無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥*

張樹(shù)山，許 可

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，四川 南充 637000)

無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥(aceruloplasminemia)是一種罕見(jiàn)的由血清銅藍(lán)蛋白基因突變引起的常染色體隱性遺傳的變性疾病，臨床表現(xiàn)為糖尿病、視網(wǎng)膜退變和神經(jīng)系統(tǒng)退行性變?nèi)髡鳎?，2］。臨床特點(diǎn)為視網(wǎng)膜和基底節(jié)神經(jīng)元進(jìn)行性變性，生化特點(diǎn)是血清中檢測(cè)不到銅藍(lán)蛋白。銅藍(lán)蛋白缺失導(dǎo)致體內(nèi)鐵代謝障礙并使鐵沉積在腦、胰腺和肝臟等組織中。鐵在中樞神經(jīng)系統(tǒng)沉積會(huì)出現(xiàn)共濟(jì)失調(diào)、癡呆和錐體外系疾?。?］。國(guó)外的病例報(bào)道主要集中在日本，國(guó)內(nèi)由商慧芳于2007年首次報(bào)道［4］。無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥是一種罕見(jiàn)的致死性的變性疾病，鐵離子螯合劑(如去鐵胺)可降低血清鐵蛋白含量，減少體內(nèi)鐵離子的儲(chǔ)備，預(yù)防神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的進(jìn)展，因此早期診斷和早期治療對(duì)改善患者的預(yù)后有重要意義。本文擬對(duì)其相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下:

1 銅藍(lán)蛋白的分子生物學(xué)特征

人銅藍(lán)蛋白基因定位于3q22－25，由19個(gè)外顯子組成，長(zhǎng)約45kb。銅藍(lán)蛋白是一種主要由肝臟合成、分泌的α2－糖蛋白，由1046個(gè)氨基酸殘基組成的單條多肽鏈，分子量約132kD。銅藍(lán)蛋白結(jié)合有6個(gè)銅離子，每3個(gè)銅離子形成一個(gè)三核簇狀(trinuclear cluster)結(jié)構(gòu)，在酶催化的過(guò)程中起著結(jié)合氧原子并活化的作用。它屬于多銅氧化酶(multicopper oxidase)家族。正常情況下，血液中的銅藍(lán)蛋白是不能通過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦組織內(nèi)的［5］，而黑質(zhì)和基底節(jié)附近的星形膠質(zhì)細(xì)胞以及視網(wǎng)膜上的Muller膠質(zhì)細(xì)胞也可以合成、分泌銅藍(lán)蛋白［6］，但在中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要以糖基化磷酸肌醇錨定(glycosylphosphatidylinositol－ anchored，GPI－ anchored)形式存在［7，8］。進(jìn)一步的研究表明這種形式的銅藍(lán)蛋白是Ran－2，一種結(jié)合在星形膠質(zhì)細(xì)胞表面的標(biāo)記蛋白［9］，后來(lái)又分離提純了一種呈雙球狀的磷酸肌醇錨定形式的銅藍(lán)蛋白［10］。另外，單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞系也可以合成、分泌銅藍(lán)蛋白。這些不同組織合成、分泌的銅藍(lán)蛋白分子結(jié)構(gòu)極其相似，具相同的生理功能。

2 銅藍(lán)蛋白的生理功能

銅藍(lán)蛋白、亞鐵氧化酶(hephaestin)和Fet3(酵母銅藍(lán)蛋白同系物)同屬于具亞鐵氧化酶活性的多銅氧化酶銅藍(lán)蛋白家族。它們可以催化多種底物尤其是Fe2+和有機(jī)胺的氧化，但Fe2+和有機(jī)胺與銅藍(lán)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)不同。有趣的是亞鐵氧化酶結(jié)合位點(diǎn)的突變致其酶活性減少一半，但它對(duì)有機(jī)胺的氧化酶活性無(wú)明顯變化［11］。離體灌注肝臟實(shí)驗(yàn)顯示注射提純的全銅藍(lán)蛋白(holoceruloplasmin)后肝細(xì)胞分泌鐵離子急劇增加，證實(shí)全銅藍(lán)蛋白是一種重要的亞鐵氧化酶。全銅藍(lán)蛋白可以催化Fe2+氧化為Fe3+，并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到血漿的前轉(zhuǎn)鐵蛋白(apotransferrin)合成轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin)。轉(zhuǎn)鐵蛋白與人體的總抗氧化狀態(tài)呈明顯正相關(guān)［12］，其主要參與紅細(xì)胞血紅蛋白的生物合成。當(dāng)血紅蛋白衰老破壞后鐵被釋放出來(lái)再重新與轉(zhuǎn)鐵蛋白前體結(jié)合。只有和轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的Fe3+才能在體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)從而發(fā)揮其生理作用，而銅藍(lán)蛋白在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)釋放鐵的過(guò)程中起重要作用。銅藍(lán)蛋白可能還參與生成S－亞硝基硫醇和催化S－亞硝基谷胱甘肽［13］。此外，銅藍(lán)蛋白與凝血因子Va和Ⅷa具高度同源序列，同時(shí)還是一種急性期反應(yīng)物。然而亞鐵氧化酶活性可能是銅藍(lán)蛋白最重要的生理功能，但目前尚不完全清楚銅藍(lán)蛋白在腦皮質(zhì)的功能。

