罕見病異戊酸血癥的診治進展與預(yù)防＊

段芳芳，黃慧，郭智彬

（江西省兒童醫(yī)院中心實驗室，南昌 330006）

2020 年2 月29 日是第十三個國際罕見病日，目前世界上有超過7000 種罕見病，其共同特征如下:⑴對人體危害大；⑵對癥治療的藥物少導(dǎo)致藥物難尋；⑶幾乎沒有有效的根治方法。 由于罕見病的特殊性，加之兒童疾病診斷的復(fù)雜性，兒科疑難罕見病異戊酸血癥（IVA）的診治過程可謂“難上加難”，大多數(shù)罕見病進行正確的遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷可有效預(yù)防。 近年來基因組學、代謝組學的發(fā)展為診治IVA 提供了廣闊前景。

全球各地區(qū)因為人種以及地理環(huán)境的原因,異戊酸血癥IVA 的發(fā)病率存在較大差異。 中國大陸發(fā)病率約為1:190000[1]，其中福建泉州為1:100000[2],浙江省篩查為1:265900[3]；中國臺灣為1:365000；其他國家地區(qū)如德國發(fā)病率為1:62500，美國發(fā)病率為1:250000, 澳大利亞IVA 發(fā)病率為1:622489[4]。

本文擬探討國內(nèi)外經(jīng)典型兒童罕見病異戊酸血癥最新診治進展，從該病的發(fā)病機制、臨床特征和臨床診斷、治療預(yù)后、遺傳咨詢等臨床實際進行分析， 根據(jù)已確診異戊酸血癥兒童在接受合理的飲食和藥物干預(yù)治療獲得的預(yù)后效果進行評價。

1 發(fā)病機制

IVA 是由于在亮氨酸分解代謝中異戊酰輔酶A 脫氫酶（Isovaleryl-CoA dehydrogenase，IVD）缺陷而導(dǎo)致異戊酸、3-羥基異戊酸、異戊酰甘氨酸和異戊酰肉堿體內(nèi)蓄積導(dǎo)致的一種常染色體隱性遺傳疾病。 IVD 基因編碼的線粒體酶異戊酰輔酶A 脫氫酶是一種含有黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的酶，由4 個相同的亞基組成是線粒體的一種四聚體黃素蛋白酶[1,4]，屬于異戊酰輔酶A 脫氫酶家族中的一員， 在亮氨酸代謝的第三步異戊酰輔酶A 被氧化生成3-甲基巴豆酰輔酶A 中發(fā)揮關(guān)鍵作用；亮氨酸代謝示意圖，見圖1。

圖1 亮氨酸代謝途徑示意圖

2 臨床特征及現(xiàn)有診斷技術(shù)

2.1 臨床特征 IVA 主要分為三種類型： 急性新生兒型和慢性間歇性及無癥狀型。前兩種為典型IVA類型， 表型不同但都是由于異戊酰輔酶A 脫氫酶活性缺陷導(dǎo)致的，無癥狀型患者是指生化指標異常而無臨床癥狀的非典型IVA 類型[1]。 急性新生兒型多在新生兒期2 周內(nèi)急性發(fā)病，患者可出現(xiàn)低體溫和脫水情況，表現(xiàn)為喂養(yǎng)困難、惡心、嘔吐、驚厥、汗腳味等?；颊咴诙冗^新生兒期的急性發(fā)作之后將進展為慢性間歇期，臨床表現(xiàn)為慢性間歇發(fā)作且非特異性生長發(fā)育落后，有特殊的“汗腳味”；發(fā)作常由上呼吸道感染和攝入高蛋白質(zhì)飲食誘發(fā)，反復(fù)發(fā)生嘔吐、嗜睡進展為昏迷、酸中毒伴酮尿，限制蛋白質(zhì)飲食并輸注葡萄糖可緩解發(fā)作。

