15000μmol/d,而正常排泄量少于15μmol/d。在疾病急性期排泄量达到最高,缓解期也持续地保持在较高状态。在疾病急性期,异戊酰辅酶A的产生量超过了甘氨酸N-酰化酶的最大负荷量,于是游离异戊酸的水平便有所升高。异戊酸的另一种代谢产物是3-羟异戊酸,是游离异戊酸的ω氧化产生。只有在疾病急性发作期才会有这种化合物排泄量的异常,有时可以高达3000μmol/d,大约是异戊酰甘氨酸的40%。在血浆和干血滤纸片中,升高的异戊酰肉碱(C5)也具有重要的诊断意义。

【遗传学】

IVD基因位于染色体15q14-15,该基因长15kb,包含12个外显子,编码394个氨基酸的蛋白。IVD基因首先在胞核中转录并运至胞浆,通过末端信号肚转入线粒体,在线粒体基质中完成剪切、单体折叠,并组合成有活性的四聚体。迄今,IVA患者IVD基因突变检测共发现38种突变,其中26种为错义或无义突变,9种为剪切突变和小缺失或插人突变3种。白种人中约半数新生儿筛查检出患儿携带c.932C→T (Ala282Va1)错义突变,提示该突变可能在无症状IVA患儿中常见。

【临床表现】

IVA主要分为两种类型:急性新生儿型和慢性间歇性,两者不同表型的生化缺陷是相同的,都是异戊酰辅酶A脱氢酶活性缺陷。

1.急性新生儿型  多在新生儿期2周内急性发病,表现非特异性喂养困难、呕吐、嗜睡和惊厥等。患者可出现低体温和脱水。在急性发作期有特殊的汗脚味,这种特殊气味是由于未结合异戊酸所致,患者汗液和耳盯聍中最易闻到。实验室检查可有阴离子间隙增高所致酸中毒、高氨血症、低或高血糖、酮症及低钙血症。由于骨髓抑制可有全血细胞、中性粒细胞和血小板减少。不及时处理可因脑水肿和出血导致昏迷或死亡。总之,该病的临床表现容易与其他有机酸血症和尿素循环障碍相混淆,需要进行鉴别诊断。如果患者能够度过新生儿期的急性发作,将进展为慢性间歇型。

2.慢性间歇型  患者一般在新生儿期以后诊断,临床表现慢性间歇发作,仅表现为非特异性生长发育落后。发作常由上呼吸道感染或摄入高蛋白质饮食诱发,反复发生呕吐、嗜睡进展为昏迷、酸中毒伴酮尿,由于异戊酸水平过高还可出现“汗脚气味”,限制蛋白质饮食并输注葡萄糖时可以缓解发作。急性发作时表现为酸中毒、酮症、昏迷和特殊气味、急性胰腺炎、骨髓抑制、范可尼症和心律失常均被报道过。间歇期可有轻度异戊酸的汗脚味或无特殊气味。新生儿发病型患者在度过早期急性期后临床表现与慢性型类似,但容易在其他疾病时诱发代谢失代偿,导致疾病的急性发作。在绝大多数有机酸血症患者中,婴儿期疾病急性发作频率最高,随着年龄增长,感染机会减少、蛋白质摄入减少,这种发作的频率也就随之减少。多数异戊酸血症慢性间歇型患者精神运动发育正常,但是也有一些患者发育延迟和轻度甚至是重度的智力落后。许多患者厌食高蛋白食物。

3.无症状型  近年来,随着质谱技术在新生儿筛查领域的应用,发现了越来越多的无症状患者,这种类型仅有生化指标异常而无临床症状,不同于典型的IVA。

此外,GrÜnert等2012年回顾性分析了21例IVA的临床和神经系统发育情况,发现57%的患者在生后1周诊断,43%的在儿童期获得诊断,44%的患者有轻度运动发育落后,仅有19%的有认知障碍,患者的智力与发作次数不相关,而与初始发作的年龄相关,故能早期通过新生儿疾病筛查早期诊断和开始治疗对降低IVA死亡率和提高其认知能力有重要意义。

【实验室检查】

1.急性发作期患者可以有阴离子间隙升高的代谢性酸中毒、高氨血症、低或高血糖及低钙血症。

2.血串联质谱和尿气相质谱分析  异戊酰肉碱升高是异戊酸血症的一个非常有用的确诊指标,异戊酰肉碱虽然代表异戊酰肉碱、2-甲基丁酰肉碱和特戊酰肉碱等同分异构体的混合物,串联质谱不能区分,但单纯C5的升高还是很可能源自异戊酰肉碱。异戊酰辅酶A的中间代谢物也可见于电子传递黄素蛋白及脱氢酶缺陷。急性发作时血和尿中的异戊酰甘氨酸明显升高,这些疾病特异性代谢物的出现可以作为IVA的确诊依据,而且对这些代谢物定量分析显示其升高程度与基因型相关。

