丙酸血癥的心血管受累表現(xiàn)及機(jī)制

劉 鷹，武育蓉，孫 錕

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院兒童心臟中心，上海200092

丙酸血癥（propionic acidemia，PA）是一種常染色體隱性遺傳的有機(jī)酸血癥，其發(fā)生率在1/150 000 ～1/100 000，較為罕見(jiàn)［1］。隨著長(zhǎng)期觀察性隨訪研究的不斷深入，人們對(duì)于PA的中遠(yuǎn)期并發(fā)癥及其中樞神經(jīng)系統(tǒng)外的表現(xiàn)在近10年有了更為全面的認(rèn)識(shí)。在多器官受累中，PA心臟受累的發(fā)病率明顯高于其他有機(jī)酸血癥［2-4］，主要表現(xiàn)為擴(kuò)張型心肌病和Q-T間期延長(zhǎng)。PA心血管受累表現(xiàn)較為隱匿，不易引起重視且在短時(shí)間內(nèi)能危及生命，本文主要綜述其臨床表現(xiàn)和可能的機(jī)制。

1 PA的發(fā)病機(jī)制

PA 是由于線粒體丙酰輔酶A 羧化酶（propionyl-CoA carboxylase，PCC）缺陷導(dǎo)致丙酸代謝障礙而引起支鏈氨基酸（纈氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸）、奇數(shù)鏈脂肪酸和膽固醇側(cè)鏈分解代謝途徑障礙［1］。PCC 是由PCCA 和PCCB 2 種亞基組成的，在輔酶生物素協(xié)助下對(duì)丙酰輔酶A 和D-甲基丙二酰輔酶A 之間的轉(zhuǎn)化起到催化作用，是上述代謝產(chǎn)物進(jìn)入三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵步驟。而PCCA或者PCCB基因缺陷，導(dǎo)致PCC 酶活性降低甚至缺失，引起丙酰輔酶A 旁路代謝產(chǎn)物3-羥基丙酸、甲基檸檬酸、丙酰肉堿和甲基丙二酸在體內(nèi)蓄積。大多數(shù)患者在新生兒時(shí)期會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的代謝性酸中毒和高血氨癥，臨床上被稱為早發(fā)型PA；而部分患者在出生30 d后發(fā)病，為晚發(fā)型PA。

2 PA心血管受累的臨床表現(xiàn)

2.1 心肌病

PA 的心血管受累證據(jù)最早在1993 年由A.F.Massoud提出，在回顧性分析19 例PA 患兒住院病程后發(fā)現(xiàn)；6 例患兒有過(guò)心功能不全/心力衰竭的臨床表現(xiàn)，包括低血壓、肝脾腫大、奔馬律等，其中1例患兒通過(guò)心臟超聲檢查確診為擴(kuò)張型心肌病，另外3 例患兒直接死因?yàn)樾牧λソ?；心電圖檢查發(fā)現(xiàn)，1 例患兒存在房室結(jié)折返性心動(dòng)過(guò)速，1 例患兒存在心動(dòng)過(guò)緩［5］。近20 年國(guó)內(nèi)外報(bào)道［6-22］的PA患者確診為心肌病的共31 例，其中男、女性分別為20 例、11 例（占比分別為64.5%、35.5%）；早發(fā)型16 例（占比51.6%），晚發(fā)型15 例（占比48.4%）；心肌病診斷主要以心臟超聲診斷為主，其次為尸檢，其中擴(kuò)張型心肌病占絕大多數(shù)，共24 例（占比77.4%），其次為左心室收縮功能下降6例（占比19.4%），僅有1例表現(xiàn)為肥厚型心肌?。辉撊后w死亡率約22.5%（7/31）。心肌病發(fā)病年齡以學(xué)齡期及以上為主，中位數(shù)為14.4 歲，值得注意的是有患者［12，16］以心肌病為首發(fā)癥狀，同時(shí)合并其他代謝異常表現(xiàn)，進(jìn)一步檢查后才確診PA；也有患者僅表現(xiàn)為心肌病，經(jīng)過(guò)基因篩查才確診為PA［22］。

