高苯丙氨酸血癥遺傳分型與診治

梁黎黎

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院兒內(nèi)分泌遺傳科 上海市兒科醫(yī)學(xué)研究所（上海 200092）

高苯丙氨酸血癥(hyperphenylalaninemia,HPA)是因苯丙氨酸羥化酶(phenylalaninehydroxy 1 ase,PAH)或其輔酶四氫生物蝶呤(tetrahydrobiopterin,BH4)缺陷,導(dǎo)致血苯丙氨酸(pheny1a1anine,Phe)不能正常代謝、苯丙氨酸及其旁路代謝產(chǎn)物蓄積,進(jìn)而引起腦損傷的一組疾病，如不治療將出現(xiàn)智力低下、癲癇和行為問題。HPA為常染色體隱性遺傳，在我國的患病率為1/10397[1]。根據(jù)缺陷酶的不同，治療的核心為低Phe飲食療法和/或神經(jīng)遞質(zhì)藥物補(bǔ)充治療。隨著新生兒篩查和防治技術(shù)的發(fā)展[2]、診斷和鑒別診斷方法的進(jìn)步、治療的規(guī)范和細(xì)化，HPA已逐漸成為可防可治的疾病。

1 HPA遺傳背景與分類

人體攝入食物中蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的Phe 在肝臟PAH 的作用下轉(zhuǎn)化成酪氨酸，PAH 缺陷及其輔酶BH 4 合成缺陷可導(dǎo)致HPA,引起苯丙氨酸及其旁路代謝如苯丙酮酸、苯乙酸和苯乳酸在體內(nèi)蓄積，通過血腦屏障后導(dǎo)致腦髓鞘發(fā)育不良或脫髓鞘等腦白質(zhì)異常，引起神經(jīng)系統(tǒng)損害。除PAH 外，BH 4 也是酪氨酸羥化酶及色氨酸羥化酶的輔酶，因此，BH 4 缺陷還會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)酶的產(chǎn)物，如多巴、5-羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)減少，引起相應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[3]。在BH 4 生物合成的過程中，鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶(GTPcyclohydrolase,GTPCH)作為第一步限速酶，催化尿苷三磷酸形成三磷酸二氫新蝶呤，后者在6-丙酮酰四氫蝶呤合成酶(6-pyruvoyl tetrahydropterinsynthase,PTPS)的催化下生成6-丙酮酰四氫蝶呤，6-丙酮酰四氫蝶呤在墨蝶呤還原酶(sepiapterinreductase,SR)的作用下生成BH4。此外另有兩種酶，即蝶呤-4α-甲醇氨脫水酶(pterin-4αcarbinolaminedehydratase,PCD)、二氫蝶啶還原酶(dihydropteridinereductase,DHPR)參與維持BH4從芳香族氨基酸羥基化過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的再生過程(圖1)。近年研究發(fā)現(xiàn)，DNAJC12作為PAH的分子伴侶，促進(jìn)PAH 單體的正確聚集和折疊[4]。以上代謝過程中的酶對(duì)應(yīng)的基因出現(xiàn)變異，均可導(dǎo)致HPA，以上7 個(gè)致病基因?qū)е碌腍PA 均為常染色體隱性遺傳[5]。自然病程中，HPA 患兒新生兒期多無臨床癥狀。出生3～4 個(gè)月后逐漸表現(xiàn)發(fā)色變黃，皮膚變白，尿液、汗液呈鼠臭味，頭圍小，智力較同齡兒落后、癲癇發(fā)作、行為異常。BH4缺乏癥患兒除表現(xiàn)PKU癥狀外，還可出現(xiàn)肌張力異常。

