丙酸血症发病机制及诊治研究进展

韩连书，胡宇慧

（上海交通大学医学院附属新华医院 上海市儿科医学研究所，上海 200092）

 Progress of Pathogenesis，Diagnosis and Therapy in Propionic Acidemia上海新华医院儿童内分泌遗传科韩连书

                  HAN Lian-Shu, HU Yu-Hu

(Department of Pediatric Endocrinology and Genetic Metabolism, Shanghai Institute for Pediatric Research, Xinhua Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medical, Shanghai 200092, China)

[摘要] 丙酸血症是一种较常见的有机酸血症，临床表现缺乏特异性，既往由于缺乏可靠的诊断方法，确诊困难，误诊率较高。随着串联质谱和气相色谱-质谱技术在遗传代谢疾病检测中的应用，越来越多的患儿得到确诊，并得到有效的治疗。近年来有关本病的发病机制、诊断和治疗成为国内外研究热点。本文就本病的发病机制和诊治研究进展作一综述。

[关键词] 丙酸血症；发病机制；诊断；治疗

丙酸血症（propionic acidemia, PA）是支链氨基酸和偶数链脂肪酸代谢异常的一种较常见有机酸血症，为常染色体隐性遗传病，是由于丙酰CoA酶羧化酶活性缺乏，导致体内丙酸及其代谢产物前体异常蓄积，出现一系列生化异常、神经系统和其他脏器损害症状。PA临床表现个体差异较大，多数患儿在出生后1个月内起病，典型急性期临床表现为喂养困难、反复呕吐和嗜睡等。该病患病率有种族和地区差异，美国活产婴儿为1:100 000，沙特阿拉伯国家为1:2000~1:5000，格陵兰因纽特人高达1:1000，我国没有相关的报道。随着串联质谱和气相色谱-质谱技术的应用，越来越多的PA患儿得到诊断和早期治疗，PA的发病机制与诊断治疗研究也在不断地深入。

一、发病机制

PA是由于催化丙酰CoA转化为甲基丙二酰CoA的丙酰CoA羧化酶活性缺乏所致。丙酰CoA羧化酶是由α、β两个亚单位组成的α6β6多聚体，两个亚单位编码基因分别为PCCA（MIM 232000）和PCCB（MIM 232050）[1]。PCCA或PCCB突变均可导致丙酰CoA羧化酶活性缺乏，进而体内丙酸及其前体丙酰CoA、甲基枸橼酸和丙酰甘氨酸等代谢产物异常增高，引起机体损伤。

1．脑损伤

典型的脑神经病理损伤为大脑和小脑白质海绵状改变，壳核、丘脑和基底节信号异常。Baulny等[2]对比1990年之前和之后出生的PA患儿发现，新生儿期治疗和长期治疗水平的提高明显改善了患儿生存率，但60%存活患儿IQ<75分，需要特殊教育。< font="">

PA患儿脑发病机制涉及能量代谢、氧化应激和兴奋性中毒等。丙酰CoA和2-柠檬酸甲酯为公认的三羧酸循环中多种酶抑制剂。给予出生后5天的大鼠23天丙酸喂养，进行水迷宫实验发现大鼠空间认知能力损害，这种认知能力的改变可被抗氧化剂VitC逆转，同时检测大鼠海马中总抗氧化能力指标均明显降低，氧化应激参与PA神经病理学机制[3]。谷氨酸受体介导大多数兴奋性神经递质的传递，适当激活对正常的脑功能和脑发育是必需的，然而过度激活导致兴奋性中毒。神经节苷脂一方面可通过帮助生长树突来修补脑神经细胞损伤，维护大脑神经网络，另一方面可对大脑离子通道进行有效调节起信息因子的作用。丙酸可使大脑皮层和小脑内神经节苷脂减少，总神经节苷脂降低约50%[4]。

最近研究表明正常情况下丙酸盐可被星形胶质细胞线粒体氧化代谢，不能被神经元氧化代谢，PA中星形胶质细胞更易受损，可能与丙酰CoA在星形胶质细胞线粒体中蓄积有关。此外，PA通过增加神经元和胶质细胞中组蛋白乙酰化改变相应细胞的基因表达而引起神经系统症状[5]。