  1. IVD酶活性分析 有研究报道可以测定成纤维细胞、淋巴细胞、羊水细胞的酶活性进行辅助诊断。

4.外周血白细胞DNA分析  进行基因诊断。家庭如需生育第二胎,可进行产前基因诊断。

5.头颅MRI检查  根据疾病的严重程度,患者头颅磁共振影像(MRI)可无异常,也可有不同程度脑发育不良,苍白球受累等表现。

【诊断和鉴别诊断】

1.诊断  血串联质谱和尿有机酸分析发现血异戊酰肉碱(C5)和尿异戊酰甘氨酸水平明显升高可确诊本病。急性发作时出现的“汗脚气味”对异戊酸血症的诊断提供有价值证据,但是这需要与戊二酸血症Ⅱ型相鉴别,后者也可发出相似的气味。这种气味在疾病缓解期通常不出现。在疾病缓解期,具有诊断意义检查指标是尿中发现大量的异戊酰甘氨酸。在新生儿期或婴儿晚期出现喂养困难、呕吐、嗜睡、昏迷、代谢性酸中毒、酮症、高血氨、低血钙、中性粒细胞减少症、血小板减少症、全血细胞减少症等表现是应该想到异戊酸血症的可能性。

2.鉴别诊断  该病的临床表现容易与其他有机酸血症和尿素循环障碍相混淆,需要进行血尿质谱分析进行鉴别诊断。异戊酰辅酶A的中间代谢物也可见于2-甲基丁酰辅酶A脱氢酶(短支链羟酰基辅酶A脱氢酶,SBCAD)缺乏症,需要与之鉴别。急性发作时由于伴有高血糖和酮症可被误诊为酮症酸中毒。

【治疗】

IVA治疗原则为预防疾病急性发作和维持间歇期治疗。

1.急性期  在应激情况(包括疾病和空腹)时,机体蛋白分解代谢会导致内源性的亮氨酸升高及异戊酰辅酶A旁路代谢物增加,治疗的原则是促进合成代谢。IVA患者在有其他疾病时需要提高热卡摄入和减少亮氨酸摄入,可以摄入糖类和无亮氨酸的氨基酸粉。如果患儿不能口服摄入则需要静脉补充葡萄糖。亮氨酸摄入应减少至日常摄入量的50%,但在限制摄入24小时应恢复原来的量以促进蛋白质的合成代谢。同时给予左旋肉碱[100-200mg/(kg·d)〕和甘氨酸仁250-600mg/(kg·d)]。必要时可做血液透析或者腹膜透析。如果血氨升高,可给予苯甲酸钠或苯丁酸钠降低血氨。

2.间歇期或缓解期

(1)饮食疗法:通过饮食控制减少来自亮氨酸以及其分解产生的异戊酰辅酶A代谢物,但总蛋白和热量摄入量必须足以保证正常的生长发育,因此必须注意监测体重、身长和头围等发育指标,多数清况下可摄入1.5g/(kg·d)的天然蛋白。对那些反复发作的患者才必须限制天然蛋白摄入,并同时补充无亮氨酸的氨基酸粉。由于亮氨酸在促进蛋白合成中的特殊作用,过度限制亮氨酸摄入可能会导致包括肌肉萎缩等副作用。

(2)药物治疗:左旋肉碱[50-100mg/ (kg·d)〕和甘氨酸[150-250mg/ (kg·d)〕,分为3-4次服用。轻者可以酌情减量。

【预防】

1.避免近亲结婚。

2.对高危家庭产前诊断是优生优育,防止同一遗传病在家庭中重现的重要措施。对有本病家族史的夫妇及先证者可进行DNA分析,并对其胎儿进行产前诊断。家族成员DNA分析也可检出杂合子携带者,进行遗传咨询。气相质谱测定孕14-17周胎儿羊水中的异戊酰甘氨酸水平和串联质谱测定异戊酰肉碱水平,为异戊酸血症的产前诊断提供了快速而准确的方法。

3.新生儿筛查  新生儿筛查通过足跟采血,滴于专用滤纸片后晾干,寄送到筛查中心测定血酰基肉碱谱从而使患者得以早期诊断、早期治疗,避免智能落后的发生。

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