极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症(very long chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency, VLCADD，MIM201475)
【概述】
极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症(very long chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency, VLCADD，MIM201475)是由于细胞线粒体内脂肪酸β氧化中的关键酶极长链酰基辅酶A脱氢酶（very long chain acyl-CoA dehydrogenase，VLCAD）基因先天缺陷所致的常染色体隐性遗传疾病，是一种较罕见的遗传代谢性疾病。极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症最早由Bertrand于1993年报道。近年串联质谱(MS/MS)和气相质谱（GC/MS)的运用对于该病的诊断起到很大的作用。
【流行病学】
新生儿疾病筛查显示各国发病率有明显差异：澳大利亚估计为1/31 500，德国为1/125000，英国为1/42500。Lindner等统计澳大利亚、德国和美国约5 250 000新生儿筛查资料认为VLCADD发生率约为1/85000.上海市儿科医学研究所对约50万新生儿筛查的串联质谱遗传代谢病筛查并未发现VLCADD患者；Shigematsu Y等对日本346 905新生儿筛查的串联质谱遗传代谢病筛查亦仅发现2例VLCADD患者，提示亚洲国家本病罕见。
【发病机制】
VLCAD作为线粒体脂肪酸β氧化过程第一步的关键酶，催化含14-18个碳的不同长度碳链的脂酰基辅酶A脱氢，其辅酶为黄素腺嘌吟二核昔酸（FAD),由FAD接受脱氢产生的氢原子进入线粒体呼吸链进行氧化磷酸化产生ATP供能。VLCAD在肝脏、心肌、骨骼肌、皮肤成纤维细胞的线粒体中均有表达，可催化长链酯酰辅酶A产生烯酯酸辅酶A，再在烯酯酰辅酶A水化酶、羟酯酰CoA脱氢酶、酮酯酰CoA硫解酶这三个酶的作用下共同完成长链脂肪酸的β氧化过程，每次生成一个乙酰辅酶A和少2个碳原子的酯酰辅酶A。乙酰辅酶A可参与三羧酸循环进行氧化磷酸化供能，也可在肝脏形成酮体，在运动、饥饿、应激等情况下产生能量。VLCAD缺陷将导致体内长链脂肪酸代谢障碍，长链脂肪酸不能氧化供能，同时蓄积在细胞内对心肌、骨骼肌、肝脏等产生毒性作用，导致VLCADD一系列的临床症状和体征。
【遗传学】
极长链酰基辅酶A脱氢酶由ACADVL基因(MIM 609575)编码ACADVL基因位于染色体17p13.1，长约5.4kb，含20个外显子，编码655个氨基酸前体蛋白，其中前40个氨基酸为前导肽，后615个氨基酸为成熟的多肽，分子量约为67kD，位于线粒体的内膜，属于脂酰辅酶A脱氢酶（ACADs）家族成员之一，VLCAD为同体蛋白。VLCAD除了有与其他ACADs类似的N端400个氨基酸所形成的源二聚体的线粒体膜蛋白．而其他ACADs为线粒体基质的同源四聚α螺旋-β折叠-α螺旋结构外，还另外具有C端180个氨基酸残基形成一个α螺旋将VLCAD蛋白锚定在线粒体内膜中，以类似于ACADs四聚体中二聚体间的作用方式与N端的两个α螺旋相互作用。
