Porucha metabolismu fenylalaninu

Úvod Fenylketonurie (PKU) je dědičné onemocnění způsobené nedostatkem nebo ztrátou aktivity fenylalaninhydroxylázy (PAH) v játrech. To je častější u dědičných chorob s deficitem aminokyselin. Genetickým vzorcem tohoto onemocnění je autozomálně recesivní dědičnost. Klinické projevy nebyly jednotné: Hlavními klinickými znaky byly mentální retardace, mentální a neurologické příznaky, ekzém, známky poškrábání kůže, pigmentace a zápach potkana a abnormální EEG. Pokud je k dispozici včasná diagnóza a včasná léčba, nemusí se výše uvedené klinické projevy objevit, inteligence je normální a mohou být obnoveny abnormality EEG.

Příčina

(1) Příčiny onemocnění

Jak se věk zvyšuje, množství fenylalaninu požitého pro syntetický protein se postupně snižuje. Po narození je denní příjem fenylalaninu asi 0,5 g, u dětí a dospělých je zvýšen na 4 g. Větší část je oxidována na tyrosin, což je proces, který se spoléhá především na fenylalaninhydroxylázu (PAH), ale také vyžaduje zapojení kofaktorů. Pokud je tento oxidační proces narušen, v těle se hromadí fenylalanin, v tomto případě se fenylalanin metabolizuje jinými prostředky za vzniku škodlivých látek fenylpyruvátu. Fenylketonurie (PKU) je dědičné onemocnění způsobené sníženou nebo chybějící aktivitou PAH. Snížená aktivita PAH také inhibuje tyrosin a snižuje produkci melaninu a inhibuje se hydroxyfenylpyruváza, která způsobuje hromadění kyseliny hydroxybenzoové v těle.

Toto onemocnění je autozomálně recesivní a mutovaný gen je umístěn na dlouhém rameni chromozomu 12 (12q24.1). Malá mutace tohoto genu může způsobit onemocnění, nikoli v důsledku delece genu. Jde o dědičné onemocnění způsobené sňatkem dvou heterozygotů, potomci blízkých příbuzných jsou častější a asi 40% dětí je nemocných. V důsledku mutace genu fenylalaninhydroxylázy je nedostatek fenylalaninhydroxylázy v játrech základní biochemickou abnormalitou onemocnění. Pokud je pár bází mutace odlišný, závažnost klinických projevů se velmi liší a může se projevit jako typická PKU nebo mírná hyperfenylalaninémie.

(dvě) patogeneze

Fenylalanin (PA) je esenciální aminokyselina, která se podílí na tvorbě různých proteinových složek, ale u člověka ji nelze syntetizovat. Za normálních okolností je asi 50% požité PA použito k syntéze různých složek proteinu a zbytek je přeměněn na tyrosin působením fenylalaninhydroxylázy, a pak převeden na tyrosin jinými enzymy. Dopa, dopamin, adrenalin, norepinefrin a melanin. Fenylalaninhydroxyláza je komplexní enzymový systém, který kromě samotné hydroxylázy zahrnuje také dihydropterin reduktázu a koenzym tetrahydrobiopterin. Jakýkoli nedostatek enzymu může způsobit zvýšení fenylalaninu v krvi.

Když je PA hydroxyláza deficitní, fenylalanin, který se nepodílí na syntéze proteinu z prvního kroku, se hromadí v plazmě a ukládá se do tkání celého těla včetně mozku. Fenylalanin v krvi je vypouštěn za renální práh, což vede k aminokyselině fenylalaninu v moči.

Po zablokování hlavní cesty PA (hydroxylace) se sekundární metabolická cesta PA kompenzačně zvýší a měrná hmotnost PA se převede na fenylpyruvát, fenyllaktát, kyselinu n-hydroxyfenyloctovou a kyselinu fenyloctovou. Normálně je tento metabolický obtok prováděn velmi málo, takže obsah těchto metabolitů je extrémně malý: když je PA hydroxyláza nedostatečná, tyto metabolity dosahují abnormálně zvýšených hladin, hromadí se ve tkáních, plazmě a mozkomíšním moku a velké množství. Vylučuje se močí, což vede k fenylketonurii.

