先天性遗传代谢病的检测方法研究综述,医学遗传学论文

先天性遗传代谢病的检测方法研究综述,医学遗传学论文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(inbornerrorsofetabolism，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延迟缓慢，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，当前已达1000余种［4］。现就先天性代谢异常诊断方式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，且多能追问出一样的诱因，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)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下面几方面:(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)消化系统异常感觉和状态［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(Ⅰ或Ⅲ型)和高胰岛素血症等。肝功能衰竭异常感觉和状态出现时，应考虑半乳糖血症、Ⅰ型酪氨酸血症、果糖不耐症和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，十分是不伴有急性肝功能异常表现时，应警觉尿素循环障碍。(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Pompe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，了解其年龄特点也经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，立即或逐步出现神经系统、消化系统以及代谢紊乱等异常感觉和状态，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，由于异常感觉和状态非特异性，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表现为慢性进行性异常感觉和状态［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延迟缓慢、喂养困难、肌张力低下、共济失调等非特异性异常感觉和状态;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构成特殊的味道［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;Ⅰ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。家族史中存在以下情况，也应高度怀疑IEM［21，22］:(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)母亲有屡次自然流产史;(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、血乳酸及丙酮酸、肝肾功能检查等［23］。华而不实血气分析、AG、血氨、血糖、血乳酸及丙酮酸水平对判定病情尤为重要。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＞20mmol/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缺乏。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复原状态，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。血乳酸水平的判定应结合血糖分析。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的诊断提供重要根据，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)，通常能够得到初步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(tandemmassspectrometry，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)已经成为我们国家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分析，可协助诊断40余种IEM。它的价值在于能够在无异常感觉和状态或异常感觉和状态前期发现疾病，进而及时治疗。随着技术的完善，其应用价值日益突出。当前，这项技术已在很多国家广泛应用，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靠于临界值的选择，并且不能区分同分异构体，因而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式方法。应用酶活性测定能够诊断黏多糖症、糖原贮积症Ⅱ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。溶酶体贮积症是当前用酶活性测定方式方法进行诊断最多的一组疾病，并且能够补充特异性的酶以到达治疗目的［28］。Krijt等［29］报道了利用MS/MS检测胱硫醚合酶，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编码基因及腺苷钴胺素编码基因的突变种类分型。随着研究的不断深切进入，新的基因突变类型被陆续找到。很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辨别特定基因。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，可以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，基因芯片代表了将来分子诊断的发展趋势。它在早期、个性化诊断IEM方面有着宏大的应用前景。但基因芯片要成为实验室能够普遍采用的技术当前尚有一些关键问题亟待解决。如如何提高特异性，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门。参考文献：［1］CakirB，TeksamM，KosehanD，etal．Inbornerrorsofmetabolismpresentinginchildhood［J］．JNeuroimaging，2018，21∶e117－133．［2］SahaiI，etal．Neonatalscreeningforinbornerrorsofmetabolismusingtandemaassspectrometry:Experienceofthepilotstudyinandhrapradesh，India［J］．IndianJPediatr，2018，17∶122－127．［3］SaitsuH，OsakaH，SasakiM，etal．MutationsinPOLＲ3AandPOLＲ3BencodingＲNAPolymeraseIIIsubunitscauseanautosomal－recessivehypomyelinatingeukoencephalopathy［J］．AmJHumGenet，2018，89(5)∶644－651．［4］CentersforDiseaseControlandPrevention(CDC)．Goodlaboratorypracticesforbiochemicalgenetictestingandnewbornscreeningforin-heritedmetabolicdisorders［J］．MMWＲＲecommＲep，2020，61(ＲＲ－2)∶1－44．［5］Hadj－TaiebS，NasrallahF，BHammamiM，etal．Aminoacidopa-thiesandorganicaciduriasinTunisia:aretrospectivesurveyover23years［J］．TunisMed，2020Mar，90(3)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