Störung des Phenylalaninstoffwechsels

Einleitung Phenylketonurie (PKU) ist eine Erbkrankheit, die durch einen Mangel oder einen Aktivitätsverlust der Phenylalaninhydroxylase (PAH) in der Leber verursacht wird. Es ist häufiger bei erblichen Erkrankungen mit Aminosäuremangel. Das genetische Muster dieser Krankheit ist die autosomal rezessive Vererbung. Die klinischen Manifestationen waren nicht einheitlich. Die wichtigsten klinischen Merkmale waren geistige Behinderung, geistige und neurologische Symptome, Ekzeme, Hautkratzspuren, Pigmentierung und Rattengeruch sowie abnormales EEG. Wenn eine frühzeitige Diagnose und Behandlung verfügbar sind, treten die oben genannten klinischen Symptome möglicherweise nicht auf, die Intelligenz ist normal und EEG-Anomalien können wiederhergestellt werden.

Ursache

(1) Krankheitsursachen

Mit zunehmendem Alter nimmt die Menge an Phenylalanin, die für synthetisches Protein aufgenommen wird, allmählich ab. Nach der Geburt beträgt die tägliche Einnahme von Phenylalanin etwa 0,5 g und für Kinder und Erwachsene 4 g. Der größere Teil wird zu Tyrosin oxidiert, ein Prozess, der hauptsächlich auf Phenylalaninhydroxylase (PAH) beruht, aber auch die Beteiligung von Cofaktoren erfordert. Wird dieser Oxidationsprozess behindert, reichert sich Phenylalanin im Körper an, in diesem Fall wird Phenylalanin auf andere Weise zu Phenylpyruvat-Schadstoffen metabolisiert. Phenylketonurie (PKU) ist eine Erbkrankheit, die durch verminderte oder fehlende PAH-Aktivität verursacht wird. Eine verminderte PAH-Aktivität hemmt auch Tyrosin und verringert die Melaninproduktion, und Hydroxyphenylpyruvase wird gehemmt, um eine Akkumulation von Hydroxybenzoesäure im Körper zu bewirken.

Die Krankheit ist autosomal rezessiv und das mutierte Gen befindet sich auf dem langen Arm von Chromosom 12. Die kleine Mutation dieses Gens kann die Krankheit verursachen, nicht aufgrund einer Gen-Deletion. Es handelt sich um eine Erbkrankheit, die durch die Heirat zweier Heterozygoten verursacht wird. Die Nachkommen von nahen Verwandten sind häufiger und etwa 40% der Kinder sind krank. Aufgrund der Mutation des Phenylalanin-Hydroxylase-Gens ist der Phenylalanin-Hydroxylase-Mangel in der Leber eine grundlegende biochemische Abnormalität der Krankheit. Wenn das Basenpaar der Mutation unterschiedlich ist, variiert der Schweregrad der klinischen Manifestationen stark und kann sich als typische PKU oder milde Hyperphenylalaninämie manifestieren.

(zwei) Pathogenese

Phenylalanin (PA) ist eine essentielle Aminosäure, die an der Bildung verschiedener Proteinkomponenten beteiligt ist, aber beim Menschen nicht synthetisiert werden kann. Unter normalen Umständen werden etwa 50% des aufgenommenen PA zur Synthese verschiedener Komponenten des Proteins verwendet, und der Rest wird durch Einwirkung von Phenylalaninhydroxylase in Tyrosin umgewandelt und dann durch andere Enzyme in Tyrosin umgewandelt. Dopa, Dopamin, Adrenalin, Noradrenalin und Melanin. Phenylalaninhydroxylase ist ein komplexes Enzymsystem, das neben der Hydroxylase selbst auch Dihydropterinreduktase und das Coenzym Tetrahydrobiopterin enthält.

