左旋肉堿治療原發(fā)性肉堿缺乏癥的臨床研究進(jìn)展

李嫻,于飛

(1.湖北醫(yī)藥學(xué)院湖北省婦幼保健院培養(yǎng)基地,武漢 430070;2.湖北省婦幼保健院兒童內(nèi)分泌與遺傳代謝科,武漢 430070)

原發(fā)性肉堿缺乏癥(primary carnitine deficiency,PCD)是SLC22A5基因突變導(dǎo)致其細(xì)胞膜上肉堿轉(zhuǎn)運體(organic cation transporter type-2,OCTN2)功能受損,造成細(xì)胞內(nèi)左旋肉堿缺乏,導(dǎo)致脂肪酸氧化代謝障礙,是一種常染色體隱性遺傳病[1]。PCD主要表現(xiàn)為急性低酮性低血糖、心肌病、骨骼肌病,甚至心源性猝死。不同國家或種族人群的PCD發(fā)病率為1/40 000～1/120 000,中國報道的不同地區(qū)發(fā)病率差異較大,為1/8 938～1/45 000[2]。隨著新生兒疾病篩查工作的廣泛開展,發(fā)現(xiàn)我國PCD患者實際發(fā)病率遠(yuǎn)超之前公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù),給社會帶來巨大負(fù)擔(dān)[3]。PCD是少數(shù)可治療的遺傳代謝病之一,左旋肉堿為其主要治療藥物,安全有效,但近年來,有學(xué)者認(rèn)為口服左旋肉堿有一定副作用,有增加患心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的潛在風(fēng)險[4]。筆者就左旋肉堿治療PCD的臨床研究進(jìn)展綜述如下。

1 左旋肉堿與PCD

健康人體內(nèi)左旋肉堿(3-羥基-4-三甲基銨丁酸)3/4為外源性飲食攝入(以紅肉類和奶制品為主),1/4為內(nèi)源性自身合成(以賴氨酸和甲硫氨酸為原料,主要在肝腎進(jìn)行)[5]。左旋肉堿具有生物活性,主要功能是作為載體協(xié)助長鏈脂肪酸從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運至線粒體基質(zhì)中進(jìn)行β-氧化,減少細(xì)胞內(nèi)過多脂肪酸的蓄積造成毒性作用,同時也為心肌、骨骼肌及肝臟等多臟器提供能量,尤其處于應(yīng)激或感染情況下明顯[6]。此外,左旋肉堿還可通過降低乙酰輔酶A(乙酰CoA)/CoA比率,提高丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性,促進(jìn)糖的有氧氧化;提高線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體的活性,加速產(chǎn)生三磷酰酐(ATP),為機體供能[7]。

PCD患者可出現(xiàn)心肌、骨骼肌、肝臟等組織的慢性進(jìn)行性損害表現(xiàn),也可急性起病,臨床表現(xiàn)個體差異明顯,成年期可發(fā)生易疲勞或無癥狀患病等;任何年齡患者都可因急性能量代謝障礙危象或急性心力衰竭而猝死[8]。對于高度依賴脂肪酸氧化代謝供能的臟器(心臟、骨骼肌等),更容易出現(xiàn)損害,補充左旋肉堿可促進(jìn)心肌、骨骼肌細(xì)胞內(nèi)脂肪酸β-氧化過程,有效改善細(xì)胞能量代謝,促進(jìn)細(xì)胞功能恢復(fù),起到保護(hù)臟器功能作用,有效降低猝死風(fēng)險[9]。因此,早期應(yīng)用左旋肉堿是臨床治療PCD患者的關(guān)鍵措施。早在1985年,美國食品藥品管理局(FDA)已批準(zhǔn)左旋肉堿用于治療PCD[10]。

2 左旋肉堿治療PCD的臨床研究進(jìn)展

2.1左旋肉堿治療PCD的原則和方法 PCD的治療原則為避免感染、饑餓及長時間高強度運動,若出現(xiàn)感染、手術(shù)史或能量代謝危象,建議及時靜脈補充葡萄糖及左旋肉堿;對于危重癥患者,建議輸注左旋肉堿的同時積極對癥支持治療[11]。PCD患者需終生服用左旋肉堿替代治療,以維持體內(nèi)血漿游離肉堿水平正?；蚪咏?預(yù)防猝死及嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生。