2．高血氨

 反复的高血氨导致神经元细胞死亡，通过神经毒性作用造成患儿智力发育落后。有机酸血症中，蓄积的代谢产物抑制了尿素循环中氨甲酰磷酸合成酶-1的活性。N-乙酰谷氨酸为氨甲酰磷酸合成酶-1的激动剂，在给予丙酸盐的小鼠肝脏中含量减少。血氨产生增加可能与N-乙酰谷氨酸含量的减少有关，两例PA失代偿期患儿给予氨甲酰谷氨酸，N-乙酰谷氨酸的前体，口服治疗，血氨浓度在6小时内降至正常。在伴有高氨血症PA患儿中发现谷氨酰胺/谷氨酸在血浆中的含量降低，而尿素循环障碍中高血氨同时伴随谷氨酰胺浓度升高，因此PA患儿中血氨升高机制与谷氨酰胺/谷氨酸生成缺陷有关，不同于尿素循环中某种酶的缺陷所致高血氨[6]。PA患儿柠檬酸甲酯尿排泄增加，柠檬酸尿排泄减少显示有缺陷的三羧酸循环不能维持足够量的谷氨酰胺前体，导致血氨含量增加[7]。

3．心肌病

Baumgartner等[8]发现70%PA患儿QT间期延长，20%动态心电图检测有心律失常，40%左室心功能减弱。即使无神经系统症状、生长发育正常、长期给予低蛋白饮食治疗的轻型PA患儿也可因心肌病引起心衰和猝死[9]。对一名心衰和心室纤颤死亡的轻型PA患儿进行尸检发现，心肌明显肥大，肉碱含量降低。尽管患儿生前进行口服肉碱治疗，血浆肉碱浓度正常，心肌中总肉碱和游离肉碱浓度却显著降低，酰基肉碱降低更明显。对心肌中线粒体酶活性研究发现肉碱棕榈酰基转移酶活性正常，复合体I-III（NADH-细胞色素C还原酶）活性明显缺乏，同时中链（辛酰）酯酰CoA脱氢酶活性降低明显。推测心肌病的发生与肉碱含量降低和能量代谢损伤有关[9]。

4．其它

高血甘氨酸常见于PA患儿，尽管甘氨酸升高在PA发病机制中的作用不明，但血浆中甘氨酸浓度与摄入的能量负相关，与血清中碳酸氢盐的含量正相关[9]

二、诊断

由于PA的临床表现缺乏特异性，临床误诊率较高，因此对于原因不明、反复发生呕吐、惊厥、难以纠正的酸中毒、昏迷和发育落后，尤其有类似家族史者应考虑到本病。对患儿及早进行血尿常规、血气分析、血氨、血乳酸、血糖和心肌酶谱等一般生化检查，并尽快留取血滤纸片进行串联质谱酰基肉碱分析，留取尿进行气相色谱－质谱有机酸分析。

1. 特殊生化诊断

PA患者串联质谱检测结果显示血中丙酰肉碱、丙酰肉碱与游离肉碱比值、丙酰肉碱与乙酰肉碱的比值及甘氨酸水平增高；气相色谱－质谱检测结果显示尿中有大量的甲基枸橼酸、3-羟基丙酸和丙酰甘氨酸，即可诊断。我国已有多例通过串联质谱和气相色谱－质谱检测出PA患儿的报道[10，11]。通过皮肤成纤维细胞和外周血淋巴细胞酶学分析和基因检测可确诊PA。积极开展产前诊断可减少PA患儿的出生，减轻家庭和社会的负担。

2.      基因诊断

随着丙酸血症分子遗传学的研究进展，快速的基因诊断和进一步的产前诊断成为可能。PCCA突变位点主要集中在外显子13、12、19和18[1]。PCCA突变存在较大的异质性，尤其在高加索人群中，没有发现占主导的突变，而在日本人群中922-923intT、1644-6C>G和R399Q占总等位基因突变的56%[12]。PCCB突变位点多发生于外显子12、15、11和6，少数几个突变为不同人群中多数人共有。高加索人中，1218del14ins12（ins/del）最常见。1172-1173insT和E168K尤其常见于西班牙和拉丁美洲人群中[13]。T428I、R410W和A153P为日本人PA中热点突变，分别占等位基因的30%、26.7%和13.3%[12]，Yorifuji等[14]在10例轻微型PA患儿中发现8例有Y435C突变占13/16。T428I为韩国PA热点突变，约占总等位基因突变的56.3%[15]。格陵兰因纽特人多数PA患者中包含3个碱基的插入突变，1540insCCC。

3.      产前诊断

通过测定培养的羊水细胞或绒毛膜组织酶活性和突变基因，或羊水中甲基枸橼酸浓度可直接进行产前诊断。直到PA的遗传基因被阐明，产前诊断通过分析胎儿组织中代谢产物的量和/或酶活性才成功开展。对未受损的绒毛膜细胞或培养的羊水细胞进行酶活性和基因突变分析，结果通常在7-10天内得出，因此该产前诊断方法快速而可靠[16]。当胎儿丙酰CoA活性缺乏时，羊水中柠檬酸甲酯含量为正常的20-30倍。使用稳定同位素稀释-气相色谱质谱直接对去细胞羊水进行生化分析可用于PA产前诊断，Inoue等[17]通过对羊水进行简单的尿素酶预处理，可使该方法检测出羊水中91%±3%的柠檬酸甲酯，且仅需要0.02ml样本，共耗时1.5小时，是一高敏感、快速精确的产前诊断方法。

