Trastorno del metabolismo de la fenilalanina

Introduccion La fenilcetonuria (PKU) es una enfermedad hereditaria causada por una deficiencia o pérdida de actividad de la fenilalanina hidroxilasa (HAP) en el hígado. Es más común en enfermedades hereditarias deficientes en el metabolismo de los aminoácidos. El patrón genético de esta enfermedad es la herencia autosómica recesiva. Las manifestaciones clínicas no fueron uniformes, las principales características clínicas fueron retraso mental, síntomas mentales y neurológicos, eccema, rasguños en la piel, pigmentación y olor a rata, y EEG anormal. Si el diagnóstico temprano y el tratamiento temprano están disponibles, las manifestaciones clínicas antes mencionadas pueden no ocurrir, la inteligencia es normal y se pueden restaurar las anormalidades del EEG.

Porque

(1) Causas de la enfermedad

A medida que aumenta la edad, la cantidad de fenilalanina ingerida para la proteína sintética se reduce gradualmente. Después del nacimiento, la ingesta diaria de fenilalanina es de aproximadamente 0,5 g, y para niños y adultos se incrementa a 4 g. La parte más grande se oxida a tirosina, un proceso que se basa principalmente en fenilalanina hidroxilasa (HAP), pero también requiere la participación del cofactor. Si este proceso de oxidación se ve obstaculizado, la fenilalanina se acumula en el cuerpo, en este caso, la fenilalanina se metaboliza por otros medios para producir sustancias nocivas al fenilpiruvato. La fenilcetonuria (PKU) es una enfermedad hereditaria causada por la actividad de PAH reducida o ausente. La disminución de la actividad de la HAP también inhibe la tirosina y reduce la producción de melanina, y se inhibe el hidroxifenilpirvase para que el ácido hidroxibenzoico se acumule en el cuerpo.

La enfermedad es autosómica recesiva y el gen mutado se encuentra en el brazo largo del cromosoma 12 (12q24.1). La pequeña mutación de este gen puede causar la enfermedad, no debido a la eliminación del gen. Es una enfermedad hereditaria causada por el matrimonio de dos heterocigotos. La descendencia de parientes cercanos es más común, y alrededor del 40% de los niños están enfermos. Debido a la mutación del gen de fenilalanina hidroxilasa, la deficiencia de fenilalanina hidroxilasa en el hígado es una anomalía bioquímica básica de la enfermedad. Si el par de bases de la mutación es diferente, la gravedad de las manifestaciones clínicas varía mucho y puede manifestarse como una PKU típica o hiperfenilalaninemia leve.

(dos) patogénesis

La fenilalanina (PA) es un aminoácido esencial que participa en la formación de diversos componentes proteicos pero que no puede sintetizarse en humanos. En circunstancias normales, aproximadamente el 50% del PA ingerido se usa para sintetizar varios componentes de la proteína, y el resto se convierte en tirosina por la acción de la fenilalanina hidroxilasa, y luego se convierte en tirosina por otras enzimas. Dopa, dopamina, adrenalina, noradrenalina y melanina. La fenilalanina hidroxilasa es un sistema enzimático complejo. Además de la hidroxilasa en sí, también incluye dihidropterina reductasa y coenzima tetrahidrobiopterina. Cualquier deficiencia enzimática puede causar un aumento de la fenilalanina en sangre.

Cuando la PA hidroxilasa es deficiente, la fenilalanina que no participa en la síntesis de la proteína del primer paso se acumula en el plasma y se deposita en los tejidos de todo el cuerpo, incluido el cerebro. La fenilalanina en la sangre se descarga más allá del umbral renal, lo que resulta en aminoácidos de fenilalanina en la orina.

Después de que se bloquea la vía principal de PA (hidroxilación), la vía metabólica secundaria de PA se compensa de manera compensatoria, y la gravedad específica de PA se convierte en fenilpiruvato, fenilactato, ácido n-hidroxifenilacético y ácido fenilacético. Normalmente, este bypass metabólico se lleva a cabo muy poco, por lo que el contenido de estos metabolitos es extremadamente pequeño; cuando la PA hidroxilasa es deficiente, estos metabolitos alcanzan niveles anormalmente elevados, acumulados en los tejidos, plasma y líquido cefalorraquídeo, y una gran cantidad. Excretado de la orina, lo que resulta en fenilcetonuria.