PCD的主要治療方法是補充左旋肉堿,即左卡尼汀口服溶液,推薦起始劑量50～100 mg·kg-1·d-1,每日最大安全補充劑量不超過3 g[12]。為提高口服左卡尼汀的生物利用度,通常選擇每日分3或4次給藥。但當(dāng)出現(xiàn)急性能量代謝危象或嚴(yán)重并發(fā)癥危及生命時,應(yīng)立即靜脈滴注大劑量左卡尼汀(100～400 mg·kg-1·d-1),對于急性能量代謝危象患者,應(yīng)同時輸注葡萄糖(10%葡萄糖,10 mg·kg-1·min-1起),以維持血糖水平>5 mmol·L-1;若出現(xiàn)心力衰竭、心律失常、肝衰竭等危重癥患者,輸注左卡尼汀的同時需聯(lián)合相應(yīng)的對癥處理(強心、利尿、擴血管、抗心律失常、護(hù)肝等)治療。對于病情穩(wěn)定患者,長期口服劑量建議100～300 mg·kg-1·d-1,分3或4次給藥。應(yīng)用左卡尼汀的具體劑量應(yīng)根據(jù)患者血漿游離肉堿水平以及病情嚴(yán)重程度作相應(yīng)調(diào)整,臨床醫(yī)師通常根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行劑量調(diào)整用藥[13]。PCD患者一旦開始接受口服左卡尼汀治療,需終生服用,突然自行停藥會導(dǎo)致血漿肉堿水平急劇下降,并可能導(dǎo)致死亡[14]。因此,規(guī)范用藥和針對性劑量調(diào)整對治療PCD至關(guān)重要。

2.2臨床治療

2.2.1新生兒PCD的治療 經(jīng)新生兒疾病篩查確診的PCD患兒多無癥狀,少數(shù)為黃疸、腹瀉、抽搐等非特異性臨床表現(xiàn),也需口服左卡尼汀來預(yù)防疾病發(fā)作。日常喂養(yǎng)方面,應(yīng)盡可能避免饑餓及長時間高強度運動,喂養(yǎng)間隔時間一般不超過2～3 h[11]。一項左卡尼汀治療18例新生兒PCD的臨床療效評價中,給予左卡尼汀口服溶液初始劑量100 mg·kg-1·d-1,2周后,血漿肉堿及其他?；鈮A水平均高于治療前(均P<0.05),與正常新生兒比較均差異無統(tǒng)計學(xué)意義。其中有癥狀的患兒經(jīng)治療后臨床癥狀消失,后期隨訪也無急性發(fā)病或猝死病例,且患兒生長、智力及運動發(fā)育均未見異常情況,無癥狀患兒一直未出現(xiàn)癥狀[15]。因此,左卡尼汀臨床治療新生兒PCD療效確切,能可逆性改善臨床癥狀,無癥狀患兒終生治療一般不會發(fā)病。

2.2.2母源性肉堿缺乏癥嬰兒的治療 通常這類嬰兒的母親需口服左卡尼汀治療,母乳喂養(yǎng)的嬰兒若其血漿游離肉堿水平低,則嬰兒需暫時口服左卡尼汀治療,后期復(fù)查正常即可停用;若嬰兒為人工喂養(yǎng),由于牛奶或奶粉成分中含有左旋肉堿,且監(jiān)測血漿游離肉堿水平正常,可無需口服左卡尼汀治療[16]。

2.2.3女性PCD的治療 左旋肉堿可通過胎盤從母親體內(nèi)運輸至胎兒體內(nèi)。近年來,隨著新生兒疾病篩查范圍的擴大,越來越多無癥狀母親PCD患者被發(fā)現(xiàn),此類人群同樣有潛在健康風(fēng)險,尤其孕期明顯。因為妊娠期女性血漿肉堿水平明顯低于非妊娠期,且隨妊娠進(jìn)行而持續(xù)降低,可表現(xiàn)為易疲勞、心律失常、脂肪肝等[17]。在一項法羅群島65例猝死病例研究中,猝死與未經(jīng)治療的PCD患者之間存在很強相關(guān)性,尤其是在女性中[18]。另一方面,左旋肉堿對胎兒生長發(fā)育和器官成熟也至關(guān)重要,但由于胎兒合成能力有限,幾乎全部依賴于母體通過胎盤供應(yīng)。因此,PCD女性患者(包括無癥狀者)均需密切監(jiān)測血漿肉堿水平,特別是懷孕期間,需嚴(yán)格遵醫(yī)囑口服左卡尼汀,并根據(jù)復(fù)查血漿肉堿水平適當(dāng)增加劑量來維持體內(nèi)正常血漿肉堿水平,以防止胎兒母源性肉堿缺乏的發(fā)生[19]。目前尚未發(fā)現(xiàn)對母親補充標(biāo)準(zhǔn)劑量左卡尼汀對胎兒有致畸作用[20]。

