Disturbo del metabolismo della fenilalanina
Introduzione
introduzione La fenilchetonuria (PKU) è una malattia ereditaria causata da una carenza o perdita di attività della fenilalanina idrossilasi (PAH) nel fegato. È più comune nelle malattie ereditarie carenti di metabolismo degli aminoacidi. Il modello genetico di questa malattia è l'eredità autosomica recessiva. Le manifestazioni cliniche non erano uniformi: le principali caratteristiche cliniche erano ritardo mentale, sintomi mentali e neurologici, eczema, segni di graffi sulla pelle, pigmentazione e odore di ratto ed EEG anormale. Se sono disponibili diagnosi precoce e trattamento precoce, le manifestazioni cliniche di cui sopra potrebbero non verificarsi, l'intelligenza è normale e le anomalie EEG possono essere ripristinate.
Patogeno
Causa della malattia
(1) Cause della malattia
Con l'aumentare dell'età, la quantità di fenilalanina ingerita per le proteine sintetiche viene gradualmente ridotta. Dopo la nascita, l'assunzione giornaliera di fenilalanina è di circa 0,5 g e per i bambini e gli adulti è aumentata a 4 g. La maggior parte è ossidata in tirosina, un processo che si basa principalmente sulla fenilalanina idrossilasi (PAH), ma richiede anche il coinvolgimento del cofattore. Se questo processo di ossidazione è impedito, la fenilalanina si accumula nel corpo, in questo caso la fenilalanina viene metabolizzata con altri mezzi per produrre sostanze nocive al fenilpiruvato. La fenilchetonuria (PKU) è una malattia ereditaria causata da un'attività PAH ridotta o assente. La riduzione dell'attività della PAH inibisce anche la tirosina e riduce la produzione di melanina e l'idrossifenilpiruvasi è inibita per causare l'accumulo di acido idrossibenzoico nel corpo.
La malattia è autosomica recessiva e il gene mutato si trova sul braccio lungo del cromosoma 12 (12q24.1) La piccola mutazione di questo gene può causare la malattia, non a causa della delezione del gene. È una malattia ereditaria causata dal matrimonio di due eterozigoti: la progenie di parenti stretti è più frequente e circa il 40% dei bambini è malato. A causa della mutazione del gene fenilalanina idrossilasi, la carenza di fenilalanina idrossilasi nel fegato è un'anomalia biochimica di base della malattia. Se la coppia base della mutazione è diversa, la gravità delle manifestazioni cliniche varia notevolmente e può manifestarsi come una PKU tipica o lieve iperfenilalaninemia.
(due) patogenesi
La fenilalanina (PA) è un amminoacido essenziale che è coinvolto nella formazione di vari componenti proteici ma che non può essere sintetizzato nell'uomo. In circostanze normali, circa il 50% della PA ingerita viene utilizzata per sintetizzare vari componenti della proteina e il resto viene convertito in tirosina dall'azione della fenilalanina idrossilasi, quindi convertito in tirosina da altri enzimi. Dopa, dopamina, adrenalina, noradrenalina e melanina. La fenilalanina idrossilasi è un complesso sistema enzimatico che, oltre alla stessa idrossilasi, comprende anche la diidropterina reduttasi e il coenzima tetraidrobiopterina e qualsiasi carenza di enzimi può causare un aumento della fenilalanina nel sangue.
Quando l'idrossilasi PA è carente, la fenilalanina che non è coinvolta nella sintesi della proteina del primo passaggio viene accumulata nel plasma e depositata nei tessuti di tutto il corpo compreso il cervello. La fenilalanina nel sangue viene scaricata oltre la soglia renale, causando l'urina dell'aminoacido fenilalanina.
Dopo che la via principale di PA (idrossilazione) è bloccata, la via metabolica secondaria di PA viene aumentata in modo compensativo e il peso specifico di PA viene convertito in fenilpiruvato, fenilllattato, acido n-idrossifenilacetico e acido fenilacetico. Normalmente, questo bypass metabolico viene eseguito molto poco, quindi il contenuto di questi metaboliti è estremamente piccolo; quando l'idrossilasi PA è carente, questi metaboliti raggiungono livelli anormalmente elevati, accumulati nei tessuti, nel plasma e nel liquido cerebrospinale, e un gran numero. Escreto dalle urine, con conseguente fenilchetonuria.