1. Según la diferencia de defectos bioquímicos se puede dividir en:

(1) PKU típica: deficiencia congénita de fenilalanina hidroxilasa.

(2) hiperfenilalaninemia persistente: encontrada en la deficiencia de fenilalanina hidroxilasa isomerasa o fenilcetonuria heterocigótica, la fenilalanina en sangre aumentó.

(3) hiperfenilalaninemia leve transitoria: más común en bebés prematuros, es causada por la madurez tardía de la fenilalanina hidroxilasa.

(4) Deficiencia de fenilalanina aminotransferasa: aunque el contenido de fenilalanina en sangre aumenta, el fenilpiruvato y el ácido hidroxifenilacético en orina no pueden aumentar, y la tirosina en sangre no aumenta después de la administración oral de una carga de fenilalanina.

(5) Deficiencia de dihidropterina reductasa: la falta total o parcial de actividad enzimática, además de afectar el desarrollo del cerebro, puede provocar calcificación de los ganglios basales.

(6) Defectos de síntesis de dihidropterina: falta de metanol amoniaco deshidratasa u otras enzimas diversas.

Los niños con PKU típicos tienen un sistema nervioso normal al nacer. Debido a la falta de medidas neuroprotectoras en niños con homocigotos, el sistema nervioso está expuesto a la fenilalanina durante mucho tiempo. Si la madre es homocigota, el nivel de fenilalanina en la sangre es alto, el niño es heterocigoto, el daño del sistema nervioso central puede ocurrir en el útero y el nacimiento se manifiesta como retraso mental.

La PKU ordinaria y algunas variantes leves y graves, las primeras etapas de la enfermedad pueden degradarse mentalmente sin tratamiento. Se especula que puede ser un mutante alélico, que se manifiesta como hiperfenilalaninemia, sin fenilcetonuria y afectación del sistema nervioso. Además, incluso un pequeño número (alrededor del 3%) de pacientes que controlan la hiperfenilalaninemia no puede prevenir la progresión de la enfermedad neurológica.

2. Investigación en biología molecular.

La proteína PAH humana normal tiene un pliegue y tiene un sitio de unión a hierro. El mantenimiento de la estructura del sitio de unión al hierro está relacionado con la serina en la posición 349 en la estructura 3D asociada con el sitio activo, y la polimerización estable de las estructuras de serina y HAP en este sitio y las propiedades catalíticas de HAP también son importantes. Fusetti y otros determinaron la estructura cristalina de la HAP humana (residuos 118-452) y descubrieron que esta cristalización de enzimas y tetrámeros aparecía en cada composición monomérica de las zonas catalíticas y de tetramerización. La característica en la zona de tetramerización es la presencia de brazos de intercambio que interactúan con otras especies monoméricas, formando así una espiral espiral antiparalela y una asimetría significativa, debido a la presencia de dos zonas quelantes en la espiral que causan la espiral. Causado por una configuración alterna. Algunas de las mutaciones PAH más comunes ocurren en la unión de las regiones catalítica y tetramérica.