1. Podle rozdílu biochemických vad lze rozdělit na:

(1) Typický PKU: vrozený deficit fenylalaninhydroxylázy.

(2) perzistující hyperfenylalaninémie: nalezená u deficience fenylalaninhydroxylázy isomerázy nebo heterozygotní fenylketonurie, zvýšená hladina fenylalaninu v krvi.

(3) přechodná mírná hyperfenylalaninémie: častější u předčasně narozených dětí je způsobena zpožděnou splatností fenylalaninhydroxylázy.

(4) Deficit fenylalaninaminotransferázy: Ačkoli je obsah fenylalaninu v krvi zvýšen, fenylpyruvát a kyselina hydroxyfenyloctová v moči se nemusí zvýšit a po perorálním podání dávky fenylalaninu se nezvyšuje krevní tyrosin.

(5) Deficit dihydropterin reduktázy: úplný nebo částečný nedostatek enzymatické aktivity, kromě ovlivnění vývoje mozku, může vést ke kalcifikaci bazálních ganglií.

(6) Defekty syntézy dihydropterinu: nedostatek methanolu amoniak dehydratázy nebo jiných různých enzymů.

Typické děti s PKU mají při narození normální nervový systém. Vzhledem k nedostatku neuroprotektivních opatření u dětí s homozygotami je nervový systém vystaven fenylalaninu po dlouhou dobu. Pokud je matka homozygotní, hladina fenylalaninu v krvi je vysoká, dítě je heterozygotní, v děloze může dojít k poškození centrálního nervového systému a narození se projevuje jako mentální retardace.

Obyčejné PKU a některé mírné a těžké varianty, časná stádia onemocnění mohou být mentálně degradována bez léčby. Předpokládá se, že se může jednat o alelický mutant, projevující se jako hyperfenylalaninémie, žádná fenylketonurie a postižení nervového systému. Navíc ani malé množství (asi 3%) pacientů, kteří kontrolují hyperfenylalaninémii, nemůže zabránit progresi neurologických onemocnění.

2. Molekulární biologický výzkum

Normální lidský protein PAH má složení a má vazebné místo pro železo. Udržování struktury vazebného místa železa souvisí se serinem v poloze 349 ve 3D struktuře spojené s aktivním místem a důležitá je také stabilní polymerizace serinových a PAH struktur v tomto místě a katalytické vlastnosti PAH. Fusetti et al. Určil krystalovou strukturu lidského PAH (zbytky 118-452) a zjistil, že krystalizace tohoto enzymu a tetrameru se objevila v každé monomerní kompozici katalytické a tetramerizační zóny. Charakteristickým znakem v tetramerizační zóně je přítomnost výměnných ramen, která interagují s jinými monomerními druhy, čímž vytváří antiparalelní spirálovou cívku, a významná asymetrie v důsledku přítomnosti dvou chelatačních zón ve spirále, které způsobují spirálu Způsobeno střídavou konfigurací. Některé z nejběžnějších mutací PAH se vyskytují na spojení katalytických a tetramerických oblastí.