此外，Kovacevic等［6］發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)左心室收縮功能下降或擴(kuò)張型心肌病的PA 患者早期常先出現(xiàn)舒張功能下降，因此建議將舒張功能下降作為PA 患者心肌病發(fā)病的早期預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2.2 心律失常

心律失常為PA 患者心血管受累的另一主要臨床表現(xiàn)，以長(zhǎng)Q-T 間期綜合征為主。由于PA 發(fā)病率低，各地回顧性分析［1，3，10，23］總結(jié)的長(zhǎng)Q-T 間期綜合征的發(fā)病率差異較大，從22%到70%不等。PA 患者的長(zhǎng)Q-T 間期綜合征屬于獲得性，其發(fā)病率隨著年齡增長(zhǎng)而提高，這可能是由于丙酸等代謝產(chǎn)物長(zhǎng)期積累所導(dǎo)致的蓄積效應(yīng)。該類患者平時(shí)僅表現(xiàn)為常規(guī)心電圖Q-T 間期延長(zhǎng)，在手術(shù)［17，24］、代謝失代償［5］、感染［17］、運(yùn)動(dòng)［20］等誘發(fā)因素下出現(xiàn)惡性心律失常，從而引起暈厥，甚至猝死。目前發(fā)現(xiàn)的惡性心律失常類型包括完全性房室傳導(dǎo)阻滯、多形性心室顫動(dòng)（室顫）等。

3 PA 心血管受累的臨床相關(guān)因素和治療方案

3.1 PA心血管受累的臨床相關(guān)因素

根據(jù)病例報(bào)道［7］，PA 患者的心血管受累情況與疾病相關(guān)代謝指標(biāo)和代謝失代償發(fā)作次數(shù)無(wú)明顯相關(guān)性。不過(guò)值得注意的是，臨床上主要依靠血、尿中相關(guān)代謝指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)病情程度，而體液和組織中代謝產(chǎn)物的濃度是存在差異的。Mardach 等［8］分析了1 例因室顫死亡的PA患者的心臟組織，盡管該患者血漿中游離肉堿水平正常，但心臟組織中的肉堿水平較正常水平明顯降低，且低于該患者骨骼肌中的肉堿水平。另外，由于大多數(shù)患者發(fā)病年齡偏大，有觀點(diǎn)［17］認(rèn)為，心血管受累是疾病緩慢發(fā)展過(guò)程中蓄積效應(yīng)的結(jié)果。

3.2 PA心血管受累的治療方案

對(duì)于出現(xiàn)心肌病的PA 患者，除了針對(duì)原發(fā)病的包括長(zhǎng)期控制蛋白質(zhì)飲食、補(bǔ)充左卡尼丁等治療方案外，國(guó)際上目前尚無(wú)公認(rèn)的PA 患者心肌病治療指南。德國(guó)的一項(xiàng)單中心觀察性研究［6］顯示，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（angiotensin converting enzyme inhibitor，ACEI）類藥物對(duì)于心肌病的改善情況并不理想。有采用原發(fā)病治療結(jié)合高劑量輔酶Q10 糾治心肌病的成功案例［21］。不過(guò)目前大多數(shù)觀點(diǎn)［7，11］認(rèn)為，肝臟移植可以較大程度地糾正患者的代謝異常，從而逆轉(zhuǎn)心臟病變。在PA 發(fā)病早期，對(duì)于有較頻繁的代謝失代償發(fā)作且心肌病變尚不嚴(yán)重的患者，肝臟移植是推薦的治療方案之一。值得注意的是嚴(yán)重的心臟病變是肝臟移植的禁忌證，而術(shù)中惡性心律失常也時(shí)有發(fā)生；此外也有肝臟移植后心肌病好轉(zhuǎn)后繼續(xù)惡化的病例報(bào)道［17］。因此對(duì)于部分心臟功能受損嚴(yán)重的患者，手術(shù)準(zhǔn)備期間可以考慮采用心室輔助裝置作為過(guò)渡方案［14］，待心功能恢復(fù)后行肝臟移植術(shù)。