3 無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥

到目前為止，在銅藍(lán)蛋白基因中發(fā)現(xiàn)了6種形式的突變，從而引起銅藍(lán)蛋白基因的開(kāi)放閱讀框架發(fā)生改變，導(dǎo)致羧基端的決定三核簇狀結(jié)構(gòu)的氨基酸鏈的功能喪失，使銅藍(lán)蛋白無(wú)法和銅結(jié)合，導(dǎo)致患者銅藍(lán)蛋白的氧化酶活性消失。顯然無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥患者由于亞鐵氧化酶缺陷血清鐵離子的濃度降低會(huì)導(dǎo)致貧血，但患者僅有輕度貧血提示體內(nèi)存在其他氧化機(jī)制將部分鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)到轉(zhuǎn)鐵蛋白。鐵離子與轉(zhuǎn)鐵蛋白上的受體通過(guò)經(jīng)典的胞吞模式迅速結(jié)合。非轉(zhuǎn)鐵蛋白依賴的鐵離子吸收機(jī)制主要是迅速清除循環(huán)中的Fe2+，但該生理過(guò)程的很多細(xì)節(jié)目前尚不清楚［14］。銅藍(lán)蛋白缺乏則轉(zhuǎn)鐵蛋白不能利用鐵或不能和鐵結(jié)合，將導(dǎo)致鐵離子在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中大量積聚，肝細(xì)胞和網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞中鐵濃度顯著增高，血中鐵蛋白濃度增高，鐵離子濃度下降;胰腺和其他實(shí)質(zhì)臟器的鐵離子濃度增高，特別是胰島的鐵離子濃度增高和胰腺B細(xì)胞的選擇性缺失，表現(xiàn)為所有病人均有糖代謝異常，大多數(shù)發(fā)展成胰島素依賴性糖尿病;基底節(jié)區(qū)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞大量鐵離子沉積和神經(jīng)元部分丟失，主要表現(xiàn)為錐體外系癥狀(如不自主運(yùn)動(dòng)，肌張力增高等)、記憶力減退，逐漸發(fā)展為癡呆［15］;視網(wǎng)膜鐵離子的沉積和感光細(xì)胞的丟失，出現(xiàn)不典型的視覺(jué)癥狀如視力減退，檢查可見(jiàn)視網(wǎng)膜變性。

4 無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥的動(dòng)物模型研究

無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥大鼠模型的建立為研究銅藍(lán)蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)鐵平衡中的作用提供了一個(gè)很好的工具［16］。缺乏銅藍(lán)蛋白的大鼠肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)鐵離子過(guò)度聚集、輕度貧血、血清鐵離子濃度降低但鐵蛋白增加。不同族群的大鼠具有不同的臨床表現(xiàn)。這種模型的大鼠在生命的晚期可出現(xiàn)輕度的神經(jīng)變性表現(xiàn)，但不會(huì)出現(xiàn)臨床病理變化，這一點(diǎn)和在缺乏銅藍(lán)蛋白的人群觀察到的現(xiàn)象一致［17］。亞鐵還原酶(hephaestin)是哺乳動(dòng)物第二常見(jiàn)的具亞鐵氧化酶活性的多銅氧化酶家系成員且與銅藍(lán)蛋白高度同源，因此人們還建立了一種缺乏銅藍(lán)蛋白和亞鐵氧化酶的大鼠模型即多銅氧化酶缺陷大鼠模型。該模型顯示神經(jīng)變性表現(xiàn)大約出現(xiàn)在大鼠6月齡(5月－9月)，出現(xiàn)的癥狀包括步態(tài)異常、無(wú)力和理毛行為減少。組織鐵含量測(cè)定顯示除肝臟外所有組織中亞鐵氧化酶均起重要的調(diào)節(jié)鐵平衡的作用，提示銅藍(lán)蛋白在調(diào)節(jié)肝臟鐵離子代謝中起重要作用。神經(jīng)變性表現(xiàn)和整個(gè)腦部鐵離子沉積證實(shí)多銅氧化酶家族在調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)鐵平衡中起關(guān)鍵作用。這個(gè)大鼠模型提示以下兩種可能:亞鐵氧化酶在人腦鐵平衡中作用有限或其在大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)鐵代謝中作用顯著。但無(wú)論哪一種可能均顯示多銅氧化酶家族調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的氧化還原反應(yīng)和保護(hù)組織免受鐵離子介導(dǎo)的氧化損害。