1. In base alla differenza di difetti biochimici si possono suddividere in:
(1) PKU tipica: deficit congenito di fenilalanina idrossilasi.
(2) iperfenilalaninemia persistente: presente nella carenza di fenilalanina idrossilasi isomerasi o fenilchetonuria eterozigote, aumento della fenilalanina nel sangue.
(3) iperfenilalaninemia lieve transitoria: più frequente nei neonati prematuri, è causata da una maturità ritardata della fenilalanina idrossilasi.
(4) Carenza di fenilalanina aminotransferasi: sebbene il contenuto di fenilalanina nel sangue sia aumentato, il fenilpiruvato e l'acido idrossifenilacetico nelle urine non possono essere aumentati e la tirosina nel sangue non aumenta dopo la somministrazione orale di un carico di fenilalanina.
(5) Deficit di diidropterina reduttasi: la mancanza totale o parziale di attività enzimatica, oltre a influenzare lo sviluppo del cervello, può effettuare calcificazioni dei gangli basali.
(6) Difetti di sintesi della diidropterina: mancanza di metanolo ammonia deidratasi o altri vari enzimi.
I bambini tipici della PKU hanno un normale sistema nervoso alla nascita, a causa della mancanza di misure neuroprotettive nei bambini con omozigoti, il sistema nervoso è esposto a lungo alla fenilalanina. Se la madre è omozigote, il livello di fenilalanina nel sangue è alto, il bambino è eterozigote, il danno al sistema nervoso centrale può verificarsi nell'utero e la nascita si manifesta come ritardo mentale.
PKU ordinaria e alcune varianti lievi e gravi, le prime fasi della malattia possono essere degradate mentalmente senza trattamento. Si ipotizza che possa essere un mutante allelico, manifestato come iperfenilalaninemia, assenza di fenilchetonuria e coinvolgimento del sistema nervoso. Inoltre, anche un piccolo numero (circa il 3%) di pazienti che controllano l'iperfenilalaninemia non può prevenire la progressione della malattia neurologica.
2. Ricerca in biologia molecolare
La normale proteina PAH umana ha una piega e ha un sito di legame del ferro. Il mantenimento della struttura del sito di legame del ferro è correlato alla serina nella posizione 349 nella struttura 3D associata al sito attivo, e anche la polimerizzazione stabile delle strutture serina e PAH in questo sito e le proprietà catalitiche della PAH sono importanti. Fusetti et al. Determinarono la struttura cristallina della PAH umana (residui 118-452) e scoprirono che questa cristallizzazione di enzimi e tetrameri appariva in ogni composizione monomerica delle zone catalitiche e di tetramerizzazione. La caratteristica nella zona di tetramerizzazione è la presenza di bracci di scambio che interagiscono con altre specie monomeriche, formando così una spirale elicoidale parallela e una significativa asimmetria, dovuta alla presenza di due zone chelanti nella spirale che causano la spirale Causato da una configurazione alternata. Alcune delle mutazioni più comuni di PAH si verificano alla giunzione delle regioni catalitiche e tetramericane.