Wenn die PA-Hydroxylase einen Mangel aufweist, wird Phenylalanin, das nicht an der Synthese des Proteins der ersten Stufe beteiligt ist, im Plasma akkumuliert und im gesamten Körpergewebe einschließlich des Gehirns abgelagert. Das Phenylalanin im Blut wird über die Nierenschwelle hinaus ausgeschieden, was zu Phenylalaninaminosäure-Urin führt.

Nachdem der Hauptweg von PA (Hydroxylierung) blockiert ist, wird der sekundäre Stoffwechselweg von PA kompensatorisch erhöht und das spezifische Gewicht von PA in Phenylpyruvat, Phenyllactat, n-Hydroxyphenylessigsäure und Phenylessigsäure umgewandelt. Normalerweise wird dieser metabolische Bypass nur sehr wenig ausgeführt, so dass der Gehalt dieser Metaboliten äußerst gering ist: Wenn PA-Hydroxylase fehlt, erreichen diese Metaboliten abnormal erhöhte Werte, die sich in Geweben, Plasma und Liquor cerebrospinalis anreichern, sowie in einer großen Anzahl. Aus dem Urin ausgeschieden, was zu Phenylketonurie führt.

1. Nach der Differenz der biochemischen Defekte kann unterteilt werden in:

(1) Typische PKU: angeborener Phenylalaninhydroxylasemangel.

(2) Anhaltende Hyperphenylalaninämie: Befunden bei Phenylalaninhydroxylase-Isomerase-Mangel oder heterozygoter Phenylketonurie, Blutphenylalanin erhöht.

(3) vorübergehende leichte Hyperphenylalaninämie: Diese tritt häufiger bei Frühgeborenen auf und wird durch eine verzögerte Reifung der Phenylalaninhydroxylase verursacht.

(4) Phenylalanin-Aminotransferase-Mangel: Obwohl der Gehalt an Phenylalanin im Blut erhöht ist, dürfen Phenylpyruvat und Hydroxyphenylessigsäure im Urin nicht erhöht sein und Blut-Tyrosin wird nach oraler Verabreichung einer Phenylalanin-Ladung nicht erhöht.

(5) Dihydropterinreduktasemangel: Ein vollständiger oder teilweiser Mangel an Enzymaktivität kann zusätzlich zur Beeinflussung der Gehirnentwicklung eine Basalganglienverkalkung verursachen.

(6) Dihydropterinsynthesedefekte: Mangel an Methanol-Ammoniak-Dehydratase oder anderen verschiedenen Enzymen.

Die typischen PKU-Kinder haben bei der Geburt ein normales Nervensystem. Aufgrund des Mangels an neuroprotektiven Maßnahmen bei Kindern mit Homozygoten ist das Nervensystem für lange Zeit Phenylalanin ausgesetzt. Wenn die Mutter homozygot ist, der Phenylalaninspiegel im Blut hoch ist, das Kind heterozygot ist, die Schädigung des Zentralnervensystems in der Gebärmutter auftreten kann und sich die Geburt als geistige Behinderung manifestiert.

Gewöhnliche PKU und einige milde und schwere Varianten, die frühen Stadien der Krankheit können ohne Behandlung geistig abgebaut werden. Es wird spekuliert, dass es sich um eine Allelmutante handeln könnte, die sich als Hyperphenylalaninämie, keine Phenylketonurie und Beteiligung des Nervensystems manifestiert. Darüber hinaus kann selbst eine geringe Anzahl (etwa 3%) von Patienten, die eine Hyperphenylalaninämie kontrollieren, das Fortschreiten einer neurologischen Erkrankung nicht verhindern.