2.2 實驗室診斷 血串聯(lián)質(zhì)譜和尿有機酸氣相質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)異戊酰肉堿（C5）和異戊酰甘氨酸水平明顯升高可確診IVA[1]。 異戊酰甘氨酸沒有毒性且很容易從尿液中排出從而被氣相色譜-質(zhì)譜檢測[5]，在尿中發(fā)現(xiàn)大量的異戊酰甘氨酸是具有診斷意義的檢查指標；在血濾紙片中，升高的異戊酰肉堿（C5）也具有重要的診斷意義，串聯(lián)質(zhì)譜現(xiàn)已成為篩查遺傳代謝性疾病異戊酸血癥的首選手段[6,7]。異戊酸血癥患兒較正常兒童血尿中異戊酰甘氨酸、異戊酰肉堿濃度值較大，特異性強，篩查較明顯，異戊酸血癥的臨床表現(xiàn)容易與其他有機酸血癥和尿素循環(huán)障礙相混淆， 需要串聯(lián)質(zhì)譜結(jié)合氣相質(zhì)譜鑒別診斷，靈敏度高分析準確。 在成纖維細胞、淋巴細胞、 羊水細胞進行IVD 酶活性分析以及外周血白細胞DNA 分析也是實驗室異戊酸血癥的輔助診斷，但普及率和應(yīng)用率不高。

有機酸遺傳代謝疾病種類較多， 隨著人們飲食和居住環(huán)境的改變， 不同疾病之間的相互影響對精確診斷IVA 帶來挑戰(zhàn)， 開發(fā)不同層面的診斷技術(shù)對已有的血尿質(zhì)譜技術(shù)進行輔助辨別診斷是時代前進的必然趨勢， 對降低IVA 漏診率和誤診率并提高國民健康水平具有重要價值。

2.3 鑒別診斷 頭孢托侖酯為第三代新型口服頭孢菌素類抗生素， 有文章表明服用新戊酸酯的前藥頭孢托侖酯會影響血液中C5（異戊酰肉堿）的含量從而帶來異戊酸血癥的假陽性診斷[8-10]。 此外新戊酸衍生物可以作為潤膚劑用于化妝品行業(yè)，新生兒母親使用新戊酸衍生物乳頭藥膏或者使用青霉素類抗生素進行母乳喂養(yǎng)，均會導(dǎo)致C5 升高產(chǎn)生假陽性診斷。 英國學者研究篩選新生兒，發(fā)現(xiàn)陽性結(jié)果中假陽性結(jié)果比例高達78%[11]；Boemer 等也報告[9]，在比利時18 個月期間收集到50 個假陽性新生兒IVA 病例。 在給藥結(jié)束后血液中升高的C5 濃度水平得以恢復(fù)， 這種現(xiàn)象在新生兒家庭中應(yīng)引起警惕重視并規(guī)律進行隨訪。 研究母乳前清潔乳頭是否能降低新生兒的C5 水平是很有價值的，此外C5 肉堿在新生兒血液中的濃度和母乳喂養(yǎng)時間的相關(guān)性值得進一步探究闡明。

2.4 診斷進展

2.4.1 磁共振成像 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)，成像速度快，組織分辨率高，極大地推動了醫(yī)學、 神經(jīng)生理學和認知神經(jīng)科學的迅速發(fā)展。 MRI 檢查已經(jīng)成為一種常見的影像檢查方式， 盡管在IVA 中已廣泛描述了利用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)診斷生化改變的情況,但很少報道使用腦部MRI 成像技術(shù)進行診斷。 Wani 等人[12]曾報道過急性間歇性新生兒IVA 病例， 患者腦磁共振成像（MRI）雙側(cè)膝狀核對稱信號強度顯著改變，在T1W 和T2W 區(qū)圖像上顯示為基底節(jié)的高強度信號強度。 這可能是在急性代謝期異戊酸穿過血腦屏障而導(dǎo)致蛋白質(zhì)或髓磷脂分解產(chǎn)物沉積有關(guān)， 同時IVD 缺乏引起的代謝產(chǎn)物積累也會引起基底神經(jīng)節(jié)MRI 信號改變[13]。 雙側(cè)基底神經(jīng)節(jié)的T1W 區(qū)高信號強度的鑒別診斷包括慢性肝病、急性肝臟失調(diào)代謝、高氨血癥等。 目前臨床使用MRI技術(shù)診斷IVA 較新穎還沒有被廣泛應(yīng)用， 文獻報道很少缺乏病例統(tǒng)計， 在IVA 發(fā)病期間的病程改變是否可以導(dǎo)致MRI 腦部成像的改變需更多數(shù)據(jù)加以證明， 但使用MRI 技術(shù)檢測雙側(cè)蒼白球超強信號強度改變可以幫助正確診斷IVA，作為一個值得探索的方向具有重要意義。