對(duì)于患有長(zhǎng)Q-T 間期綜合征的PA 患者而言，除了控制原發(fā)病外，一般不需要額外的藥物治療；而存在惡性心律失常的患者，安裝臨時(shí)起搏器［18，20］是可以考慮的治療手段。

研究［25］報(bào)道，抗氧化劑治療可以有效降低PA患者成纖維細(xì)胞中活性氧水平。在PA小鼠模型［26］中，抗氧化劑不僅可以減輕肝臟病變，而且可以誘導(dǎo)機(jī)體自身抗氧化酶表達(dá)合成，降低心肌損傷標(biāo)志物腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）水平，是PA心肌病的潛在治療方案。

4 PA心血管受累的相關(guān)分子機(jī)制

根據(jù)已有的PA 患者尸檢［8］和心臟活檢［21］結(jié)果，患者心肌病理改變包括心臟內(nèi)膜纖維增生、心肌細(xì)胞肥大、線粒體水腫且內(nèi)嵴不規(guī)則等，心肌組織中氧化磷酸化復(fù)合物的含量及活性均下降。體外檢測(cè)PA 患者成纖維細(xì)胞中活性氧水平上升，p38 蛋白激酶和c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）磷酸化水平提高，提示氧化應(yīng)激損傷［27］。一般認(rèn)為蓄積的丙酸及其旁路代謝產(chǎn)物引起的心臟細(xì)胞線粒體呼吸鏈損傷為主要原因［13］，后續(xù)效應(yīng)包括能量供應(yīng)不足、氧化應(yīng)激損傷、離子通道功能受損等。

攜帶人源PCCA 蛋白A138T突變基因的Pcca-/-小鼠模型［28］保留2%PCC 酶活性，不僅能夠存活至成年，臨床表型與PA 高度相似，而且也出現(xiàn)心臟收縮及舒張功能受損以及心室擴(kuò)大的表現(xiàn)［29］，是研究PA患者心肌病發(fā)病機(jī)制的理想模型。

4.1 線粒體功能損傷和氧化應(yīng)激

代謝水平上丙酸蓄積競(jìng)爭(zhēng)性消耗輔酶A 合成丙酰輔酶A 和甲基丙二酰輔酶A （methylmalonyl CoA，MMCoA），而心臟組織缺乏相應(yīng)的肉堿?；D(zhuǎn)移酶，無(wú)法通過(guò)置換反應(yīng)將MMA-CoA 中的輔酶A 分離出來(lái)，使得線粒體中游離的輔酶A 減少，α-酮戊二酸脫氫酶（αketoglutarate dehydrogenase，α-KGDH）活性降低，三羧酸循環(huán)受到抑制，導(dǎo)致出現(xiàn)類似心力衰竭患者心臟代謝從脂肪酸氧化轉(zhuǎn)向糖分解代謝的過(guò)程［30-31］。由于蓄積的丙酸及甲基丙二酰的細(xì)胞毒害作用，細(xì)胞活性氧水平上升，氧化磷酸化復(fù)合物活性整體下降，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶等抗氧化酶表達(dá)下調(diào)，細(xì)胞出現(xiàn)脂質(zhì)過(guò)氧化、蛋白質(zhì)羰基化作用以及線粒體DNA氧化作用。此外，線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）的數(shù)量增加，提高了線粒體膜非選擇性通透性，導(dǎo)致還原型輔酶Ⅰ、Ⅱ和鈣離子的流失，造成膜電位降低和線粒體水腫。這些過(guò)程嚴(yán)重?fù)p害線粒體功能，繼而促進(jìn)活性氧的合成，從而形成一個(gè)惡性循環(huán)。