無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥大鼠銅的代謝是完全正常的［18］。對(duì)于該模型大鼠靜注64Cu 24小時(shí)后觀察腦組織銅濃度與使用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定正常腦組織銅濃度相同，表明銅藍(lán)蛋白對(duì)于銅轉(zhuǎn)運(yùn)或代謝不起重要作用，提示無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥的臨床病理改變不是繼發(fā)于銅代謝障礙或其毒性。

5 無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥的病理特征

無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥患者遭受增強(qiáng)的胞質(zhì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)［19］、腦部脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)［20］、線粒體酶異常［21］并形成氧化修飾的脂質(zhì)纖維酸性蛋白［22］。顯然，人類患病與鐵在腦中異常沉積有關(guān)，有趣的是動(dòng)物模型的研究顯示大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常鐵沉積很少，提示缺乏銅藍(lán)蛋白不會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)變性，而鐵離子在腦內(nèi)沉積則會(huì)引起神經(jīng)損害。有報(bào)道無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥患者的腦脊液中鐵離子的含量是正常人3倍，其增高程度與超氧化物歧化酶活性增多是一致的［19］，說(shuō)明鐵離子介導(dǎo)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)參與了神經(jīng)元變性的病理過(guò)程。實(shí)際上，在無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥患者組織中測(cè)得鐵離子的量與測(cè)得的氧化型膽固醇水平相關(guān)［23］。進(jìn)一步的PET研究顯示無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)的糖代謝和氧代謝降低［24］，在這些患者中還發(fā)現(xiàn)基底節(jié)區(qū)的呼吸鏈上復(fù)合物Ⅰ和Ⅳ的酶活性降低至少50%［24］。

傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為銅藍(lán)蛋白是幫助鐵從神經(jīng)元或其他腦細(xì)胞鐵釋放，如果其減少或缺失，會(huì)造成細(xì)胞鐵釋放減少，從而導(dǎo)致細(xì)胞鐵過(guò)量積聚造成細(xì)胞變性壞死。但新進(jìn)的研究表明在腦內(nèi)銅藍(lán)蛋白的主要作用可能是參與細(xì)胞鐵攝取而不是傳統(tǒng)的鐵釋放［25］。新的觀點(diǎn)認(rèn)為，銅藍(lán)蛋白通過(guò)它的亞鐵氧化酶活性不僅能夠影響細(xì)胞鐵攝取也能影響細(xì)胞的鐵釋放，或許在生理?xiàng)l件下，后者的作用更為巨大。如果缺乏銅藍(lán)蛋白可以驅(qū)使非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的鐵離子(包括抗壞血酸亞鐵、枸櫞酸鐵或自由的Fe2+)進(jìn)入神經(jīng)元或其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織細(xì)胞中。這可造成神經(jīng)元或其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織細(xì)胞中鐵的過(guò)度沉積，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)形成自由基，引發(fā)一連串的病理變化導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。在這一過(guò)程中，細(xì)胞膜上的二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(divalent metal transporter，DMT1)和其他的非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)可能會(huì)增加［26］。同時(shí)，體內(nèi)存在的其他氧化機(jī)制可能代償性增強(qiáng)并產(chǎn)生大量的氧自由基，這可能是無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥神經(jīng)元死亡的主要原因之一。

雖然目前的研究取得了很多進(jìn)展，使我們深刻理解了銅藍(lán)蛋白缺乏所引起的腦代謝紊亂在神經(jīng)變性發(fā)生發(fā)展中的作用，但無(wú)銅藍(lán)蛋白血癥的神經(jīng)變性機(jī)制的很多細(xì)節(jié)還不清楚，有待于以后的進(jìn)一步研究。

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