基因ACADVL的突变谱高度异质，迄今为止，已有116种突变类型报道，尚未发现某一突变为热点突变，其中错义突变为主要的突变类型，约占总突变的57%，缺失突变约占21%，剪切突变约占11%。多个研究认为极长链脂肪酸脱氢酶缺乏症患者的基因型与表现型之间存在明显相关性，Andresen等研究发现71%的心肌病型患儿基因突变为无义突变；而在肝型和肌病型的基因突变中，分别有82%和93%的基因突变为错义突变或单个氨基酸缺失。无义突变可导致VLCAD完全失去活性，而错义突变或单个氨基酸的缺失可使VLCAD留有残余部分酶活性，症状较轻。研究还发现15个由于小缺失或小插入而导致的框移引起终止密码子早现的突变和9个剪切突变导致VLCAD残余酶活性的丧失，而导致严重的表现型。但Souri等研究发现错义突变R573W与单个氨基酸缺失de1258K却可导致VLCAD酶活性完全丧失。Coughlin等对一生后38小时急性死亡的VLCADD患儿研究发现此患儿存在错义突变V283A，而此突变在之前许多研究中发现存在残余酶活性，且在新生儿筛查阳性儿童和高危家庭筛查中发现一些无VLCADD症状个体也存有V283A突变，提示基因型对预测携带突变的患者是否存在致命并发症的风险存在局限性。Ficicioglu等也认为基因突变分析并不能准确预测疾病的严重程度。基因突变后的极长链酰基辅酶A脱氢酶的残余酶活性不仅仅与基因突变的类型有关，还可能受温度等外界条件的影响，这可能是当患者处于感染发热时临床表现较重的一个重要原因。
【临床表现】
VLCADD的临床表现有明显异质性，根据起病年龄和临床表现可分为3个类型，最常见的一种类型主要在新生儿和婴儿早期发病，常有心肌受累，又称心肌病型，此型发病凶险，患儿死亡率高，表现为低酮性低血糖、瑞氏综合征、新生儿猝死、肥厚型和扩张型心肌病、心包积液、心律失常、肌酸激酶水平升高；另外两种类型为轻型，包括婴儿后期或儿童发病的肝型和青少年或成年发病的肌病型。肝型患儿常表现为反复发作的低酮性低血糖，肝功能异常，主要表现为空腹耐力下降和急性低酮性低血糖，通常是在首次发生感染性疾病才表现出来，之后则会继发发作性低血糖。很少伴有心肌损害，但未经及时诊断和治疗也会有生命危险。血氨水平可升高，尿酸和肌酸激酶在发作期也可升高。肌病型主要在青少年至成年期发病，为迟发型，症状轻，一般不伴有心肌疾病和低血糖，主要表现为运动、感染或饥饿后的横纹肌溶解和肌红蛋白尿，甚至可发生肾衰竭，可伴有肌无力，肌肉痛性痉挛或肌痛，血中肌酸激酶的水平很高。
Andresen等报道的55例VLCADD患者中，25例为心肌病型，占总数的46%，多在出生3天内发病(76％),伴有心肌病(92%),肝大(80%),肌无力(52%),预后较差，20例(80%)早期死亡，提示发病时间越早，病情越严重。55例中的21例为肝型，占总数39%，此型在儿童各期均有发病，但以4岁以内发病较多，伴有肝大（62%）、肌无力(62%）、低酮性低血糖(76%）。8人为肌病型，占总数的15%，均在13岁后发病，几乎所有患者有横纹肌溶解和肌红蛋白尿，伴有心肌病和肌无力的各占13%。
【实验室检查】
1.常规实验室检查 可有低酮性低血糖，急性发作时可有代谢性酸中毒，肌酸激酶(CK),肌酸激酶同工酶（CK-MB)及乳酸脱氢酶（LDH)水平升高，天冬氨酸氨基转移酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶（ALT)水平升高。肌病型患者可有肌红蛋白尿，尿常规异常或伴有肾功能异常。肌活检可发现肌肉组织中有大量脂滴蓄积于I型肌纤维。