Mutace v různých PAH genech mají různé účinky na aktivitu PAH a mají různé účinky na strukturu PAH. Camez a kol. Odhalili mutace PAH pomocí různých expresních systémů: Leu348Val, Ser349Leu, Val388Met způsobily skládání defektů v proteinech PAH. Exprese mutovaného proteinu PAH v Escherichia coli vykázala tepelnou nestabilitu ve srovnání s proteinem PAH divokého typu a časový průběh degradace byl také odlišný. Bjorgo a kol. Studovali mutace missense pointů PAH 7, jmenovitě R252G / Q, L255V / S, A259V / T a R270S. Existuje také mutace zvaná G272X. Když byly tyto mutované PAH proteiny koexprimovány s maltázou jako fúzní protein v Escherichia coli, ukázala se schopnost vrásek a polymerizovat lidské PAH proteiny do homotetramerů / dimerů jako vadná a většina výtěžku nebyla žádná. Typ aktivní agregace. R252Q a R252G regenerují katalyticky aktivní tetramery a dimery a R252G získává některé dimery. Výše uvedené tři mutace vedly k aktivitě PAH pouze 20%, 44% a 4,4% aktivity divokého typu. Když byly exprimovány in vitro sdruženým systémem transkripční translace, všechny mutované PAH získaly směs nefosforylovaných a fosforylovaných forem s nízkou alošpecifickou aktivitou. Všechny variantní proteiny PAH exprimované těmito mutacemi genu PAH jsou defektní v oligomerizaci a senzitivita na lýzu restrikčních proteinů je zvýšena in vitro, stabilita v buňkách je snížena a katalytická aktivita je také snížena v různé míře. . Všechny výše uvedené účinky se zdají být výsledkem neuspořádané monomerní struktury. Na základě krystalové struktury lidské PAH katalytické oblasti poskytuje analytický účinek mutace na skládání a oligomerizaci monomerů.

Toto jsou korelace mezi strukturou proteinu PAH a změnou aktivity způsobenou mutacemi v jaterním genu PAH. 99% hyperfenylalaninémie nebo PKU je způsobeno mutacemi v genu PAH a pouze 1% je způsobeno poruchami biosyntézy nebo regenerace kofaktorů. Mutace v genu PAH mohou zahrnovat exony a introny a mohou to být missense mutace nebo nesmyslové mutace. Typy mutací jsou trochu mutované, vložené nebo odstraněné, kódování s předčasným zastavením, sestřih a polymorfismus. Mutované genotypy jsou homozygotní, heterozygotní a komplexní heterozygoti. Scriver et al. Přezkoumal mutaci genu PAH v roce 1996. V 26 zemích světa analyzovalo 81 vědců 3986 mutantních chromozomů a identifikovalo 243 různých mutací. V březnu 1999 Zekanowski a kol. V práci zdůraznili, že ve světě existuje více než 350 mutací v genu PAH. Autoři studovali regulační oblast kódující PAH: částečná mutace exonu 3 může způsobit klasickou PKU, mírnou PKU a mírnou hyperfenylalaninémii, přičemž mutace se často nacházejí mezi 71 a 94. Aminokyselinové zbytky. Wang Ning zdůraznil, že do dubna 1998 se počet mutací genu PAH na světě zvýšil na 390. V Číně Xu Lingting a další zprávy v roce 1996 identifikovaly více než 20 mutací v genu PAH, což představuje asi 80% mutantního genu PAH. Většina učenců věří, že existuje korelace mezi genotypem mutace PAH a fenotypem, s výjimkou několika pacientů. Guldberg a kol. Naznačují, že nekonzistence mezi genotypem a fenotypem mutací PAH u některých pacientů může být způsobena metodami používanými ke zkoumání mutací nebo rozdíly v fenotypové klasifikaci.

Genové mutace PAH u pacientů s PKU v různých zemích a regionech jsou odlišné a distribuce typů mutací PAH v severní a jižní Číně je také nekonzistentní. Nejčastější mutací v podskupině tureckých předků byla IVS1O-11 G → A (38% analyzovaných alel), u pacientů s PKU v Rumunsku byla mutace genu PAH většinou Arg408Trp (což představuje 47,72% alely), Lys363fsdelG ( 13,63%) a Phe225Thr představovaly 6,81%, 3 mutace představovaly 70% mutovaných alel, mutace Arg408Trp představovaly 54,9% u českých pacientů s PKU. Rozdíly v distribuci typů mutací genu PAH v různých regionech mohou odrážet rozmanité mechanismy mutace genu PAH, včetně zakladatelského účinku, genetického driftu, hypermutability a selekce. .