2. Molekularbiologische Forschung

Normales menschliches PAH-Protein hat eine Falte und eine Eisenbindungsstelle. Die Aufrechterhaltung der Eisenbindungsstellenstruktur hängt mit dem Serin an Position 349 in der mit dem aktiven Zentrum verbundenen 3D-Struktur zusammen, und die stabile Polymerisation der Serin- und PAH-Strukturen an dieser Stelle und die katalytischen Eigenschaften von PAH sind ebenfalls wichtig. Fusetti und Mitarbeiter bestimmten die Kristallstruktur von menschlichem PAH (Reste 118-452) und stellten fest, dass diese Enzym- und Tetramerkristallisation in jeder monomeren Zusammensetzung der katalytischen und Tetramerisierungszone auftrat. Das Merkmal in der Tetramerisierungszone ist das Vorhandensein von Austauscharmen, die mit anderen monomeren Spezies interagieren und so eine antiparallele Spiralspule bilden, und eine signifikante Asymmetrie aufgrund des Vorhandenseins von zwei Chelatisierungszonen in der Spirale, die die Spirale verursachen Ursache ist eine abwechselnde Konfiguration. Einige der häufigsten PAH-Mutationen treten an der Verbindungsstelle der katalytischen und der tetrameren Region auf.

Mutationen in verschiedenen PAH-Genen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die PAH-Aktivität und auf die PAH-Struktur. Camez et al enthüllten PAH-Mutationen unter Verwendung verschiedener Expressionssysteme: Leu348Val, Ser349Leu, Val388Met verursachten Faltungsdefekte in PAH-Proteinen. Die Expression des mutierten PAH-Proteins in Escherichia coli zeigte eine thermische Instabilität im Vergleich zum Wildtyp-PAH-Protein, und der zeitliche Verlauf des Abbaus war ebenfalls unterschiedlich. Bjorgo und Mitarbeiter untersuchten PAH 7-Missense-Punkt-Mutationen, nämlich R252G / Q, L255V / S, A259V / T und R270S. Es gibt auch eine Mutation namens G272X. Wenn diese mutierten PAH-Proteine zusammen mit Maltase als Fusionsprotein in Escherichia coli exprimiert wurden, erwies sich die Fähigkeit, humane PAH-Proteine zu Homotetrameren / Dimeren zu falten und zu polymerisieren, als fehlerhaft, und der größte Teil der Gewinnung war nicht vorhanden. Aktiver Aggregationstyp. R252Q und R252G gewinnen katalytisch aktive Tetramere und Dimere zurück, und R252G gewinnt einige Dimere zurück. Die vorgenannten drei Mutationen führten zu einer PAH-Aktivität von nur 20%, 44% bzw. 4,4% der Wildtyp-Aktivität. Bei Expression in vitro durch ein gekoppeltes Transkriptions-Translations-System ergaben alle mutierten PAHs ein Gemisch aus nicht phosphorylierten und phosphorylierten Formen mit geringer allospezifischer Aktivität. Alle varianten PAH-Proteine, die durch diese PAH-Genmutationen exprimiert werden, weisen eine Oligomerisierungsstörung auf, und die Empfindlichkeit gegenüber Restriktionsproteinlyse ist in vitro erhöht, die Stabilität in Zellen ist verringert, und die katalytische Aktivität ist ebenfalls in unterschiedlichem Maße verringert. . Alle vorstehenden Effekte scheinen das Ergebnis einer ungeordneten Monomerstruktur zu sein. Basierend auf der Kristallstruktur der humanen PAK-katalytischen Region liefert der Effekt der Mutation auf die Faltung und Monomeroligomerisierung eine analytische Information.