2.串联质谱检测血酰基肉碱谱 可发现有多种长链酰基肉碱谱水平升高，其中以肉豆蔻烯酰基肉碱(C14：l）升高最为明显，因此将此项指标作为诊断极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症最重要的代谢指标。Liehig等认为MS/MS进行新生儿疾病筛查中，若C14：1大于lμmol/L可诊断为VLCADD患者。除此项指标外，可伴有C14：1/C10、C14、C14：2、C16、C18：1等多种长链酰基肉碱水平升高，C14：1/C10比值升高也同样有诊断意义。由于线粒体内蓄积的C14-C18酰基辅酶A需与游离肉碱结合形成酰基肉碱而离开线粒体，VLACDD患者同时也存在组织中游离肉碱水平降低。进行尿气相质谱有机酸分析可发现二羧酸尿症，可有己二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸等水平升高。在发作期，尿中除了出现长链双羧酸外，还出现中链双羧酸，这说明过氧化物酶体ω-氧化正在发挥其功能，但轻症患者或甚至伴有横纹肌溶解患者可无二羧酸尿症。
3.酶学分析 可对患者的皮肤成纤维细胞、外周血淋巴细胞、心肌和骨骼肌细胞或组织进行极长链酰基辅酶A脱氢酶活性测定明确诊断。具体方法：提取细胞线粒体膜蛋白，加入特定底物棕榈酰CoA〔16碳），反应后用高效液相色谱分析(HPLC)检测棕榈酰基肉碱(C16), 棕榈烯酰基肉碱(C16:1)及3-羟基棕榈烯酰基肉碱(C16:OH)浓度，反映极长链酰基辅酶A脱氢酶对棕榈酰CoA的氧化作用，测定反应速率，计算VLCAD酶活性。
4.脂肪酸β氧化流量分析 培养患者的皮肤成纤维细胞，分别加入用3H标记的[9,10 (n)-3H ]肉豆蔻酸酯(C14:0)和[9，10(n)-3H]棕榈酸酯(C16:0),通过测定产物3H20的产生量，反映细胞中VLCAD对肉豆蔻酸酯和棕榈酰酯的氧化率。虽然酶学分析和脂肪酸氧化流量分析对VLCADD有确诊意义，但检测复杂，尚未常规普及。
5.病理学 肝脏脂肪变性，心肌，骨骼肌脂质沉积。线粒体外观可能异常。过氧化物酶体可能变大。
6.基因诊断 基因突变分析也是确诊VLCADD的金标准，通过对ACADVL的20个外显子设计引物进行聚合酶链反应（PCR）和DNA测序寻找突变以明确诊断。对新生儿筛查发现C14:1升高但小于1 μmol/L诊断含糊的患儿可行此检测明确诊断。
【诊断和鉴别诊断】
诊断主要依据临床表现以及进一步实验室检查来明确诊断。串联质谱的酰基肉碱谱分析是重要诊断方法，可发现有多种长链酰基肉碱谱水平升高，其中以肉豆蔻烯酰基肉碱（C14:1)升高最为明显，因此将此项指标作为诊断极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症最重要的代谢指标，同时尿气相质谱有机酸分析可发现二羧酸尿。而疾病的确诊则需要酶学和基因诊断。新生儿筛查中串联质谱的应用大大提高了疾病的早期检出率，降低了患病新生儿的死亡率。
【治疗】
VLCADD治疗原则是避免空腹，高碳水化合物和低脂饮食尤其是限制长链脂肪酸的摄入，补充中链甘油三酯(medium chain triglycerides, MCT),对症处理及预防和治疗并发症。
1.避免空腹 脂肪酸氧化对机体在运动或长时间空腹的能量供应起重要作用，运动或长时间空腹可使机体脂肪分解动员增加，当脂肪酸代谢通路受阻，尤其是VLCADD，长链脂肪酸代谢的第一步的关键酶缺陷时，脂肪酸几乎不能进行被氧化供能，同时过多动员的长链脂肪酸和酰基肉碱蓄积并引起毒性作用。