Las mutaciones en diferentes genes de HAP tienen diferentes efectos sobre la actividad de HAP y tienen diferentes efectos sobre la estructura de HAP. Camez et al. Revelaron mutaciones de PAH utilizando diferentes sistemas de expresión: Leu348Val, Ser349Leu, Val388Met causaron defectos de plegamiento en las proteínas de PAH. La expresión de la proteína PAH mutada en Escherichia coli mostró inestabilidad térmica en comparación con la proteína PAH de tipo salvaje, y el curso temporal de la degradación también fue diferente. Bjorgo y otros estudiaron mutaciones puntuales de sentido erróneo de PAH 7, a saber, R252G / Q, L255V / S, A259V / T y R270S. También hay una mutación llamada G272X. Cuando estas proteínas PAH mutadas se coexpresaron con maltasa como una proteína de fusión en Escherichia coli, se demostró que la capacidad de plegar y polimerizar las proteínas PAH humanas en homotetramers / dímeros era defectuosa, y la mayor parte de la recuperación fue nula. Tipo de agregación activa. R252Q y R252G recuperan tetrámeros y dímeros catalíticamente activos, y R252G recupera algunos dímeros. Las tres mutaciones mencionadas anteriormente dieron como resultado una actividad de HAP de solo el 20%, 44% y 4,4% de la actividad de tipo salvaje, respectivamente. Cuando se expresó in vitro mediante un sistema de transcripción-traducción acoplado, todos los HAP mutados recuperaron una mezcla de formas no fosforiladas y fosforiladas con baja actividad inespecífica. Todas las proteínas PAH variantes expresadas por estas mutaciones del gen PAH son defectuosas en la oligomerización, y la sensibilidad a la lisis de la proteína de restricción aumenta in vitro, la estabilidad en las células se reduce y la actividad catalítica también se reduce en diversos grados. . Todos los efectos anteriores parecen ser el resultado de una estructura monomérica desordenada. Basado en la estructura cristalina de la región catalítica de la HAP humana, el efecto de la mutación en el plegamiento y la oligomerización de monómeros proporciona un análisis.

Estas son las correlaciones entre la estructura de la proteína PAH y la variación de la actividad causada por mutaciones en el gen PAH del hígado. El 99% de la hiperfenilalaninemia o PKU son causadas por mutaciones en el gen PAH, y solo el 1% se debe a trastornos en la biosíntesis o regeneración de cofactores. Las mutaciones en el gen PAH pueden involucrar exones e intrones y pueden ser mutaciones sin sentido o mutaciones sin sentido. Los tipos de mutación son un poco mutados, insertados o eliminados, codificación de parada temprana, empalme y polimorfismo. Los genotipos mutados son homocigotos, heterocigotos y heterocigotos complejos. Scriver et al.revisaron la mutación del gen PAH en 1996. En 26 países de todo el mundo, 81 investigadores analizaron 3986 cromosomas mutantes e identificaron 243 mutaciones diferentes. En marzo de 1999, Zekanowski et al., Señalaron en el documento que hay más de 350 mutaciones en el gen PAH en el mundo. Los autores estudiaron una región reguladora que codifica HAP: una mutación parcial del exón 3 puede causar PKU clásica, PKU leve e hiperfenilalaninemia leve, con mutaciones a menudo localizadas entre 71 y 94. Residuos de aminoácidos. Wang Ning señaló que en abril de 1998, el número de mutaciones del gen PAH en el mundo había aumentado a 390. En China, Xu Lingting y otros informes en 1996 han identificado más de 20 mutaciones en el gen PAH, lo que representa aproximadamente el 80% del gen mutante PAH. La mayoría de los estudiosos creen que existe una correlación entre el genotipo de la mutación PAH y el fenotipo, con la excepción de algunos pacientes. Guldberg y otros sugieren que la inconsistencia entre el genotipo y el fenotipo de las mutaciones de HAP en algunos pacientes puede deberse a métodos utilizados para examinar mutaciones o debido a diferencias en la clasificación fenotípica.

Las mutaciones del gen PAH de pacientes con PKU en diferentes países y regiones son diferentes. La distribución de los tipos de mutación del gen PAH en el norte y sur de China también es inconsistente. La mutación más común en el subgrupo de antepasados turcos fue IVS1O-11 G A (38% de los alelos analizados); en los pacientes con PKU en Rumania, la mutación del gen PAH fue principalmente Arg408Trp (que representa el 47.72% del alelo), Lys363fsdelG ( 13,63%) y Phe225Thr representaron el 6,81%, 3 mutaciones representaron el 70% de los alelos mutantes; las mutaciones Arg408Trp representaron el 54,9% en pacientes checos con PKU. Las diferencias en la distribución de los tipos de mutación del gen PAH en diferentes regiones pueden reflejar múltiples mecanismos de mutación del gen PAH, incluido el efecto fundador, la deriva genética, la hipermutabilidad y la selección. .

