先天性遗传代谢病的检测方法研究综述

1、先天性遗传代谢病的检测方法研究综述随着产科和围产医学的飞速发展，近年来大量病情危重和疑难的新生患儿存活下来，这部分患儿的病因几乎都与某种先天性遗传代谢病相关，又称为先天性代谢异常( inbornerrors of etabolism，IEM) ，据报道 IEM 群体患病率高达 1 /100或以上1 ，2，所占比例也逐年升高。IEM 由于基因突变导致机体内生化物质在合成、代谢、转运和储存等方面出现的各种异常的总称。由于代谢异常引起脑神经系统中毒性损伤、体内必需的生化物质缺乏性代谢障碍、能量缺失等可导致智力低下和生长发育迟缓，脑损伤脑瘫和脑功能障碍，新生儿和小儿多器官功能障碍或衰竭等急重症。大多为

2、单基因病，属常染色体隐性遗传3。IEM 单一病种发病率较低，每种疾病均属少见病或罕见病，但病种繁多，综合患病率并不低。近几十年来，随着人们对该病认识的加深以及各种实验分析技术的发展，使 IEM 的诊断率明显上升，目前已达 1000 余种4。现就先天性代谢异常诊断方法的研究进展做一综述。1 、IEM 的种类和临床表现IEM 种类繁多，根据累及的生化物质，可分为( 1) 糖代谢缺陷: 包括半乳糖血症、果糖不耐症、糖原累积病、蔗糖和异麦芽糖不耐症、乳酸及丙酮酸酸中毒等。( 2) 氨基酸代谢缺陷: 包括苯丙酮尿症、酪氨酸血症、黑酸尿症、白化病、枫糖尿症、异戊酸血症、同型胱氨酸尿症、先天性高氨血症、高甘

3、氨酸血症等。( 3) 脂类代谢缺陷: 如肾上腺脑白质营养不良、神经节苷脂病、中链脂肪酸酰基辅酶 A 脱氢酶缺乏、尼曼匹克病和戈雪病等。( 4) 金属代谢病: 如肝豆状核变性( Wilton病) 和 Menkes 病等5。由于酶活性减低的程度不同，IEM 临床表现相差很大，且缺乏特异性，常因发病年龄、临床严重程度以及遗传方式的不同而存在不同亚型，临床诊断极为困难，但亦有一些共同特点6 ，7: ( 1) 常与特定食物种类及量有关，甚至自动拒绝某类食物。( 2) 同一临床表现反复出现，且多能追问出相同的诱因，如感染、大量进食某种食物，多见于轻症酶不全缺乏病例。( 3) 部分有家族史或反复流产、死胎史

4、。( 4) 病情有进行性加重的特点。( 5) 常表现为多脏器受累。( 6) 临床表现用常见病难以解释。( 7) 实验室检查多表现为代谢性酸中毒，低血糖，高血氨，血游离脂肪酸增高、甘油三脂增高，尿酮体异常，尿酸降低，肌酐降低等。IEM 的急性期主要临床特点为以下几方面: ( 1) 神经系统损害8 ，9: 主要表现为急性代谢性脑病，如嗜睡、昏迷、惊厥等。( 2) 消化系统症状10: 主要表现为拒食、呕吐、肝功能异常( 凝血障碍、肝大、黄疸) 。肝肿大伴有低血糖和惊厥发通讯作者: 蔡稔作者常提示糖原累积病( 或型) 和高胰岛素血症等。肝功能衰竭症状出现时，应考虑半乳糖血症、型酪氨酸血症、果糖不耐症和

5、呼吸链功能障碍等疾病。( 3) 急性代谢紊乱11: 临床上以酸碱平衡紊乱、低血糖、高血氨最为常见。正常组织灌注情况下，持续的代谢性酸中毒提示存在潜在的有机酸酸中毒。若低血糖反复发作，发生于进食后、补充葡萄糖效果不明显; 伴有明显的酮中毒及其他代谢紊乱，均提示 IEM 的可能性。当患者出现不同程度意识障碍、持续或反复发作性呕吐、原发性代谢性酸中毒伴阴离子间隙( AG) 增高、不明原因的原发性呼吸性碱中毒时，应检测血氨。血氨明显升高，特别是不伴有急性肝功能异常表现时，应警惕尿素循环障碍。( 4) 器官受累、功能障碍12 ，13: 主要表现为心、肝等器官受累。心肌病、心律失常、心功能衰竭见于 Pom