圖1 苯丙氨酸代謝圖

目前將血Phe濃度≥120μmo1/L(2 mg/dL)且血Phe與酪氨酸(tyrosine,Tyr)比值(Phe/Tyr)≥2.0的一組疾病統(tǒng)稱為HPA[6]。根據(jù)不同的分類依據(jù)，HPA 可分為不同類型。①根據(jù)缺陷酶的不同，HPA可分為PAH 缺乏癥和BH 4 缺乏癥，以及分子伴侶DNAJC12缺陷(表1)。其中，BH4缺乏癥包括DHPR缺乏癥、PTPS 缺乏癥、GTPCH 缺乏癥、PCD 缺乏癥和SR 缺乏癥[5,7]。HPA 中約90%為PAH 缺陷所致[8]，2000～2007年我國新生兒篩查資料顯示，HPA中BH 4 缺乏癥約占12.9%，其中PTPS 缺乏癥占96%[9,10]。②根據(jù)治療前血最高Phe濃度，PAH缺乏癥可分為經(jīng)典型苯丙酮尿癥(phenylketonuria PKU)；血Phe ≥1200 μmo 1/L；輕度PKU：血Phe 360～1 200μmo1/L；輕度HPA：血Phe 120～360μmo1/L[1]。③根據(jù)血Phe濃度對(duì)BH4的治療反應(yīng)分為BH4反應(yīng)性和BH4無反應(yīng)性PAH缺乏癥。經(jīng)BH4負(fù)荷后，任意時(shí)間點(diǎn)血Phe濃度較負(fù)荷前基礎(chǔ)值下降≥30%者為BH 4 反應(yīng)性，＜30%者為BH 4 無反應(yīng)性PAH 缺乏癥[1,12]。

2 HPA診斷要點(diǎn)

目前國內(nèi)絕大多數(shù)HPA 患兒通過新生兒篩查確診。采集出生72 h(哺乳6～8次以上)的新生兒足跟血,滴于專用干血濾紙片,采用熒光法或串聯(lián)質(zhì)譜法(MS/MS)測(cè)定血Phe 濃度。需注意，早產(chǎn)、發(fā)熱、感染、腸外營養(yǎng)、輸血等因素可造成假陽性，蛋白攝入不足可導(dǎo)致假陰性。對(duì)于新生兒篩查或臨床高危篩查血Phe 增高者,建議采用定量法同時(shí)測(cè)定血Phe、Tyr濃度,計(jì)算Phe/Tyr。篩查原標(biāo)本血Phe濃度≥120μmo1/L，同時(shí)伴有Phe/Tyr≥2.0為陽性,需召回復(fù)查,復(fù)查仍陽性則需進(jìn)行后續(xù)鑒別診斷[1,6]，包括尿蝶呤譜分析、紅細(xì)胞DHPR 活性測(cè)定和基因檢測(cè)，以確定病因和分型。

尿蝶呤譜分析根據(jù)蝶呤合成過程中不同蝶呤的含量，從生化層面分析BH 4 合成過程中的缺陷酶；紅細(xì)胞DHPR 活性測(cè)定可特異性診斷DHPR 缺乏癥(表1)。而對(duì)于基因檢測(cè)，可根據(jù)患兒Phe濃度等初步生化檢測(cè)結(jié)果，選擇7 個(gè)致病基因(表1)中的某個(gè)基因進(jìn)行Sanger 測(cè)序，也可以直接選擇下一代測(cè)序，如全外顯子測(cè)序。需要注意的是，PAH基因除點(diǎn)突變外，尚有2%左右存在外顯子缺失[13-14]，對(duì)于此基因，無論選擇Sanger測(cè)序還是全外顯子測(cè)序，均需同步進(jìn)行外顯子缺失的檢測(cè)，可采用多重連接探針擴(kuò)增技術(shù)（multiplex ligation-dependent probe amplification,MLPA）進(jìn)行。