2.4.2 生物標志物 近年來， 通過代謝組學研究發(fā)現(xiàn)新的生物標志物成為罕見病臨床診斷的新方向。 De Biase 等[14]研究發(fā)現(xiàn)IVA 患者體內(nèi)顯示3-羥基異戊酸、甲基琥珀酸和甲磺酸大量增加。 甲基琥珀酸是由游離異戊酸通過細胞色素p450 相關(guān)的ω 氧化體系降解脫氫而形成,因此尿液中發(fā)現(xiàn)甲基琥珀酸和甲磺酸大量增加可與異戊酸血癥進行關(guān)聯(lián)考慮。 另有文獻報道，有機酸血癥的長期并發(fā)癥是由于絲裂素代謝受損造成的[15]。FGF 家族成員具有廣泛的促有絲分裂和細胞存活活性功能[16,17],其中FGF-21 成員在絲裂素代謝受損過程有重要作用。血清中成纖維細胞生長因子FGF-21 具有很好的穩(wěn)定性，高的特異性和敏感性，并且可以實現(xiàn)快速廉價測定[18,19]。 Molema 等[15]研究發(fā)現(xiàn)并證實穩(wěn)定代謝期測定的FGF-21 具有作為異戊酸血癥的生物標志物的潛力， 這可能是首個與線粒體功能障礙相關(guān)的異戊酸血癥疾病有效候選生物標志物。目前缺乏文獻報道FGF-21 作為異戊酸血癥確診的生物標志物陽性準確率， 異戊酸血癥生物標志物FGF-21 在病程中影響機制的研究結(jié)果還有待進一步確定。 此外還有文獻報道一種類似于分子內(nèi)重排的異常代謝物異戊酰葡糖醛酸苷與異戊酸血癥的急性發(fā)作有關(guān)[20]。近年來通過代謝組學研究異戊酸血癥等罕見病的特異生物標志物成為臨床診斷的一個重要研究方向。

2.4.3 基因診斷 基因診斷是基于人類固有的遺傳信息進行檢測,已成為各類遺傳代謝病精準分型診斷的最有力依據(jù)。 近年來隨著二代測序（next generation sequencing,NGS）技術(shù)在遺傳代謝疾病領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，IVD 的基因譜庫越來越豐富，對IVD 的及時診斷與排查發(fā)揮著越來越重要的作用。基于靶向基因捕獲的高通量測序是針對特定基因外顯子區(qū)域定制探針,經(jīng)富集后利用高通量測序技術(shù)進行測序分析[21]。 人類IVD 基因位于15q14-15號染色體上，由12 個外顯子組成，該基因長15kb。到目前為止， 超過100 個突變的IVD 基因已經(jīng)在IVA 患者中被確定目前被列入了人類基因突變數(shù)據(jù)庫中[22-24]，包括錯義突變、剪接突變和框架移位。不同國家人種的基因變異類型也有差別， 墨西哥頻率較高的的等位基因變異類型為c.158G＞C[25]，其中德國新生兒篩查診斷的突變型IVD 等位基因幾乎有一半是一種常見的復(fù)發(fā)性基因突變(c.932C＞T;Ala282Val)且這種突變多導(dǎo)致輕度或無癥狀的 IVA 表型[22]，c.1208A＞G(p.Y403C)是中國臺灣和大陸常見的熱點基因突變[4]。 IVA 患者的基因變異類型繁雜， 未來應(yīng)逐步建立并完善IVA 的表型/基因型相關(guān)譜庫為臨床的及時發(fā)現(xiàn)和診斷打好理論基礎(chǔ)。