Dies sind die Korrelationen zwischen der PAH-Proteinstruktur und den Aktivitätsschwankungen, die durch Mutationen im PAH-Gen der Leber verursacht werden. 99% der Hyperphenylalaninämie oder PKU werden durch Mutationen im PAH-Gen verursacht, und nur 1% sind auf Störungen der Cofaktorbiosynthese oder -regeneration zurückzuführen. Mutationen im PAH-Gen können Exons und Introns umfassen und Missense-Mutationen oder Nonsense-Mutationen sein. Mutationstypen sind ein bisschen mutiert, eingefügt oder gelöscht, Early-Stop-Codierung, Spleißen und Polymorphismus. Die mutierten Genotypen sind homozygot, heterozygot und komplexe Heterozygoten. Scriver und Mitarbeiter untersuchten 1996 die PAH-Genmutation. In 26 Ländern auf der ganzen Welt analysierten 81 Forscher 3986 mutierte Chromosomen und identifizierten 243 verschiedene Mutationen. Bis März 1999 wiesen Zekanowski und Mitarbeiter darauf hin, dass es weltweit mehr als 350 Mutationen im PAH-Gen gibt. Die Autoren untersuchten eine für PAH kodierende regulatorische Region: Eine partielle Exon 3-Mutation kann klassische PKU, milde PKU und milde Hyperphenylalaninämie verursachen, wobei Mutationen häufig zwischen 71 und 94 liegen. Aminosäurereste. Wang Ning wies darauf hin, dass die Anzahl der PAH-Genmutationen weltweit bis April 1998 auf 390 angestiegen sei. In China haben Xu Lingting und andere Berichte aus dem Jahr 1996 mehr als 20 Mutationen im PAH-Gen identifiziert, die etwa 80% des PAH-Mutantengens ausmachen. Die meisten Wissenschaftler glauben, dass mit Ausnahme einiger weniger Patienten eine Korrelation zwischen dem Genotyp der PAH-Mutation und dem Phänotyp besteht. Guldberg und Mitarbeiter schlagen vor, dass die Inkonsistenz zwischen Genotyp und Phänotyp von PAH-Mutationen bei einigen Patienten auf Methoden zur Untersuchung von Mutationen oder auf Unterschiede in der phänotypischen Klassifikation zurückzuführen sein kann.

Die PAH-Genmutationen von PKU-Patienten in verschiedenen Ländern und Regionen sind unterschiedlich und auch die Verteilung der PAH-Genmutationstypen in Nord- und Südchina ist uneinheitlich. Die häufigste Mutation in der Untergruppe türkischer Vorfahren war IVS1O-11 G A (38% der analysierten Allele), bei den PKU-Patienten in Rumänien war die PAH-Genmutation überwiegend Arg408Trp (47,72% des Allels), Lys363fsdelG ( 13,63%) und Phe225Thr machten 6,81% aus, 3 Mutationen machten 70% der mutierten Allele aus, Arg408Trp-Mutationen machten 54,9% der tschechischen PKU-Patienten aus. Die Unterschiede in der Verteilung der PAH-Genmutationstypen in verschiedenen Regionen können mehrere Mechanismen der PAH-Genmutation widerspiegeln, einschließlich des Founder-Effekts, der genetischen Abweichung, der Hypermutabilität und der Selektion. .

Dies sind die Anomalien des PAH-Proteins, die durch die Struktur, Eigenschaften und Mutationen und Mutationen des Leber-PAH-Gens verursacht werden. Zusätzlich zur Expression in Leberzellen werden PAH-Proteine auch in Nichtlebergeweben exprimiert, einschließlich Niere, Bauchspeicheldrüse und Gehirn. Die Primärstruktur von PAK in der Niere stimmt mit der in der Leber überein, mit der Ausnahme, dass sich die Regulation von PAK in der Leber unterscheidet. Im Phenylalaninhaushalt des Körpers kann jedoch die PAK der Niere eine Rolle spielen.

Zusätzlich zur Abwesenheit oder Verringerung der PAH-Aktivität in der Leber kann eine PKU verursacht werden, und es können auch Änderungen der PAH-Cofaktoren verursacht werden. Der Haupt-Cofaktor, der an der Wirkung von PAH beteiligt ist, ist 5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin, das durch Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan hydroxyliert wird. Ein notwendiger Cofaktor. Das für die Kodierung dieser Substanz verantwortliche Gen ist das 6-Pyruvoyltetrahydropterinsynthase (PTPS) -Gen. Wenn das Enzymgen mutiert ist, ist PTP mangelhaft, und selbst wenn die PAH-Aktivität normal ist, kann PKU verursacht werden. Ein anderes Enzym, das PKU verursacht, ist Dihydropterinreduktase. Dementsprechend umfasst die Pathogenese von PKU mindestens drei Enzymgene, von denen eines einen Mangel oder eine Abnahme der PAH-Aktivität verursachen kann, was zu PKU führt.