Le mutazioni nei diversi geni della PAH hanno effetti diversi sull'attività della PAH e hanno effetti diversi sulla struttura della PAH. Camez e altri hanno rivelato mutazioni della PAH usando diversi sistemi di espressione: Leu348Val, Ser349Leu, Val388Met hanno causato difetti di piegatura nelle proteine PAH. L'espressione della proteina PAH mutata in Escherichia coli ha mostrato instabilità termica rispetto alla proteina PAH di tipo selvatico, e anche il decorso della degradazione era diverso. Bjorgo et al. Hanno studiato le mutazioni del punto missenso PAH 7, vale a dire R252G / Q, L255V / S, A259V / T e R270S. Esiste anche una mutazione chiamata G272X. Quando queste proteine mutate della PAH sono state co-espresse con la maltasi come proteina di fusione in Escherichia coli, la capacità di piegare e polimerizzare le proteine PAH umane in omotetrameri / dimeri si è dimostrata difettosa e la maggior parte del recupero è stata nulla. Tipo di aggregazione attiva. R252Q e R252G recuperano tetrameri e dimeri cataliticamente attivi e R252G recupera alcuni dimeri. Le tre mutazioni sopra menzionate hanno portato all'attività PAH solo del 20%, 44% e 4,4% dell'attività di tipo selvaggio, rispettivamente. Quando espressi in vitro da un sistema di trascrizione-traslazione accoppiato, tutti gli IPA mutati hanno recuperato una miscela di forme non fosforilate e fosforilate con bassa attività allospecifica. Tutte le varianti di proteine PAH espresse da queste mutazioni del gene PAH sono difettose nell'oligomerizzazione e la sensibilità alla restrizione della lisi proteica è aumentata in vitro, la stabilità nelle cellule è ridotta e anche l'attività catalitica è ridotta a vari livelli. . Tutti gli effetti precedenti sembrano essere il risultato di una struttura monomerica disordinata. Basato sulla struttura cristallina della regione catalitica della PAH umana, l'effetto della mutazione sulla piegatura e sull'oligomerizzazione dei monomeri fornisce un'analisi.
Queste sono le correlazioni tra la struttura della proteina PAH e la variazione di attività causate da mutazioni nel gene PAH del fegato. Il 99% di iperfenilalaninemia o PKU è causato da mutazioni del gene PAH e solo l'1% è dovuto a disturbi della biosintesi o della rigenerazione del cofattore. Le mutazioni del gene PAH possono coinvolgere esoni e introni e possono essere mutazioni missenso o mutazioni senza senso. I tipi di mutazione sono un po 'mutati, inseriti o eliminati, codifica anticipata, giunzione e polimorfismo. I genotipi mutati sono eterozigoti omozigoti, eterozigoti e complessi. Scriver ed altri hanno esaminato la mutazione del gene PAH nel 1996. In 26 paesi in tutto il mondo, 81 ricercatori hanno analizzato 3986 cromosomi mutanti e identificato 243 diverse mutazioni. Nel marzo 1999, Zekanowski e altri hanno sottolineato nel documento che ci sono più di 350 mutazioni nel gene PAH nel mondo. Gli autori hanno studiato una regione regolatoria codificante per PAH: una mutazione parziale dell'esone 3 può causare PKU classica, PKU lieve e lieve iperfenilalaninemia, con mutazioni spesso situate tra 71 e 94. Residui di aminoacidi. Wang Ning ha sottolineato che nell'aprile 1998 il numero di mutazioni del gene PAH nel mondo era aumentato a 390. In Cina, Xu Lingting e altri rapporti nel 1996 hanno identificato più di 20 mutazioni nel gene PAH, che rappresentano circa l'80% del gene mutante PAH. La maggior parte degli studiosi ritiene che esista una correlazione tra il genotipo della mutazione PAH e il fenotipo, ad eccezione di alcuni pazienti. Guldberg e altri suggeriscono che l'incoerenza tra il genotipo e il fenotipo delle mutazioni della PAH in alcuni pazienti può essere dovuta a metodi usati per esaminare le mutazioni o a differenze nella classificazione fenotipica.
Le mutazioni del gene PAH dei pazienti con PKU in diversi paesi e regioni sono diverse e anche la distribuzione dei tipi di mutazione del gene PAH nella Cina settentrionale e meridionale è incoerente. La mutazione più comune nel sottogruppo di antenati turchi era IVS1O-11 G → A (38% degli alleli analizzati); nei pazienti con PKU in Romania, la mutazione del gene PAH era principalmente Arg408Trp (pari al 47,72% dell'allele), Lys363fsdelG ( 13,63%) e Phe225Thr rappresentavano il 6,81%, 3 mutazioni rappresentavano il 70% degli alleli mutanti; le mutazioni Arg408Trp rappresentavano il 54,9% nei pazienti cechi di PKU. Le differenze nella distribuzione dei tipi di mutazione del gene PAH in diverse regioni possono riflettere molteplici meccanismi di mutazione del gene PAH, tra cui l'effetto del fondatore, deriva genetica, ipermutabilità e selezione. .