6、pe病、呼吸链异常、脂肪酸氧化缺陷。呼吸链酶复合体功能障碍、脂肪酸氧化缺陷、Pompe 病可发生循环衰竭。急性期病情严重程度多取决于毒性代谢产物积聚的程度和( 或) 底物缺乏的程度，大多数 IEM 在急性发作期病情凶险，病死率和伤残率高，常造成神经系统不可逆损伤14。不同年龄发病的 IEM 特点各异，了解其年龄特点也常常可为诊断提供线索。新生儿期发病的 IEM 出生时正常，随着喂食奶类食物或添加辅食后，立即或逐渐出现神经系统、消化系统以及代谢紊乱等症状，如吸吮和喂养困难，不明原因抽搐、嗜睡或昏迷、肌张力阵发性增高等，拒食、呕吐、腹泻，呼吸异常、心律缓慢、低体温、并且病情进行性加重，由于症状非特

7、异性，多数被贻误诊断15。有些病例呈间歇性发作，发作间期可完全正常，感染、摄食大量蛋白质食物等为常见诱发因素16。有些 IEM 发病较晚，甚至发病于青春期或成人。多数晚发型 IEM 表现为慢性进行性症状17。进行性精神运动发育倒退、惊厥发作、感觉障碍、外周神经功能异常均很常见，也常呈现进行性生长发育迟缓、喂养困难、肌张力低下、共济失调等非特异性症状; 肌力和肌张力低下常见于线粒体细胞病、脂肪酸氧化障碍、过氧化物酶体病、糖原累积病和某些溶酶体病等。体内蓄积的毒性代谢产物经尿液或体液排出体外可形成特殊的味道18 20。如苯丙酮尿症时，因苯乙酸排出而具鼠尿味或霉臭味; 枫糖尿症时，因支链 &alph

8、a; 酮酸排出而具枫糖浆味; 异戊酸血症时，因异戊酸排出而具汗脚气味; 型酪氨酸血症时，因氧代甲硫丁酸排出而具酸败黄油味; 多种羧化酶缺乏症时，因 3 羟基异戊酸排出而具猫尿味等。家族史中存在下列情况，也应高度怀疑 IEM21 ，22:( 1) 父母近亲婚配; ( 2) 同胞有不明原因的脑病、败血症、婴儿猝死综合征等病史; ( 3) 有家族性疾病，如进行性神经病变或不明原因的营养障碍等; ( 4) 母亲有多次自然流产史; ( 5)母亲孕期剧吐、肝功能异常。2、 IEM 常规的实验室检查常规的实验室检查可为 IEM 提供诊断线索，初步检查包括血、尿常规、血气分析、电解质、血糖、血氨、血乳酸及丙酮

9、酸、肝肾功能检查等23。其中血气分析、AG、血氨、血糖、血乳酸及丙酮酸水平对判断病情尤为重要。AG 升高是有机酸积聚的一个重要指标。在儿科临床中，大部分患者的 AG 升高是由于缺氧导致乳酸在体内积聚而引起的继发性酸中毒。代谢性酸中毒而 AG 正常，多见于腹泻、肾小管酸中毒; 代谢性酸中毒伴 AG 20 mmol/L 时，常提示 IEM，如甲基丙二酸血症、丙酸血症、异戊酸血症等24。血氨升高提示尿素循环功能不足。血氨轻度升高，见于大多数严重疾病状态; 严重高血氨多见于 IEM，如尿素循环缺陷、有机酸尿症、丙酸血症等。尿素循环缺陷引起者常仅有轻度酸中毒甚或碱中毒; 而由于支链氨基酸代谢紊乱引起的则

10、伴中、重度代谢性酸中毒。血乳酸、丙酮酸以及血乳酸与丙酮酸比值反映细胞浆和线粒体氧化还原状态，是筛查能量代谢障碍的重要指标。循环衰竭、缺氧和其他造成细胞呼吸障碍的因素均可导致血中乳酸累积。排除了上述情况的高乳酸血症，尤其是伴有酮中毒者常提示 IEM。但需注意，丙酮酸脱氢酶缺乏症、糖原累积病 1 型和脂肪酸氧化缺陷表现为低酮性乳酸酸中毒。血乳酸水平的判断应结合血糖分析。伴有低血糖存在的情况下，乳酸增高见于糖代谢、糖异生、脂肪酸氧化缺陷。不伴有低血糖的单纯乳酸升高，见于电子传递链、三羧酸循环、丙酮酸脱氢酶缺陷。正常情况下，血乳酸与丙酮酸比值约为25; 丙酮酸羧化酶缺乏时，比值大于 25; 磷酸烯醇式

11、丙酮酸羧激酶缺乏和丙酮酸脱氢酶缺乏时，比值小于25。常规生化检测结果可为 IEM 的诊断提供重要依据，根据以上检查结果结合临床特征( 发病年龄、临床表现、家族史等) ，通常可以得到初步 IEM 诊断线索。3 、IEM 特殊的实验室检查近十余年来，液相串联质谱( tandem mass spectrometry，MS / MS) Tandem MS) 血液氨基酸及酯酰肉碱谱分析、气相色谱 质谱 ( GC/MS) 尿液有机酸分析、高效液相色谱( HPLC) 已经成为我国 IEM 筛查与诊断的主要技术。MS / MS 技术近年来发展较快，只需数滴血，就能在 2 3min 对一个标本进行几十种代谢产物