3. Pathologische Veränderungen im Gehirn

Es manifestiert sich als unspezifische Veränderung, die normalerweise durch eine Veränderung der weißen Substanz gekennzeichnet ist. Es gibt ungefähr die folgenden Situationen.

(1) Störungen der Gehirnreife. Der Fötus beginnt in der späten Schwangerschaft eine abnormale Gehirnentwicklung zu haben, und die Stratifizierung der weißen und grauen Substanz des Gehirns ist unklar. In der weißen Substanz befindet sich eine ektopische graue Substanz.

(2) Myelinbildungsstörungen. Die Myelinbildung des kortikalen Rückenmarks, der kortikal-ponsal-cerebellären Bündelfasern ist am offensichtlichsten.

(3) Zystendegeneration der grauen Substanz und der weißen Substanz, außerdem verschwand die dunkle Substanz des Gehirns, die Pigmentierung des blauen Flecks und das Gewicht des Gehirns wurde verringert.

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Verwandte Inspektion

Serum-Phenylalanin-Phenylalanin-Desaminase-Test

Bei der Diagnose dieser Krankheit sollte die Früherkennung im Vordergrund stehen, um eine frühzeitige Behandlung zu erhalten und geistige Behinderungen zu vermeiden. Das Screening auf Phenylketonurie muss bei Neugeborenen zur Früherkennung durchgeführt werden.

1. Screening-Methode

Die international anerkannte Routine-Screening-Methode ist die von Guthrie entdeckte bakterielle Inhibitionsmethode. Inländische PKU-Screening-Kits sind erhältlich. Diese Methode schätzt den Phenylalaninspiegel im Blut basierend auf der Größe der Wachstumszone der kultivierten Variabilität B. subtilis. Wenn der geschätzte Phenylalaninspiegel im Blut 0,24 mmol / l beträgt, ist er positiv. Diese Methode kann für Babys 3 bis 5 Tage nach der Geburt angewendet werden. Neugeborene sollten auf Neugeborene mit einer Familiengeschichte untersucht werden.

2. Phenylalanin-Belastungstest

Dieser Test kann die Aktivität von PAK direkt verstehen. Die Beladungsdosis betrug 0,1 g / kg orales Phenylalanin und wurde 3 Tage lang eingenommen. Die Blutspiegel von Phenylalanin bei Kindern mit klassischer PKU liegen über 1,22 mmol / l, während diejenigen mit mildem Typ häufig unter 1,22 mmol / l liegen. Das letztere Ergebnis legt nahe, dass diese Kinder möglicherweise eine Hyperphenylalaninämie ohne PKU aufweisen. .

3. Ätiologiediagnose

Das Gen, das Phenylketonurie verursacht, ist das PAH-Gen, und die ätiologische Diagnose ist der Nachweis der PAH-Genmutation. Der Nachweis einer PAH-Genmutation kann nicht nur eine ätiologische Diagnose für den Patienten stellen, sondern auch eine vorgeburtliche Diagnose für den Fötus. Bei den meisten Patienten besteht eine Korrelation zwischen Genotyp und Phänotyp. Verschiedene Arten von Mutationen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die PAH-Aktivität, weshalb der Nachweis von PAH-Genmutationen auch zur Bestimmung der Prognose und zur Steuerung der Behandlung nützlich ist.