表1 高苯丙氨酸血癥的疾病分類、致病基因、生化和治療

除以上生化和基因檢測(cè)之外，BH4負(fù)荷試驗(yàn)為BH4缺乏癥的輔助診斷方法，也是判斷HPA的BH4反應(yīng)性的方法。試驗(yàn)前留取血Phe 和尿蝶呤標(biāo)本，在服用BH 4 后的特定時(shí)間點(diǎn)多次留取標(biāo)本檢測(cè)血Phe 和尿蝶呤譜，以此判斷是否為BH 4 缺乏癥，以及患者對(duì)BH4的反應(yīng)性，具體操作方法見文獻(xiàn)[1]。與PAH缺乏癥相比，BH4缺乏癥患兒血Phe濃度在服BH4后下降迅速，降幅較大。其中，PTPS 缺乏癥常在服藥后2～6 小時(shí)迅速下降至正常，而DHPR 缺乏癥下降相對(duì)緩慢[1]。如服用BH 4 后8～24 小時(shí)血Phe均下降30%以上,則為BH4反應(yīng)性HPA；Phe下降不足30%，則為BH4無反應(yīng)性HPA[15]。2021年日本BH4反應(yīng)性HPA診治指南提出，所有HPA患者，包括通過新生兒篩查診斷的PKU患者，都應(yīng)該通過BH4給藥進(jìn)行鑒別診斷。一旦患者被診斷為對(duì)BH4反應(yīng)性HPA，推薦使用BH 4 治療，包括4 歲以下的患者[16]。

除以上生化和分子檢測(cè)外，頭顱影像學(xué)檢查可輔助評(píng)估患兒腦損傷的程度。未經(jīng)治療的患兒可出現(xiàn)腦白質(zhì)異常、髓鞘發(fā)育不良、腦萎縮、繼發(fā)性癲癇[18]。對(duì)腦白質(zhì)病變程度評(píng)估，MRI優(yōu)于CT。磁共振波譜分析可評(píng)估PKU 患兒腦內(nèi)Phe 濃度高低，但技術(shù)難度較高[18-19]。合并癲癇的患者，腦電圖檢查亦常提示異常。

3 HPA的治療及展望

不同的國家HPA治療時(shí)血Phe濃度的控制目標(biāo)不同。美國提倡將Phe濃度終生控制于360 μmo1/L以下。歐洲建議12歲以下的患者需將Phe濃度控制于360 μmo 1/L 以下，12 歲以上的患者血Phe 濃度控制于600 μmo 1/L 以下即可。我國目前各年齡段血Phe濃度控制目標(biāo)為：1歲以下120～240μmo1/L，1～12歲120～360μmo1/L，12歲以上120～600μmo1/L，孕婦患者120～360μmo1/L[1,6]。治療過程中定期監(jiān)測(cè)患兒智力水平、體格發(fā)育、血Phe 濃度，并進(jìn)行營養(yǎng)評(píng)價(jià)，注意其他氨基酸、微量元素、多種維生素以及礦物質(zhì)是否缺乏。藥物治療的患者，還需注意有無不良反應(yīng)，需特別注意神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和消化系統(tǒng)癥狀。

PAH缺乏癥及BH4缺乏癥均為可治療的遺傳代謝病,需要多學(xué)科的綜合管理，治療主要包括飲食治療和藥物治療。PAH 缺乏癥側(cè)重于飲食治療，BH 4缺乏癥側(cè)重于藥物治療(表1)。

3.1 PAH缺乏癥的常規(guī)治療

3.1.1 飲食治療 低Phe 飲食是PAH 缺乏癥治療和營養(yǎng)管理的核心。通過限制天然蛋白的攝入，控制血Phe濃度在推薦范圍，同時(shí)保證營養(yǎng)全面以滿足生長發(fā)育的需要。中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)2019年制定的PAH缺乏癥飲食治療與營養(yǎng)管理共識(shí)提出，在正常蛋白質(zhì)攝入情況下，對(duì)于≤12 歲血Phe ≥360 μmol/L，以及＞12 歲血Phe≥600 μmol/L的PAH缺乏癥患者均應(yīng)飲食治療[6]。由于患者PAH 酶活性不同,對(duì)Phe耐受量存在個(gè)體差異，因此低Phe飲食需個(gè)體化地根據(jù)相應(yīng)年齡段兒童每日蛋白質(zhì)需要量、血Phe濃度、Phe耐受量、飲食嗜好等作相應(yīng)調(diào)整[6,8]。