12、分析，可协助诊断 40 余种 IEM。它的价值在于能够在无症状或症状前期发现疾病，从而及时治疗。随着技术的完善，其应用价值日益突出。目前，这项技术已在许多国家广泛应用，对氨基酸代谢障碍、有机酸代谢障碍，尿素循环障碍及脂肪酸氧化障碍等疾病的防治起到了重要的作用25 27。然而 MS/MS 筛查的敏感性很大程度依赖于临界值的选择，并且不能区分同分异构体，因此对于有些疾病仍需进行GC MS、DNA 突变、酶学分析来确定。酶活性测定是最常用的可靠诊断方法。应用酶活性测定能够诊断黏多糖症、糖原贮积症型、戈谢病、尼曼匹克病、异染性脑白质营养不良、球型细胞脑白质营养不良、GM1 神经节苷脂病、GM2 神经节

13、苷脂病、甘露糖贮积症、岩藻糖贮积症、婴儿神经元蜡样质脂褐质沉积症、黏脂贮积症等 20 几种疾病。溶酶体贮积症是目前用酶活性测定方法进行诊断最多的一组疾病，并且可以补充特异性的酶以达到治疗目的28。Krijt 等29报道了利用 MS/MS 检测胱硫醚 β 合酶，大大提高了新生儿胱硫醚血症诊断的准确性。另外，利用经培养的羊水细胞或绒毛，经酶活性测定还可作出产前诊断30。核 DNA 和线粒体 DNA基因突变分析均可用于 IEM 的诊断，通过突变基因分析还可进行遗传咨询或产前诊断。部分 IEM 必须通过突变基因检测才能诊断或分型31。如甲基丙二酸尿症，可根据甲基丙二酰变位酶 A 编码基因及腺

14、苷钴胺素编码基因的突变种类分型。随着研究的不断深入，新的基因突变类型被陆续找到。许多代谢病基因型和表型的关系尚不完全清楚，部分代谢病的基因突变存在组织特异性。如线粒体脑肌病基因突变，肌组织突变与外周血白细胞中基因突变比例存在差异。基因突变分析采集标本时需加以注意。基因芯片是根据碱基互补的原理，利用基因探针到混合物中识别特定基因。这项技术在疾病诊断方面具有独特的优势，可在一张芯片上同时对多例患者进行多种疾病的检测，也可以一次对被检测对象进行多个指标检验。用极小量的样品，在短时间内向临床医师提供大量的诊断信息。作为一种先进的、大规模、高通量检测技术，基因芯片代表了未来分子诊断的发展趋势。它在早期、

15、个性化诊断 IEM 方面有着巨大的应用前景。但基因芯片要成为实验室可以普遍采用的技术目前尚有一些关键问题亟待解决。如怎样提高特异性，简化样本制备和操作程序等问题，已成为当今国内外研究的热点。参 考 文 献：1Cakir B，Teksam M，Kosehan D，et al Inborn errors of metabolismpresenting in childhoodJ J Neuroimaging，2011，21 e117 1332Sahai I，et al Neonatal screening for inborn errors of metabolism usingtandem aa

16、ss spectrometry: Experience of the pilot study in andhrapradesh，IndiaJ Indian J Pediatr，2011，17 122 1273Saitsu H，Osaka H，Sasaki M，et al Mutations in POL3A andPOL3B encoding NA Polymerase III subunits cause an autosomal recessivehypomyelinating eukoencephalopathy J Am J HumGenet，2011，89( 5) 644 6514C

17、enters for Disease Control and Prevention ( CDC) Good laboratorypractices for biochemical genetic testing and newborn screening for in-herited metabolic disordersJ MMW ecomm ep，2012，61( 2) 1 445Hadj Taieb S，Nasrallah F，B Hammami M，et al Aminoacidopa-thies and organic acidurias in Tunisia: a retrospe

18、ctive survey over 23yearsJ Tunis Med，2012 Mar，90( 3) 259 626Braunlin EA，Harmatz P，Scarpa M，et al Cardiac disease in pa-tients with mucopolysaccharidosis: presentation，diagnosis and man-agementJ J Inherit Metab Dis，2011，34( 6) 1183 11977Klein NP，Aukes L，Lee J，et al Evaluation of immunization ratesand safety among children with in born errors of metabolismJ Pedi-atrics，2011，127( 5) e1139 11468Díaz Amarilla P，et al Phenotypically aberrant astrocytes that pro-mote motoneuron dama