Es gibt viele Methoden zum Nachweis von PAH-Genmutationen, aber eine davon ist die Polymerasekettenreaktion (PCR) in Kombination mit einer oder zwei der folgenden Nachweismethoden, einschließlich Einzelstrang-Konformationspolymorphismus (SSCP) und Restriktionsenzymfragmentlänge. Stand der Technik (RFLP), Denaturierungsgradienten-Gelelektrophorese (DGGE), direkte DNA-Sequenzierung, mutationsstellenspezifische Oligonukleotidsonde (ASO), PCR-Polyacrylamid-Gelelektrophorese-Silberfärbung, Didesoxy-Fingerprinting Ein refraktäres Amplifikationsmutationssystem (ARMS), ein Enzym-Mismatch-Lyse-Verfahren und dergleichen. Die amplifizierte DNA kann analysiert werden, und die SSCP-Analyse kann auch an der RNA durchgeführt werden. Die Proben wurden auf periphere Blutlymphozyten analysiert, und die pränatale Diagnose wurde durchgeführt, um polare Körper (Gametenprodukte) zu analysieren. Analytische Polkörper und ASO können für die pränatale Diagnose verwendet werden, und das PAH-Gen bekannter Mutationsstellen kann auch mit der ASO-Methode untersucht werden. In China gibt es fünf der häufigsten PAH-Genmutationen: R243Q, Y204C, V399V, Y356X und R413P. Diese fünf PAH-Genmutationen machen 56,7% aus. Punktmutationen treten am häufigsten bei Mutationen auf und machen 77,4% der Mutationstypen aus. Huang Shangzhi schlug ein schnelles diagnostisches Verfahren für PAH-Genmutationen vor: In Schritt 1 für die mutationsspezifische Oligonukleotidsondenanalyse kann die diagnostische Rate 66% erreichen, in Schritt 2 für die SSCP-Analyse von Exon 4 wird die diagnostische Rate auf erhöht 80%; Schritt 3 Mithilfe der SSCP-Analyse zum Nachweis mehrerer häufiger Mutationsstellen, R243Q (Exon 7), V339V und Y356X (Exon 11), kann die Diagnoserate 87% erreichen.

Die Methode zum Nachweis des PTPS-Gens basiert ebenfalls auf PCR und wird mit der DGGE-Methode kombiniert, um die sechs kodierenden Sequenzen des Gens und die Spleißstellen aller PTPS-Gene zu screenen.

Differentialdiagnose

Infektion der komplexen Harnwege: Eine Infektion der komplexen Harnwege umfasst: 1 Harnwege weisen organische oder funktionelle Anomalien auf, die eine Verstopfung der Harnwege und einen schlechten Harnfluss verursachen, 2 Harnwege weisen Fremdkörper wie Steine oder Verweilkatheter auf. 3 Nierenobstruktion, wie Infektionen der Harnwege aufgrund einer chronischen Nierenparenchymerkrankung, meist Pyelonephritis, kann zu Nierenschäden führen. Langfristig wiederholte Infektionen oder eine unvollständige Behandlung können zu chronischem Nierenversagen (CNI) führen.

Spezifische Aminosäure Urin: Hauptsächlich Threonin Serin Histidin Alanin Hydroxyprolin Ausscheidung ist normal, so dass es von allen Aminosäuren unterschieden werden kann Urin Glycin Valin und Hydroxyprolin Ausscheidung kann von Iminoglycin Urin unterschieden werden Die Ausscheidung von zwei basischen Aminosäuren im Urin ist ebenfalls normal, um von Cystinurin zu unterscheiden.

PKU ist eine Erbkrankheit, daher haben Neugeborene eine Hyperphenylalaninämie. Da sie nicht essen, ist die Konzentration von Phenylalanin und seinen schädlichen Metaboliten im Blut nicht hoch, sodass bei der Geburt keine klinische Manifestation vorliegt. Wenn das Neugeborene nicht auf Phenylketonurie untersucht wird, nehmen das Phenylalanin und seine Metaboliten im Blut mit der längeren Fütterungszeit allmählich zu und die klinischen Symptome manifestieren sich allmählich.

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