3.1.2 BH4治療 對(duì)BH4反應(yīng)型PAH缺乏癥患兒,特別是飲食治療依從性差者,可口服BH4 5～20mg/(kg·d)，分2 次，或聯(lián)合低Phe 飲食，可提高患兒對(duì)Phe的耐受量，適當(dāng)增加天然蛋白質(zhì)攝入量，改善生活質(zhì)量及營養(yǎng)狀況，提高治療依從性[21]。女性患者如孕期Phe控制不佳，可引起胎兒腦發(fā)育障礙及多種畸形的發(fā)生，即“母源性PKU綜合征”，對(duì)于孕期Phe未能控制于360μmo1/L以下的孕婦患者，日本學(xué)者也建議聯(lián)合BH4治療，以減少母源性PKU綜合征的發(fā)生[22]。

3.2 BH4缺乏癥的常規(guī)治療

BH4缺乏癥的治療包括控制血Phe濃度及糾正神經(jīng)遞質(zhì)水平異常?？砂床煌∫蚪o予BH 4 或無Phe特殊飲食及神經(jīng)遞質(zhì)前體治療，強(qiáng)調(diào)終生治療。

3.2.1 BH4或特殊飲食治療 PTPS缺乏癥、GTPCH缺乏癥及PCD 缺乏癥患者正常飲食情況下，口服BH4 2～10 mg/(kg·d)，分2～4次[1,3]。DHPR缺乏癥則需要更大劑量的四氫葉酸12～20 mg/(kg·d)，并聯(lián)合低Phe 飲食治療，爭(zhēng)取血Phe 濃度控制于120～240μmo1/L[1,3]。

3.2.2 神經(jīng)遞質(zhì)前體等治療 絕大多數(shù)PTPS缺乏癥及DHPR缺乏癥需要補(bǔ)充多巴及5-羥色氨酸。左旋多巴、5-羥色氨酸宜從小劑量開始,每周遞增，劑量調(diào)整期間需密切監(jiān)測(cè)患兒血Phe 濃度和肌張力。由于多巴劑量不足可導(dǎo)致泌乳素增高，故血清泌乳素亦可作為多巴劑量調(diào)節(jié)的參考指標(biāo)[3]。

3.3 DNAJC12缺陷的治療

近年來發(fā)現(xiàn)的PAH分子伴侶DNAJC12缺陷導(dǎo)致的HPA，其對(duì)BH 4 負(fù)荷試驗(yàn)有反應(yīng)，尿蝶呤譜正常，治療經(jīng)驗(yàn)較少，通過病例治療的經(jīng)驗(yàn)得知，其治療類同BH 4 缺乏癥，對(duì)低苯丙氨酸飲食、BH 4 及神經(jīng)遞質(zhì)治療有效(表1)[5,23]。

3.4 HPA治療展望

3.4.1 飲食治療 HPA 患者的飲食限制過度容易造成蛋白質(zhì)攝入不足，導(dǎo)致體內(nèi)蛋白質(zhì)合成減少和內(nèi)源性蛋白質(zhì)分解增加，進(jìn)而造成血Phe濃度增高。此外，低Phe飲食結(jié)構(gòu)下，50%以上的蛋白質(zhì)來源于無Phe 特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品，而此類食品中的氨基酸為L-氨基酸。L-氨基酸比天然蛋白質(zhì)的吸收和氧化速率快，體內(nèi)生物利用率較低，故患者需額外補(bǔ)充20 %～40 %的蛋白量[8]。Phe是必需氨基酸，治療過程中Phe 應(yīng)滿足攝入量要求，同時(shí)監(jiān)測(cè)酪氨酸濃度。2019年發(fā)表的PAH飲食治療與營養(yǎng)管理專家共識(shí)，借鑒了我國HPA治療的臨床實(shí)踐和國內(nèi)外最新的臨床指南和共識(shí)，詳細(xì)歸納了不同年齡PAH缺乏癥患者每日Phe、Tyr和蛋白質(zhì)的推薦攝入量[6]。