3 治療進展

異戊酸血癥治療主要包括特殊的飲食治療和藥物治療。 在異戊酸血癥期間引起的高氨血癥急性臨床治療中可以選擇靜脈注射葡萄糖和脂類等以促進合成代謝， 肉堿以促進尿中有機酸酯的排泄， 以及用碳酸氫鹽替代氯化物來改善代謝性酸中毒癥狀[26,27]，危重癥患者必要時需進行血液透析快速排泄代謝毒物。 由于IVD 缺陷導(dǎo)致異戊酰CoA 衍生物的積累， 而這些衍生物會具有部分神經(jīng)毒性，Grünert 等人[13]提出 IVA 血癥影響患者的神經(jīng)認知， 但可以通過治療來預(yù)防。 在早期治療下， 避免新生兒死亡和改善神經(jīng)和認知結(jié)果的能力從而增強了IVA 合格的新生兒篩查。 隨著治療技術(shù)的普及和發(fā)展， 在早期診斷的情況下多數(shù)患者發(fā)育良好，預(yù)后顯著提高。

4 疾病預(yù)防與遺傳咨詢

異戊酸血癥雖然是先天性疾病，但早期診斷、及時治療以及治療的飲食控制等手段對患者的癥狀改善及預(yù)防作用具有很重要的臨床意義。 臨床預(yù)防的手段主要通過仔細的臨床觀察，如嘔吐、昏迷、體臭等進行初級辨別、預(yù)防；其次收治入院并經(jīng)過臨床確診后，控制亮氨酸飲食攝入；最后將異戊酸轉(zhuǎn)化到無毒且容易排出的代謝物[28,29]，可以達到較好的預(yù)后效果。

目前異戊酸血癥尚無根治方案， 因此及時進行三級預(yù)防包括孕前篩查， 孕期診斷及新生兒篩查，對做到早發(fā)現(xiàn)早診斷早治療具有重要意義。 向具有已知危險因素的家庭提供適當?shù)倪z傳咨詢，有助于社會機構(gòu)對懷孕夫婦進行適當?shù)墓芾恚槍π缘幕蛲蛔兎治隹梢宰屷t(yī)生對攜帶者進行篩查，從而獲得更有效的產(chǎn)前診斷。 國家組織的產(chǎn)前診斷和遺傳咨詢對減輕當?shù)厣鐣男l(wèi)生負擔是非常關(guān)鍵的[30]。包括IVA 在內(nèi)的罕見病等在眾多國家和地區(qū)都有報道，Al-Shamsi 等人[31]強調(diào)實施包括遺傳咨詢和新生兒篩查在內(nèi)的強化預(yù)防計劃是合理可行的，確定人群罕見病相關(guān)基因突變譜，降低罕見病新生兒的出生率，提高我省人口素質(zhì)，對提高社會效益和家庭的幸福感是非常有意義的。

5 結(jié)論與展望

從代謝組學、 分子生物學以及先進的醫(yī)療器材等不同層面進行的IVA 診斷探索都是醫(yī)療體系的進步和發(fā)展，也是科研成果相互濃縮的結(jié)晶。 新的診斷技術(shù)的出現(xiàn)不但可以輔助現(xiàn)有的質(zhì)譜診斷技術(shù)以適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)境的變化， 而且是治療IVA 的重要手段。

目前關(guān)于串聯(lián)質(zhì)譜結(jié)合氣相質(zhì)譜對異戊酸血癥的診斷檢測技術(shù)已相當成熟， 結(jié)合生物標志物和代謝物篩查和MRI 技術(shù)可以進一步提高該疾病確診的準確度以及預(yù)后率。 關(guān)于異戊酸血癥等常見的支鏈有機酸血癥的診斷技術(shù)應(yīng)進一步開發(fā)，國家和政府應(yīng)加強新技術(shù)診斷的扶持力度， 并重視遺傳咨詢?nèi)瞬排囵B(yǎng)在基因分子層面進行遺傳代謝疾病的可行性探索。 隨著基因分子生物水平的前沿技術(shù)快速發(fā)展，科研開發(fā)和應(yīng)用的不斷深入，有望在未來通過轉(zhuǎn)化醫(yī)學進而惠及到臨床患者。