故频繁喂养可作为一种简单有效的预防措施为机体提供足够的热量和能量，防止过多的脂肪动员。新生儿患者一般间隔3小时喂养一次；<6个月婴儿间隔4小时；6-12个月婴儿夜间可间隔6-8小时；1-7岁的儿童自天间隔4小时，夜间可延长10小时喂养；而成人一般间隔8小时（4-12小时）。可在夜间或紧张活动时给予生玉米淀粉以加强对空腹的耐受，生玉米淀粉可持续释放葡萄糖，减少低血糖发生和脂肪的分解动员。
2.合理饮食和中链甘油三酯(MCT)的使用 饮食结构应以碳水化合物为主，减少脂肪尤其是长链脂肪酸摄入，但必须保证必需脂肪酸的摄入，同时要提供足够的蛋白质。一般健康婴儿脂肪摄入占总热量的40%-50%，学龄儿童占30%-35%。有症状的VLCADD患者脂肪摄入占总热量的25%-30%，尤其注意限制长链脂肪酸和补充MCT。 MCT由辛酸(8碳）及癸酸（10碳）等偶数碳的中链脂肪酸为主要成分构成的甘油三酯，这些脂肪酸的代谢不依赖于VLCAD的催化，中链脂肪酸可以直接穿过线粒体膜，经过线粒体脂肪酸β氧化过程生成乙酰CoA及生成酮体为机体功能。心肌病型患儿，MCT比例应占总脂肪摄入的90%，而长链脂肪酸占10%。 1岁内患儿宜选用最富含MCT的配方奶(80%脂肪为MCT)，这样的饮食可逆转心肌病型患者心肌的病理改变;1岁后患儿应限制长链脂肪酸摄入不超过总热量10%，MCT提供总热量的20%。肝型和肌病型1岁以内患儿可选用富含MCT的配方奶(50%脂肪为MCT)或最富含MCT的配方奶；1岁以后推荐选择有利于“心脏健康”饮食，一般脂肪中50%来自长链脂肪酸，50%来自MCT。 MCT的辛酸、癸酸等无糖异生作用，虽其中的甘油可异生为葡萄糖，但产生量少，不能满足反复发作低血糖患者的需要。MCT可明显改善脂肪酸氧化障碍中心肌和骨骸肌症状；当VLCADD患者处于代谢紊乱时，补充MCT并不能阻止肝脏的损害，甚至补充过多MCT会加重线粒体的氧化应激。
3.左旋肉碱 对于肉碱补充治疗脂肪酸β氧化障碍疾病一直存有争议。在VLCADD中，由于极长链脂肪酸的β氧化通路受阻，而导致线粒体内过多的长链脂肪酸蓄积，这些脂肪酸则需与游离肉碱结合形成酸基肉碱转运出线粒体，这将造成组织以致血中游离肉碱的缺乏，故补充肉碱可以维持血中游离肉碱水平的稳定。一般给予50-100mg/(kg· d)左旋肉碱配合饮食治疗可以明显缓解VLCADD患者的心功能异常。短期应用可以促进酮体生成和减少空腹低血糖的发生，但过多则促进长链酰基肉碱的生成和蓄积，对机体产生毒性作用。
4.其他治疗 对于反复低血糖发作的患者可以静脉注射葡萄糖以纠正低血糖症状。近年研究发现过氧化物酶体增殖激活受体(PPAR)α的激活剂苯扎贝特能提高VLCADD细胞的脂肪酸氧化能力，并提高VLCADD患者细胞中VLCAD mRNA及蛋自的表达量，通过上调基因表达来提高突变体蛋白的酶活性，同时苯扎贝特还能减少具有毒性作用的长链酰基肉碱的生成，明显改善肌病型VLCADD患者症状。文献报道肌松剂丹曲洛林钠盐对伴有肌痛性痉挛、肌强直、横纹肌溶解的成人VLCADD患者具有良好的效果，主要机制是丹曲洛林钠盐能够结合骨骼肌肌浆网的主要Ca2＋释放通道场Ryandonine受体，限制Ca2＋从肌质网／肌浆网中释放，并阻止细胞内Ca2＋持续升高，及Ca2＋升高引起的线粒体功能异常等；还可作用于神经肌肉接头使兴奋一收缩耦联中断，以达到治疗目的。