此外，患兒的能量需求、必需脂肪酸、維生素和礦物質(zhì)的推薦攝入量與正常兒童一致[8，20,24]。但由于低Phe 飲食缺乏肉類、魚蝦類、堅(jiān)果和乳制品等，故長鏈多不飽和脂肪酸、多種維生素(維生素B 12、維生素B6、維生素A、維生素D、葉酸等)、左卡尼汀、礦物質(zhì)及微量元素的攝入量容易不足,故膳食中需要注意補(bǔ)充[6,20,25]。

3.4.2 藥物治療 由于長期的飲食治療對(duì)患者生活質(zhì)量存在影響，依從性隨年齡下降而減低，其他治療方法也在被積極研發(fā)，但總體臨床使用經(jīng)驗(yàn)尚有限，需要積累。

大分子中性氨基酸包括支鏈（纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸）、芳香族氨基酸（Phe、Tyr 和色氨酸）及組氨酸、蘇氨酸和蛋氨酸。高血Phe 通過腦毛細(xì)血管上轉(zhuǎn)運(yùn)體的競(jìng)爭(zhēng)性抑制，引起腦中神經(jīng)遞質(zhì)前體氨基酸的缺失，神經(jīng)遞質(zhì)合成減少，引起神經(jīng)癥狀。已有研究證實(shí)，在補(bǔ)充大分子中性氨基酸后，HPA患者的神經(jīng)心理學(xué)癥狀和腦電圖異常情況得到改善[26]，目前臨床建議應(yīng)用于不能嚴(yán)格飲食控制的12歲以上患者(孕婦除外)[20]。

苯丙氨酸氨解酶是一種植物中將苯丙氨酸脫氨為肉桂酸和氨的中間酶，用于人類HPA 的治療，最初嘗試的口服劑型療效不佳，進(jìn)一步通過克隆基因、體外表達(dá)并聚乙二醇修飾制成皮下注射的劑型，并在美國獲得批準(zhǔn)上市，用于血苯丙氨酸難于控制的成人患者。給藥后患者血Phe 濃度大幅、持續(xù)減少，但過敏反應(yīng)出現(xiàn)概率較高[27-28]。為減少過敏反應(yīng)，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)負(fù)載苯丙氨酸氨解酶的自體紅細(xì)胞每周輸注可有效降低HPA 小鼠Phe 濃度，并計(jì)劃進(jìn)行人類臨床試驗(yàn)[5]。

糖巨肽是從乳清蛋白中提取出的一種天然的低苯丙氨酸蛋白質(zhì)，其飽腹感和口感比傳統(tǒng)的低Phe飲食更好，可提高患兒治療的依從性[29]。Sepiapterin是BH 4 的前體，可以作為分子伴侶，刺激突變的PAH 殘余的酶活性，降低血Phe濃度[5]。此外，基因療法也處于臨床前的試驗(yàn)和探索階段，科學(xué)家正嘗試將正常的PAH cDNA或PAH mRNA導(dǎo)入肝細(xì)胞，其有效性和安全性尚未公布[5]。

4 結(jié)語

HPA作為最常見的一類遺傳代謝病，具有復(fù)雜的分子機(jī)制和疾病亞型。致病基因不同，Phe 濃度、BH4反應(yīng)性、尿蝶呤譜及后續(xù)的治療方案有顯著差異。PAH 缺乏癥側(cè)重于飲食治療，輔以藥物治療；而BH 4 缺乏癥則以藥物治療為主，部分輔以飲食治療。雖然絕大多數(shù)患者在新生兒篩查過程中已獲診斷并早期啟動(dòng)飲食治療防止腦損傷，但仍需通過生化和基因檢測(cè)仔細(xì)甄別疾病分型，待分型明確后調(diào)整相應(yīng)治療，并長期規(guī)范隨訪，才能獲得良好的預(yù)后。