Estas son las anormalidades de la proteína PAH causadas por la estructura, propiedades y mutaciones y mutaciones del gen PAH del hígado. Además de la expresión en las células hepáticas, las proteínas PAH también se expresan en tejidos no hepáticos, incluidos el riñón, el páncreas y el cerebro. La estructura primaria de la HAP en el riñón es consistente con la del hígado, excepto que su regulación es diferente de la HAP en el hígado, pero en el equilibrio de fenilalanina del cuerpo, la HAP del riñón puede desempeñar un papel.

Además de la ausencia o reducción de la actividad de la HAP en el hígado, puede causar PKU, y también se pueden causar cambios en los cofactores de la HAP. El cofactor principal involucrado en la acción de la HAP es la 5,6,7,8-tetrahidrobiopterina, que se hidroxila con fenilalanina, tirosina y triptófano. Un cofactor necesario. El gen responsable de codificar esta sustancia es el gen 6-piruvoiltetrahidropterina sintasa (PTPS). Si el gen enzimático está mutado, la PTP es deficiente, e incluso si la actividad de la HAP es normal, se puede causar PKU. Otra enzima que causa PKU es la dihidropterina reductasa. En consecuencia, la patogénesis de la PKU involucra al menos tres genes enzimáticos, uno de los cuales puede causar una deficiencia o disminución en la actividad de la HAP, lo que resulta en PKU.

3. Cambios patológicos en el cerebro.

Se manifiesta como un cambio no específico, generalmente marcado por un cambio en la materia blanca. Existen aproximadamente las siguientes situaciones.

(1) Trastornos de la madurez cerebral. El feto comienza a tener un desarrollo cerebral anormal al final del embarazo, y la estratificación de la sustancia blanca y la materia gris del cerebro no está clara. Hay una materia gris ectópica en la materia blanca.

(2) Trastornos de formación de mielina. La formación de mielina de la médula espinal cortical, las fibras del haz cortical-ponsal-cerebeloso es más evidente.

(3) degeneración quística de la materia gris y la sustancia blanca; además, la materia oscura del cerebro, la pigmentación de la mancha azul desapareció y el peso del cerebro se redujo.

Cheque

Inspección relacionada

Prueba de fenilalanina fenilalanina desaminasa en suero

El diagnóstico de esta enfermedad debe enfatizar el diagnóstico temprano para obtener un tratamiento temprano para evitar el retraso mental. La detección de fenilcetonuria debe realizarse en recién nacidos para el diagnóstico temprano.

1. Método de detección

El método de detección de rutina aceptado internacionalmente es el método de inhibición bacteriana descubierto por Guthrie. Los kits de detección de PKU nacionales están disponibles. Este método estima el nivel de fenilalanina en la sangre basándose en el tamaño de la variabilidad cultivada de la zona de crecimiento de B. subtilis. Si el nivel de fenilalanina en sangre estimado es de 0.24 mmol / L, es positivo. Este método puede usarse para bebés de 3 a 5 días después del nacimiento. Los recién nacidos deben ser examinados en busca de recién nacidos con antecedentes familiares.

2. Prueba de carga de fenilalanina

Esta prueba puede comprender directamente la actividad de la HAP. La dosis de carga fue de 0,1 g / kg de fenilalanina oral, y se tomó durante 3 días. Los niveles sanguíneos de fenilalanina en niños con PKU clásica están por encima de 1,22 mmol / L, mientras que los de tipo leve a menudo están por debajo de 1,22 mmol / L. El último resultado sugiere que estos niños pueden presentar hiperfenilalaninemia sin PKU. .