三、治疗

PA缺乏特异的治疗方法，丙酸血症急性期主要为对症治疗，以终止蛋白摄入、静脉输入葡萄糖和纠正酸中毒为主，必要时进行腹膜透析和血液透析。长期治疗以控制蛋白质饮食为主，给予不含异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸和苏氨酸的配方奶，并保证足够热量的供应，补充左旋肉碱利于丙酰辅酶A的代谢和排除。在反复出现代谢失代偿时，可考虑进行器官移植。

1.          饮食限制

长期治疗以限制蛋白饮食为主，但要保证足够的蛋白质和能量。PA患儿在确诊时多已伴有生长发育落后，在给予推荐量的特殊配方奶六个月治疗研究发现，患儿发育和营养状态明显改善。正常蛋白质和几种特殊氨基酸限量见表1。每日所需总蛋白质量，婴儿为2.5～3.5g/kg，儿童为30～40g，成人为50～65g，不足部分用不含缬氨酸、异亮氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸的配方奶，或蛋白质替代。同时避免饥饿，抑制肌肉组织和脂肪组织代谢。

表1 丙酸血症患儿每日正常蛋白质摄入限量

年龄     蛋白质        缬氨酸       异亮氨酸      酸苏氨酸     酸甲硫氨酸

        (g/kg/d)

～3月   1.2～1.8    65–105mg/kg  70–120mg/kg  50–135mg/kg   20～50mg/kg

～6月   1.0–1.5       60–90        60–100       50–100        15–45

～9月   0.8–1.3       35–75        50–90        40–75        10–40

～12月  0.6–1.2       30–60        40–80        20–40        10–30

～4岁   0.6–1.2    500–800mg/d 480–730mg/d 400–600mg/d  180–390mg/d

～7岁   0.6–1.2      700–1100     600–1000      500–750      250–500

～11岁  0.5–1.1      800–1250     700–1100      600–900      290–550

～15岁  0.4–1.0     1000–1600     750–1300     800–1200      300–800

～19岁  0.4–0.8     1100–2000     800–1500     800–1400      300–900

>19岁  0.3–0.6      900–2000     900–1500     800–1500     250–1000

2.      口服药物

（1）左旋肉碱：有利于与体内的酸性物质结合，促进酸性物质的代谢和排出，急性期：100～200mg/Kg×d，静滴；稳定期：50～100mg/Kg×d，口服。部分患儿使用后可出现轻度腹泻不良反应。

（2）新霉素或甲硝唑：由于体内丙酸一部分是由肠道细菌的代谢产生吸收如血液，新霉素和甲硝唑可抑制肠道细菌的繁殖代谢，减少肠道细菌代谢产生的丙酸。用法：新霉素为50mg/kg×d，甲硝唑为10~20mg/kg×d。由于长期使用抗生素会导致肠道内菌群紊乱，所以不建议长期使用，可在急性期使用。

（3）氨甲酰谷氨酸口服促肠蠕动剂明显降低血氨浓度，减少尿丙酰甘氨酸的排泄，增加游离肉碱和总肉碱含量，促肠蠕动剂可改善PA患儿代谢稳定性[18]。氨甲酰谷氨酸在PA急性失代偿期对高血氨有解毒作用，在口服6小时后血氨浓度恢复正常，可避免进一步的透析治疗。氨甲酰谷氨酸是一种安全有效的治疗药物。

3.          肝移植

近几年肝移植作为一种治疗PA的方法已取得明显的进步。Barshes等对12名接受活体肝移植的PA患儿研究显示，一年内存活率为72.2%，一些病人临床症状明显改善，无需进行饮食限制和其他医学治疗[19]。辅助性原位肝移植为原位肝移植的一种，保留了患儿部分肝脏，以便将来进行基因治疗并且具有为移植失败的病例提供暂时性功能支持的优势。一名接受辅助性原位肝移植10年的患者，没有进行饮食控制和药物治疗，临床和生化指标正常，精神运动发育和智力水平接近正常[20]。由于多数PA患儿伴有严重的脑损伤，肝移植应早期并且在患儿身高>-2SD时进行。肝移植的预后与患儿身高增长延迟程度有关，身高<-2sd患儿明显较无身高落后的患儿差[21]。

综上所述，虽然PA患儿临床表现严重，但随着诊断技术的提高，患者诊断的年龄越来越早，为及时的有效治疗提供了机会，患者的预后得到明显改善。且随着对PA的发病机制及诊断治疗的研究深入，必将为PA患儿提供更有效的治疗方法。

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