Jedná se o abnormality proteinu PAH způsobené strukturou, vlastnostmi a mutacemi a mutacemi jaterního genu PAH. Kromě exprese v jaterních buňkách jsou PAH proteiny také exprimovány v ne-jaterních tkáních, včetně ledvin, slinivky břišní a mozku. Primární struktura PAH v ledvinách je shodná se strukturou v játrech, kromě toho, že její regulace se liší od PAH v játrech, ale v tělesné rovnováze fenylalaninu může hrát roli PAH ledviny.

Kromě nepřítomnosti nebo snížení jaterní aktivity PAH může způsobit PKU a mohou být také způsobeny změny v kofaktorech PAH. Hlavním kofaktorem podílejícím se na působení PAH je 5,6,7,8-tetrahydrobiopterin, který je hydroxylovaný fenylalaninem, tyrosinem a tryptofanem. Potřebný kofaktor. Genem zodpovědným za kódování této látky je gen 6-pyruvoyltetrahydropterin syntázy (PTPS). Pokud je enzymový gen mutovaný, PTP je deficitní, a dokonce i když je aktivita PAH normální, může být způsobena PKU. Dalším enzymem, který způsobuje PKU, je dihydropterin reduktáza. Patogeneze PKU tedy zahrnuje alespoň tři enzymové geny, z nichž jeden může způsobit nedostatek nebo snížení aktivity PAH, což vede k PKU.

3. Patologické změny v mozku

Projevuje se jako nespecifická změna, obvykle označená změnou bílé hmoty. Existují zhruba následující situace.

(1) Poruchy zralosti mozku. Plod začíná mít v pozdním těhotenství abnormální vývoj mozku a stratifikace bílé hmoty a šedé hmoty v mozku je nejasná. V bílé hmotě je mimoděložní šedá hmota.

(2) Poruchy tvorby myelinu. Nejzřetelnější je tvorba myelinu z kortikální míchy, kortikálně-ponsal-cerebelárních svazků.

(3) šedá hmota a cystická degenerace bílé hmoty, kromě toho zmizela tmavá hmota mozku, pigmentace modré skvrny a snížila se hmotnost mozku.

Zkontrolujte

Související inspekce

Sérový test fenylalanin fenylalanin deaminázy

Diagnóza tohoto onemocnění by měla zdůraznit včasnou diagnózu, aby bylo možné včasně léčit, aby se zabránilo mentální retardaci. Screening na fenylketonurii musí být proveden u novorozenců pro včasnou diagnózu.

1. Screeningová metoda

Mezinárodně uznávanou rutinní screeningovou metodou je metoda bakteriální inhibice objevená společností Guthrie. K dispozici jsou domácí screeningové soupravy PKU. Tato metoda odhaduje hladinu fenylalaninu v krvi na základě velikosti kultivované variability B. subtilis růstové zóny. Pokud je odhadovaná hladina fenylalaninu v krvi 0,24 mmol / l, je pozitivní. Tuto metodu lze použít pro kojence 3 až 5 dní po narození. Novorozenci by měli být prověřováni na novorozence s rodinnou historií.

2. Zátěžový test fenylalaninu

Tento test může přímo pochopit aktivitu PAH. Zaváděcí dávka byla 0,1 g / kg perorálního fenylalaninu a byla užívána po dobu 3 dnů. Hladiny fenylalaninu v krvi u dětí s klasickým PKU jsou nad 1,22 mmol / l, zatímco u pacientů s mírným typem jsou často pod 1,22 mmol / l. Posledně uvedený výsledek naznačuje, že tyto děti mohou být hyperfenylalaninemií bez PKU. .

3. Etiologická diagnostika

Gen způsobující fenylketonurii je genem PAH a etiologickou diagnózou je detekce mutace genu PAH. Detekce mutace genu PAH může nejen etiologickou diagnózu pacienta, ale také prenatální diagnostiku plodu. U většiny pacientů existuje korelace mezi genotypem a fenotypem. Různé typy mutací mají různé účinky na aktivitu PAH, proto je detekce mutací genu PAH také užitečná pro stanovení prognózy a vedení léčby.