2.2.4并發(fā)癥患者的治療 PCD患者多見合并低血糖、心肌病、肝腫大,少數(shù)患兒可合并頑固性癲癇、急性肝衰竭、腦病等[21]。需盡早口服左卡尼汀治療,對于急癥、危重癥患者或禁食不能口服藥物者,則需靜脈補充左卡尼汀,同時予以相應(yīng)的對癥支持治療(靜脈給予葡萄糖、護(hù)心、護(hù)肝、護(hù)腦以及止驚等)或由心臟、肝病、神經(jīng)等專科進(jìn)行規(guī)范化治療和管理。大部分患者并發(fā)癥經(jīng)過積極治療得以糾正和逆轉(zhuǎn),極少數(shù)患者未能得到積極治療或進(jìn)展迅速轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡鎿p傷,造成不良后果。LOUIS等[22]報道了1例4個半月患兒因肌張力減退、嘔吐、腹瀉就診,入院后病情迅速惡化,合并癲癇發(fā)作,心臟超聲顯示左心室擴大和嚴(yán)重心力衰竭,完善生化檢查確診PCD,立即予左卡尼汀注射液200 mg·kg-1·d-1,靜脈滴注,以及護(hù)心、止驚等對癥處理,但在入院4 d后死于嚴(yán)重心律失常和多器官衰竭。因此,PCD患者合并嚴(yán)重并發(fā)癥時才開始應(yīng)用左卡尼汀治療可能療效不佳,短期無法逆轉(zhuǎn)病情。

2.2.5對不可逆病變的治療 極少數(shù)PCD患者因低血糖、能量代謝障礙或癲癇發(fā)作未及時糾正造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)不可逆損傷,出現(xiàn)智力落后、運動遲緩等表現(xiàn)[23]。在我國浙江省進(jìn)行的一項為期3年的試點研究表明,在診斷較晚的大多數(shù)有癥狀的PCD患者中,智力低下和運動遲緩難以逆轉(zhuǎn)[24]。這類患兒通常需要在口服左卡尼汀藥物治療的基礎(chǔ)上輔以神經(jīng)系統(tǒng)康復(fù)治療。CAMPOS等[25]報道1例表現(xiàn)為智力障礙和自閉癥譜系障礙的7歲PCD女性患兒,因發(fā)育落后、語言遲緩就診,入院完善顱腦磁共振檢查(magnetic resonance imaging,MRI)發(fā)現(xiàn)異常改變,基因檢查確診PCD,予左卡尼汀溶液口服(200 mg·kg-1·d-1),分2次給藥,持續(xù)2年,但由于PCD診斷較晚,左卡尼汀開始治療前就已出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)損害表現(xiàn),對其大腦功能造成的損害已無法逆轉(zhuǎn),后期隨訪仍表現(xiàn)為智力落后及語言遲緩。因此,在發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的器官損害之前,盡早干預(yù),及早補充左卡尼汀可能預(yù)防永久性后遺癥,提高生活質(zhì)量。

2.3左旋肉堿的安全性及潛在風(fēng)險 口服左旋肉堿在PCD長期治療中較安全有效,但仍存在一些不良反應(yīng)及潛在風(fēng)險。其不良反應(yīng)較少,若大劑量口服可能出現(xiàn)腹瀉、腹痛或惡心等不適癥狀,但可通過減小單次給藥劑量或增加服藥次數(shù)以及加用口服甲硝唑等改善癥狀[26]。

近年來,有學(xué)者提出長期口服左旋肉堿有潛在風(fēng)險,可顯著增加經(jīng)腸道菌群代謝產(chǎn)生的氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)水平,TMAO可通過促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成、抑制膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運、參與血管的炎癥、加速內(nèi)皮功能損傷以及促進(jìn)血小板活化和血栓形成來加速動脈粥樣硬化過程,從而增加患CVD的風(fēng)險[27]。一項針對口服左卡尼汀治療線粒體疾病增加血漿TMAO水平的研究中,對9例患者予左卡尼汀溶液口服,1 000 mg·d-1,分2或3次服用,持續(xù)1年以上,口服前后進(jìn)行對比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)血漿TMAO水平在口服左卡尼汀后增加11.8倍[28]。BORDONI等[29]研究在健康老年女性中,每日補充左旋肉堿類似物(左旋肉堿酒石酸鹽)1 500 mg,6個月后血漿TMAO水平顯著增加,較安慰劑組增加12倍,在停止補充左旋肉堿4個月后,血漿TMAO水平恢復(fù)至補充前水平。