3. Diagnóstico etiológico

El gen que causa la fenilcetonuria es el gen PAH, y el diagnóstico etiológico es detectar la mutación del gen PAH. La detección de la mutación del gen PAH no solo puede hacer un diagnóstico etiológico para el paciente, sino también hacer un diagnóstico prenatal para el feto. Existe una correlación entre el genotipo y el fenotipo en la mayoría de los pacientes. Los diferentes tipos de mutaciones tienen diferentes efectos sobre la actividad de la HAP. Por lo tanto, la detección de mutaciones del gen de la HAP también es útil para determinar el pronóstico y guiar el tratamiento.

Existen muchos métodos para detectar mutaciones del gen PAH, pero uno de ellos es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) combinada con uno o dos de los siguientes métodos de detección, incluido el polimorfismo de conformación de cadena sencilla (SSCP) y la longitud del fragmento de enzima de restricción. Estado del arte (RFLP), electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante (DGGE), secuenciación directa de ADN, sonda de oligonucleótidos específicos del sitio de mutación (ASO), electroforesis en gel de poliacrilamida por PCR, tinción con plata, huella digital de didesoxi Un sistema de mutación refractaria de amplificación (ARMS), un método de lisis de desajuste enzimático y similares. El ADN amplificado se puede analizar y el análisis SSCP también se puede realizar en el ARN. Las muestras se analizaron para detectar linfocitos de sangre periférica y el diagnóstico prenatal se realizó para analizar cuerpos polares (productos de gametos). Los cuerpos polares analíticos y ASO se pueden usar para el diagnóstico prenatal, y el gen PAH de sitios de mutación conocidos también se puede examinar mediante el método ASO. Hay cinco mutaciones genéticas de PAH más comunes en China: R243Q, Y204C, V399V, Y356X y R413P. Estas cinco mutaciones genéticas de PAH representan el 56.7%. Las mutaciones puntuales son más comunes en las mutaciones, y representan el 77.4% de los tipos de mutaciones. Huang Shangzhi propuso un procedimiento de diagnóstico rápido para las mutaciones del gen PAH: Paso 1 para el análisis de la sonda de oligonucleótidos específicos de mutación, la tasa de diagnóstico puede alcanzar el 66%; Paso 2 para el análisis SSCP del exón 4, la tasa de diagnóstico aumenta a 80%; Paso 3 Usando el análisis SSCP para detectar varios sitios de mutación comunes, R243Q (exón 7), V339V e Y356X (exón 11), la tasa de diagnóstico puede alcanzar el 87%.

El método para detectar el gen PTPS también se basa en la PCR y se combina con el método DGGE para detectar las seis secuencias de codificación del gen y los sitios de empalme de todos los genes PTPS.

Diagnóstico diferencial

Infección compleja del tracto urinario: La infección compleja del tracto urinario se refiere a: 1 el tracto urinario tiene anormalidades orgánicas o funcionales, lo que causa obstrucción del tracto urinario, flujo urinario deficiente; 2 el tracto urinario tiene cuerpos extraños, como cálculos, catéteres permanentes, etc. 3 la obstrucción renal, como las infecciones del tracto urinario sobre la base de la enfermedad crónica del parénquima renal, principalmente pielonefritis, puede causar daño renal. La infección repetida a largo plazo o el tratamiento incompleto pueden progresar a insuficiencia renal crónica (IRC).

Aminoácidos específicos en orina: principalmente la excreción de treonina serina histidina alanina hidroxiprolina es normal, por lo que se puede distinguir de todos los aminoácidos en orina, la glicina valina y la excreción de hidroxiprolina se pueden distinguir de la orina con iminoglicina La excreción de dos aminoácidos básicos en la orina también es normal para distinguirse de la orina de cistina.

La PKU es una enfermedad hereditaria, por lo que los recién nacidos tienen hiperfenilalaninemia. Debido a que no comen, la concentración de fenilalanina en sangre y sus metabolitos nocivos no es alta, por lo que no hay manifestación clínica al nacer. Si el recién nacido no se analiza para detectar fenilcetonuria, la fenilalanina y sus metabolitos en la sangre aumentan gradualmente con el tiempo de alimentación prolongado, y los síntomas clínicos se manifiestan gradualmente.

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