4.2 DNA調(diào)節(jié)紊亂

基因水平上，PA 小鼠模型心肌損傷標(biāo)志物BNP 編碼基因Nppb和心肌纖維合成相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)［28］。通過(guò)分析心肌組織微RNA 表達(dá)水平，有研究［29］發(fā)現(xiàn)，心肌組織中促細(xì)胞增殖基因（Jun、Raf1、PIk3ca等）和促炎癥反應(yīng)基因（Tlr4、Tirap、Myd88）表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞凋亡相關(guān)基因（Csnk2a1、Fasl、Foxo3）和心室收縮能力相關(guān)基因Gja1表達(dá)下調(diào)，同時(shí)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)通路激活，細(xì)胞自噬標(biāo)志物溶酶體關(guān)聯(lián)膜蛋白1 （lysosomal associated membrane protein 1，LAMP1）減少，這些提示心肌細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)，同時(shí)凋亡、自噬能力被抑制。

在PA患者中微RNA-133a-3p出現(xiàn)了異常表達(dá)［32］，該微RNA 可通過(guò)活化T 細(xì)胞核因子（nuclear factor of activated T cell，NFAT）信號(hào)通路誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥厚，而同樣調(diào)節(jié)NFAT 信號(hào)通路的嚙齒類特有微RNA-350 在PA小鼠模型中也是高表達(dá)的。

4.3 離子調(diào)節(jié)紊亂

PA 患者心律失常與Ca2+離子流紊亂相關(guān)［30-33］。PA 小鼠心肌細(xì)胞中肌漿網(wǎng)（sarcoplasmic reticulum，SR）Ca2+載量不足，導(dǎo)致電-機(jī)械偶聯(lián)過(guò)程中通過(guò)肌漿網(wǎng)釋放的Ca2+水平下降，機(jī)械收縮活動(dòng)減弱。在心臟舒張過(guò)程中，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+主要通過(guò)肌漿網(wǎng)Ca2+ATP 酶2a （SRCa2+ATPase 2a，SERCA2a）回收至肌漿網(wǎng)內(nèi)；但是由于氧化應(yīng)激，SERCA2a 支鏈甲硫氨酸氧化水平提高，酶活性明顯下降，加上線粒體供能不足，導(dǎo)致舒張期Ca2+回收過(guò)程延長(zhǎng)。另一方面，線粒體膜非選擇性通透性提高，Ca2+從線粒體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中，導(dǎo)致舒張期細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度明顯升高，使肌漿網(wǎng)雷尼丁受體（ryanodine receptor，RyR）增敏，肌漿網(wǎng)一過(guò)性Ca2+流頻率增加，可能會(huì)觸發(fā)細(xì)胞膜上Na+-Ca2+離子泵，導(dǎo)致Na+內(nèi)流，引發(fā)除極和動(dòng)作電位的產(chǎn)生，誘發(fā)室性心律失常。

研究［34］發(fā)現(xiàn)，丙酸、丙酰輔酶A 和MM-CoA 能緩慢激活延遲整流鉀電流（slowly activating delayed rectifier potassiumcurrent，Iks），延長(zhǎng)動(dòng)作電位時(shí)長(zhǎng)和Q-T 間期，抑制鉀離子通道蛋白KCNQ1 的表達(dá)，類似于1 型長(zhǎng)Q-T間期綜合征。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于臨床醫(yī)師而言，如何篩查出PA 心血管受累的高危因素和預(yù)測(cè)指標(biāo)是未來(lái)研究方向之一。同時(shí)，對(duì)于PA患者，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)心臟超聲以及心電圖可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期心臟病變，盡早干預(yù)以延緩病情的發(fā)展。針對(duì)氧化應(yīng)激的抗氧化劑治療以及糾正線粒體能量供應(yīng)紊亂的治療有可能成為PA心肌病的潛在治療方案。

參·考·文·獻(xiàn)

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