左旋肉堿進(jìn)入人體經(jīng)小腸吸收,部分未被吸收的左旋肉堿可通過腸道微生物酶合成三甲胺(trimethylamine,TMA),隨后近95%TMA入血,通過門靜脈血進(jìn)入肝臟,在黃素單氧化酶3(flavinmonooxygenase,FMO3)的作用下生成TMAO[30]。

2.3.1TMAO造成CVD的病理機制 動脈粥樣硬化是CVD的主要原因之一,血漿TMAO水平可通過以下5種途徑促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生。其一,TMAO可通過上調(diào)巨噬細(xì)胞清道夫受體CD36和SR-A1表達(dá),促進(jìn)脂質(zhì)積累和泡沫細(xì)胞形成,加速動脈粥樣硬化形成過程[31]。其二,膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(reverse cholesterol transport,RCT),通過將膽固醇從外周組織轉(zhuǎn)運至肝臟進(jìn)行膽道排泄,有助于維持膽固醇穩(wěn)態(tài)。TMAO可通過激活小異二聚體伴侶(small heterodimer partner,SHP)和法尼醇 X 受體(farnesol X receptor,FXP)途徑下調(diào)2種細(xì)胞色素酶(CYP7A1和CYP27A1)來抑制RCT途徑,減少膽固醇排泄,加速動脈粥樣硬化過程[32]。其三,動脈粥樣硬化也是一種慢性炎癥性疾病。TMAO可通過抑制SIRT3-SOD2-mtROS途徑和激活ROS-TXNIP途徑來增加活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成并激活內(nèi)皮細(xì)胞中NLRP3炎癥小體引起血管損傷和炎癥反應(yīng)[33]。另一方面,TMAO可激活核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號通路,增加炎癥相關(guān)基因的表達(dá),包括白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)等,導(dǎo)致白細(xì)胞募集和血管炎癥[34]。氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)在加速動脈粥樣硬化過程中共同發(fā)揮作用。其四,TMAO可造成內(nèi)皮功能障礙。TMAO通過激活炎癥遞質(zhì)高遷移率族蛋白B1 (high mobility group 1 protein,HMGB1)表達(dá),從而刺激TOLL樣受體4(Toll-like receptors,TLR4)等多種受體,介導(dǎo)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2及NF-κB信號通路,破壞內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接蛋白的表達(dá),增加內(nèi)皮細(xì)胞通透性,使低密度脂蛋白更容易進(jìn)入內(nèi)膜,造成動脈粥樣硬化[35]。NF-κB信號通路的激活,可上調(diào)血管細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和細(xì)胞間黏附分子1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)的表達(dá),單核細(xì)胞與血管細(xì)胞的黏附增強,加速內(nèi)皮功能障礙[36]。其五,TMAO還可通過促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣離子儲存刺激依賴的鈣釋放來促進(jìn)血小板高反應(yīng)性和血栓形成[37]。

2.3.2TMAO水平升高引起CVD的臨床研究 血漿中TMAO水平與CVD的發(fā)病率、全因死亡率等呈正相關(guān),GUASTI等[38]報道CVD患者3 807例,隨訪時間長達(dá)7年,血漿高TMAO水平的心血管不良事件發(fā)生風(fēng)險較低TMAO水平人群高1.5倍(RR:2.05),其全因死亡率高3倍(RR:3.42)。LI等[39]對24項研究進(jìn)行Meta分析總結(jié)發(fā)現(xiàn),血漿高TMAO水平與患CVD風(fēng)險增加有統(tǒng)計學(xué)意義。此外,高TMAO水平患者較低TMAO水平更容易死于CVD;還發(fā)現(xiàn)TMAO水平在CVD患者中與全因死亡率有顯著相關(guān)性,TMAO增加1個單位(1 μmol·L-1)與全因死亡風(fēng)險增加9%相關(guān)(HR:1.09),驗證血漿中高TMAO水平對CVD風(fēng)險有預(yù)測價值,可作為其危險因素。然而,目前所進(jìn)行的臨床研究僅提供了TMAO水平增高引起CVD的臨床證據(jù),研究對象尚未涉及PCD患者。因此,在PCD患者中口服左旋肉堿后造成CVD的直接聯(lián)系還需更多臨床研究進(jìn)一步論證。