Queste sono le anomalie della proteina PAH causate dalla struttura, dalle proprietà e dalle mutazioni e mutazioni del gene PAH del fegato. Oltre all'espressione nelle cellule del fegato, le proteine PAH sono anche espresse nei tessuti non epatici, inclusi rene, pancreas e cervello. La struttura primaria dell'IPA nel rene è coerente con quella del fegato, tranne per il fatto che la sua regolazione è diversa dall'IPA nel fegato, ma nell'equilibrio fenilalaninico del corpo, l'IPA del rene può svolgere un ruolo.
Oltre all'assenza o alla riduzione dell'attività della PAH epatica può causare PKU e possono anche essere causati cambiamenti nei cofattori della PAH. Il cofattore principale coinvolto nell'azione della PAH è la 5,6,7,8-tetraidrobiopterina, che è idrossilata da fenilalanina, tirosina e triptofano. Un cofattore necessario. Il gene responsabile della codifica di questa sostanza è il gene 6-piruvoiltetraidropterina sintasi (PTPS). Se il gene dell'enzima è mutato, la PTP è carente e anche se l'attività della PAH è normale, può essere causata la PKU. Un altro enzima che causa la PKU è la diidropterina reduttasi. Di conseguenza, la patogenesi della PKU coinvolge almeno tre geni enzimatici, uno dei quali può causare una carenza o una diminuzione dell'attività della PAH, con conseguente PKU.
3. Cambiamenti patologici nel cervello
Si manifesta come un cambiamento non specifico, solitamente contrassegnato da un cambiamento nella sostanza bianca. Esistono all'incirca le seguenti situazioni.
(1) Disturbi della maturità cerebrale. Il feto inizia ad avere uno sviluppo cerebrale anormale alla fine della gravidanza e la stratificazione della sostanza bianca e della sostanza grigia del cervello non è chiara. C'è una materia grigia ectopica nella sostanza bianca.
(2) Disturbi della formazione di mielina. La formazione di mielina del midollo spinale corticale, le fibre del fascio corticale-ponsale-cerebellare è più evidente.
(3) degenerazione cistica della sostanza grigia e della sostanza bianca; inoltre, la materia oscura del cervello, la pigmentazione della macchia blu è scomparsa e il peso del cervello è stato ridotto.
Esaminare
ispezione
Ispezione correlata
Test sierico di fenilalanina fenilalanina deaminasi
La diagnosi di questa malattia dovrebbe enfatizzare la diagnosi precoce al fine di ottenere un trattamento precoce per evitare il ritardo mentale. Lo screening per la fenilchetonuria deve essere eseguito nei neonati per la diagnosi precoce.
1. Metodo di screening
Il metodo di screening di routine accettato a livello internazionale è il metodo di inibizione batterica scoperto da Guthrie. Sono disponibili kit di screening PKU domestici. Questo metodo stima il livello di fenilalanina nel sangue in base alle dimensioni della variabilità coltivata nella zona di crescita di B. subtilis. Se il livello stimato di fenilalanina nel sangue è 0,24 mmol / L, è positivo. Questo metodo può essere utilizzato per bambini da 3 a 5 giorni dopo la nascita. I neonati dovrebbero essere sottoposti a screening per i neonati con una storia familiare.
2. Test di carico di fenilalanina
Questo test può comprendere direttamente l'attività di PAH. La dose di carico era di 0,1 g / kg di fenilalanina orale ed è stata assunta per 3 giorni. I livelli ematici di fenilalanina nei bambini con PKU classica sono superiori a 1,22 mmol / L, mentre quelli di tipo lieve sono spesso inferiori a 1,22 mmol / L. Quest'ultimo risultato suggerisce che questi bambini possono essere iperfenilalaninemia senza PKU. .