Existuje mnoho metod pro detekci mutací genu PAH, ale jednou z nich je polymerázová řetězová reakce (PCR) kombinovaná s jednou nebo dvěma z následujících detekčních metod, včetně jednořetězcového konformačního polymorfismu (SSCP) a délky fragmentu restrikčního enzymu. Současný stav techniky (RFLP), denaturační gradientová gelová elektroforéza (DGGE), přímé sekvenování DNA, oligonukleotidová sonda specifická pro místo mutace (ASO), PCR-polyakrylamidová gelová elektroforéza - barvení stříbrem, dideoxy fingerprinting Amplifikační refrakterní mutační systém (ARMS), metoda lýzy nesouladu enzymů a podobně. Amplifikovanou DNA lze analyzovat a analýzu SSCP lze také provést na RNA. Vzorky byly analyzovány na lymfocyty periferní krve a prenatální diagnostika byla provedena pro analýzu polárních těl (produkty gamete). Pro prenatální diagnostiku lze použít analytická polární těla a ASO a gen PAH známých míst mutace lze také zkoumat metodou ASO. V Číně existuje pět nejběžnějších mutací genu PAH: R243Q, Y204C, V399V, Y356X a R413P. Těchto pět mutací PAH genu představuje 56,7%. Bodové mutace jsou nejčastější v mutacích, což představuje 77,4% typů mutací. Huang Shangzhi navrhl rychlý diagnostický postup pro mutace genu PAH: Krok 1 pro analýzu mutací specifických oligonukleotidových sond může dosáhnout diagnostické rychlosti 66%; Krok 2 pro analýzu exonu 4 SSCP, rychlost diagnostiky se zvyšuje na Krok 3 Použitím SSCP analýzy k detekci několika běžných mutačních míst, R243Q (exon 7), V339V a Y356X (exon 11), může diagnostická rychlost dosáhnout 87%.

Způsob detekce genu PTPS je také založen na PCR a kombinován s metodou DGGE pro screening šesti kódujících sekvencí genu a míst sestřihu všech genů PTPS.

Diferenciální diagnostika

Komplexní infekce močových cest: Komplexní infekce močových cest se týká: 1 močových cest má organické nebo funkční abnormality, které způsobují obstrukci močových cest, špatný průtok moči; 2 močové cesty obsahují cizí tělesa, jako jsou kameny, zavedené katétry atd. 3 Obstrukce ledvin, jako jsou infekce močových cest na základě chronického renálního parenchymálního onemocnění, zejména pyelonefritidy, mohou způsobit poškození ledvin. Dlouhodobá opakovaná infekce nebo neúplná léčba může vést k chronickému selhání ledvin (CRF).

Specifické aminokyseliny v moči: hlavně vylučování threoninu serinem histidin alanin hydroxyprolin je normální, takže je možné jej odlišit od všech aminokyselin v moči glycin valin a vylučování hydroxyprolinu lze odlišit od iminoglycin moči Vylučování dvou bazických aminokyselin v moči je také normální, aby bylo možné odlišit od cystinové moči.

PKU je dědičné onemocnění, takže novorozenci mají hyperfenylalaninémii, protože vzhledem k tomu, že nejedí, není koncentrace fenylalaninu v krvi a jeho škodlivých metabolitů vysoká, takže při narození nedochází k žádným klinickým projevům. Pokud novorozenec není vyšetřován na fenylketonurii, fenylalanin a jeho metabolity v krvi se s prodlouženou dobou krmení postupně zvyšují a klinické příznaky se postupně projevují.

Materiál na této stránce je určen pro obecné informační účely a není určen k tomu, aby představoval lékařskou radu, pravděpodobnou diagnózu nebo doporučenou léčbu.