2.3.3預(yù)防CVD的干預(yù)措施 鑒于口服左旋肉堿可升高血漿TMAO水平,造成CVD潛在風(fēng)險,因此通過降低血漿TMAO水平或抑制TMAO生成可作為CVD潛在的治療靶點[40]。

有學(xué)者針對降低血漿中TMAO水平提出改善給藥模式,即通過左旋肉堿靜脈給藥或左旋肉堿口服時加用抗菌藥物[41]。TANG等[42]對6例健康受試者給予甲硝唑(500 mg,bid)和環(huán)丙沙星(500 mg,qd)持續(xù)1周后,其血漿TMA和TMAO水平顯著降低,但在停用抗菌藥物7個月后TMAO水平恢復(fù)正常。然而,長期使用抗菌藥物可導(dǎo)致耐藥性及毒副作用,對機體傷害較大。因此,隨著研究的不斷深入,希望找到對機體影響較小且能降低TMAO水平的抗菌藥物。另外,陳艷等[43]認(rèn)為藥物(3,3-二甲基-1-丁醇)能通過抑制TMA裂解酶來降低血漿TMAO 水平可作為臨床治療冠心病的一條思路,但目前僅有動物研究,還未開展臨床試驗,其安全性及有效性有待進(jìn)一步證實。

另一方面,血漿TMAO水平與腸道微生物菌群有關(guān)[44]。一項對益生菌干預(yù)降低血漿TMAO水平的薈萃分析中,發(fā)現(xiàn)益生菌對TMAO的作用強烈依賴于菌株種類,只有少數(shù)菌株可降低TMAO水平,唯一在人和動物實驗中均可降低TMAO水平的是鼠李糖乳桿菌,導(dǎo)致微生物菌群組成發(fā)生顯著變化,來降低血漿TMAO水平;還有植物乳桿菌ZDY04、淀粉乳桿菌LAM1345、植物乳桿菌LP1145和產(chǎn)氣腸桿菌ZDY01等也可降低TMAO水平,但僅限于動物研究[45]。隨著腸道菌群與CVD的聯(lián)系越來越密切,益生菌作為一種干預(yù)手段可能有效且低成本,發(fā)現(xiàn)可降低TMAO水平且安全的益生菌菌株值得進(jìn)一步研究。

由于TMA經(jīng)FMO3催化作用生成TMAO,阻斷或降低FMO3活性也是預(yù)防CVD的治療手段。SHIH等[46]在高脂血癥小鼠模型中對FMO3基因進(jìn)行敲除和過表達(dá)研究中發(fā)現(xiàn),將小鼠FMO3基因敲除會使血漿TMAO濃度明顯下降,同時減輕動脈粥樣硬化負(fù)擔(dān),也可以達(dá)到治療作用。但目前,其相關(guān)研究較少,具體機制還有待進(jìn)一步探討。

3 總結(jié)與展望

綜上所述,多個臨床隨訪證實,長期口服左旋肉堿治療PCD安全有效,早期應(yīng)用左旋肉堿是挽救PCD患者生命的關(guān)鍵,可有效預(yù)防不可逆臟器損害的發(fā)生,提高后期生活質(zhì)量。盡管長期口服左旋肉堿會提高血漿TMAO水平,有增加CVD發(fā)生的風(fēng)險,但目前相關(guān)機制尚未完全闡明,且研究對象尚未涉及到PCD患者。就目前隨訪研究來看,PCD患者早期口服左旋肉堿后幾乎很少出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥(包括CVD)。因此,PCD患者早期口服左旋肉堿仍有必要,同時也需更多臨床研究來進(jìn)一步探明口服左旋肉堿治療PCD患者是否會造成CVD的潛在風(fēng)險。此外,為規(guī)避PCD患者中口服左旋肉堿后可能造成CVD的風(fēng)險,通過研究TMAO造成CVD的病理機制,作為其治療靶點,目前這一治療思路已取得很大進(jìn)展,今后應(yīng)在此基礎(chǔ)上提出更優(yōu)化治療措施。