3. Diagnosi eziologica
Il gene che causa la fenilchetonuria è il gene PAH e la diagnosi eziologica è di rilevare la mutazione del gene PAH. Il rilevamento della mutazione del gene PAH non solo può fare una diagnosi eziologica per il paziente, ma anche fare una diagnosi prenatale per il feto. Esiste una correlazione tra genotipo e fenotipo nella maggior parte dei pazienti. Diversi tipi di mutazioni hanno effetti diversi sull'attività della PAH, pertanto la rilevazione delle mutazioni del gene PAH è utile anche per determinare la prognosi e guidare il trattamento.
Esistono molti metodi per rilevare le mutazioni del gene PAH, ma una di queste è la reazione a catena della polimerasi (PCR) combinata con uno o due dei seguenti metodi di rilevazione, tra cui il polimorfismo di conformazione a singolo filamento (SSCP) e la lunghezza del frammento di enzima di restrizione. Stato dell'arte (RFLP), elettroforesi su gel gradiente denaturazione (DGGE), sequenziamento diretto del DNA, sonda oligonucleotidica specifica per sito di mutazione (ASO), elettroforesi su gel PCR-poliacrilammide-colorazione argento, impronte digitali dideoxy Un sistema di mutazione refrattaria di amplificazione (ARMS), un metodo di lisi del disadattamento enzimatico e simili. Il DNA amplificato può essere analizzato e l'analisi SSCP può anche essere eseguita sull'RNA. I campioni sono stati analizzati per i linfociti del sangue periferico e la diagnosi prenatale è stata eseguita per analizzare i corpi polari (prodotti del gamete). I corpi polari analitici e l'ASO possono essere utilizzati per la diagnosi prenatale e il gene PAH dei siti di mutazione noti può anche essere esaminato con il metodo ASO. Esistono cinque mutazioni del gene PAH più comuni in Cina: R243Q, Y204C, V399V, Y356X e R413P, che rappresentano il 56,7% delle cinque mutazioni del gene PAH. Le mutazioni puntiformi sono più comuni nelle mutazioni, rappresentando il 77,4% dei tipi di mutazione. Huang Shangzhi ha proposto una rapida procedura diagnostica per le mutazioni del gene PAH: Fase 1 per l'analisi della sonda oligonucleotidica specifica per mutazione, la frequenza diagnostica può raggiungere il 66%; Fase 2 per l'analisi SSCP dell'esone 4, la frequenza diagnostica è aumentata a 80%; Fase 3 Utilizzando l'analisi SSCP per rilevare diversi siti di mutazione comuni, R243Q (esone 7), V339V e Y356X (esone 11), la frequenza diagnostica può raggiungere l'87%.
Il metodo per rilevare il gene PTPS si basa anche sulla PCR e combinato con il metodo DGGE per schermare le sei sequenze codificanti del gene e i siti di giunzione di tutti i geni PTPS.
Diagnosi
Diagnosi differenziale
Infezione complessa del tratto urinario: infezione complessa del tratto urinario si riferisce a: 1 tratto urinario presenta anomalie organiche o funzionali, che causano ostruzione del tratto urinario, scarso flusso urinario; 2 tratto urinario ha corpi estranei, come calcoli, cateteri a permanenza, ecc. 3 ostruzione renale, come le infezioni del tratto urinario sulla base della malattia parenchimale renale cronica, principalmente pielonefrite, può causare danni ai reni. Infezioni ripetute a lungo termine o trattamenti incompleti possono evolvere in insufficienza renale cronica (CRF).
Amminoacido urinario specifico: principalmente l'escrezione di treidina serina istidina alanina idrossiprolina è normale, quindi può essere distinta da tutta l'amminoacido urina glicina valina e l'escrezione di idrossiprolina può essere distinta dall'urina di iminoglicina Anche l'escrezione di due aminoacidi di base nelle urine è normale da distinguere dalle urine di cistina.
La PKU è una malattia ereditaria, quindi i neonati hanno iperfenilalaninemia: poiché non stanno mangiando, la concentrazione di fenilalanina nel sangue e dei suoi metaboliti dannosi non è elevata, quindi non c'è manifestazione clinica alla nascita. Se il neonato non è sottoposto a screening per fenilchetonuria, la fenilalanina e i suoi metaboliti nel sangue aumentano gradualmente con il tempo di alimentazione prolungato e i sintomi clinici si manifestano gradualmente.
