Störning i metabolismen av fenylalanin
Introduktion
Inledning Fenylketonuria (PKU) är en ärftlig sjukdom orsakad av brist eller aktivitetsförlust av fenylalaninhydroxylas (PAH) i levern. Det är vanligare vid ärftliga aminosyrametabolism-brister. Det genetiska mönstret för denna sjukdom är autosomal recessiv arv. De kliniska manifestationerna var inte enhetliga De viktigaste kliniska kännetecknen var mental retardering, mentala och neurologiska symtom, eksem, hudskrapmärken, pigmentering och lukt från råtta och onormal EEG. Om tidig diagnos och tidig behandling finns tillgängliga kan de ovannämnda kliniska manifestationerna inte förekomma, intelligens är normal och EEG-abnormiteter kan återställas.
patogen
Orsak till sjukdom
(1) Orsaker till sjukdomen
När åldern ökar minskar mängden fenylalanin som intas för syntetiskt protein gradvis. Efter födseln är det dagliga intaget av fenylalanin cirka 0,5 g, och för barn och vuxna ökas det till 4 g. Den större delen oxideras till tyrosin, en process som huvudsakligen förlitar sig på fenylalaninhydroxylas (PAH), men som också kräver kofaktorengagemang. Om denna oxidationsprocess hindras samlas fenylalanin i kroppen och i detta fall metaboliseras fenylalanin på andra sätt för att producera fenylpyruvat skadliga ämnen. Fenylketonuria (PKU) är en ärftlig sjukdom orsakad av reducerad eller frånvarande PAH-aktivitet. Minskad PAH-aktivitet hämmar också tyrosin och minskar melaninproduktionen, och hydroxifenylpyruvas hämmas för att få hydroxibensoesyra att ackumuleras i kroppen.
Sjukdomen är autosomal recessiv och den muterade genen är belägen på den långa armen i kromosom 12 (12q24.1). Den lilla mutationen av denna gen kan orsaka sjukdomen, inte på grund av genutgår. Det är en ärftlig sjukdom orsakad av äktenskap med två heterozygoter. Avkommor till nära släktingar är vanligare och cirka 40% av barnen är sjuka. På grund av mutationen av fenylalaninhydroxylasgenen är fenylalaninhydroxylasbristen i levern en grundläggande biokemisk avvikelse av sjukdomen. Om mutationens baspar är olika, varierar svårighetsgraden av de kliniska manifestationerna väsentligt och kan manifesteras som en typisk PKU eller mild hyperfenylalaninemi.
(två) patogenes
Fenylalanin (PA) är en essentiell aminosyra som är involverad i bildandet av olika proteinkomponenter men inte kan syntetiseras hos människor. Under normala omständigheter används cirka 50% av den intagna PA för att syntetisera olika komponenter i proteinet, och resten omvandlas till tyrosin genom verkan av fenylalaninhydroxylas och omvandlas sedan till tyrosin av andra enzymer. Dopa, dopamin, adrenalin, norepinefrin och melanin. Fenylalaninhydroxylas är ett komplext enzymsystem. Utöver själva hydroxylaset inkluderar det också dihydropterinreduktas och koenzymtetrahydrobiopterin. Eventuell enzymbrist kan orsaka en ökning av fenylalanin i blodet.
När PA-hydroxylas saknar ackumuleras fenylalanin som inte är involverat i syntesen av det första stegsproteinet i plasma och deponeras i hela kroppsvävnader inklusive hjärnan. Fenylalaninet i blodet släpps ut över njurtröskeln, vilket resulterar i fenylalaninaminosyraurin.
Efter att huvudvägen för PA (hydroxylering) har blockerats ökas den sekundära metaboliska vägen för PA kompensationsmässigt, och PA-specifikvikt omvandlas till fenylpyruvat, fenyllaktat, n-hydroxifenylättiksyra och fenylättiksyra. Normalt utförs denna metabola bypass mycket lite, så innehållet i dessa metaboliter är extremt litet; när PA-hydroxylas är brist, når dessa metaboliter onormalt förhöjda nivåer, ackumulerade i vävnader, plasma och cerebrospinalvätska och ett stort antal. Utsöndras från urinen, vilket resulterar i fenylketonuri.
1. Beroende på skillnaden mellan biokemiska defekter kan delas in i:
(1) Typisk PKU: medfödd fenylalaninhydroxylasbrist.
(2) persistent hyperfenylalaninemi: finns i fenylalaninhydroxylasisomerasbrist eller heterozygot fenylketonuri, blodfenylalanin ökade.
(3) övergående milt hyperfenylalaninemi: vanligare hos premature barn, orsakas av försenad mognad av fenylalaninhydroxylas.
(4) Fenylalaninaminotransferasbrist: Även om innehållet i fenylalanin i blodet ökar, kan fenylpyruvat och hydroxifenylättiksyra i urin inte öka, och blodtyrosin ökar inte efter oral administrering av en mängd fenylalanin.
(5) Dihydropterinreduktasbrist: fullständig eller partiell brist på enzymaktivitet, förutom att påverka hjärnans utveckling, kan göra förkalkning av basala ganglier.
(6) Dihydropterinsyntesdefekter: brist på metanolammoniakdehydratas eller andra olika enzymer.
De typiska PKU-barnen har normalt nervsystem vid födseln. På grund av bristen på neurobeskyttande åtgärder hos barn med homozygoter utsätts nervsystemet för fenylalanin under lång tid. Om mamman är homozygot, fenylalaninnivån i blodet är hög, barnet är heterozygot, skador på centrala nervsystemet kan uppstå i livmodern och födelsen manifesteras som mental retardering.
Vanliga PKU och några milda och svåra varianter, de tidiga stadierna av sjukdomen kan mentalt försämras utan behandling. Det spekuleras i att det kan vara en allelisk mutant, manifesterad som hyperfenylalaninemi, ingen fenylketonuri och nervsystem involvering. Dessutom kan till och med ett litet antal (cirka 3%) av patienter som kontrollerar hyperfenylalaninemi inte förhindra framsteg av neurologisk sjukdom.
2. Molekylärbiologisk forskning
Normalt humant PAH-protein har en vikning och har ett järnbindande ställe. Underhållet av järnbindningsställets struktur är relaterat till serinet vid position 349 i 3D-strukturen associerad med det aktiva stället, och den stabila polymerisationen av serin- och PAH-strukturerna på detta ställe och de katalytiska egenskaperna hos PAH är också viktiga. Fusetti et al. Bestämde kristallstrukturen hos human PAH (resterna 118-452) och fann att detta enzym och tetramer-kristallisation uppträdde i varje monomer komposition i de katalytiska och tetrameriserande zonerna. Karakteristiken i tetrameriseringszonen är närvaron av utbytearmar som interagerar med andra monomera arter, och därmed bildar en antiparallell spiralspole, och en betydande asymmetri på grund av närvaron av två kelaterande zoner i spiralen som orsakar spiralen Orsakas av en växlande konfiguration. Några av de vanligaste PAH-mutationerna förekommer vid korsningen mellan de katalytiska och tetrameriska regionerna.
Mutationer i olika PAH-gener har olika effekter på PAH-aktivitet och har olika effekter på PAH-strukturen. Camez et al. Avslöjade PAH-mutationer med användning av olika expressionssystem: Leu348Val, Ser349Leu, Val388Met orsakade vikningsfel i PAH-proteiner. Expression av det muterade PAH-proteinet i Escherichia coli visade termisk instabilitet jämfört med vildtyp-PAH-proteinet, och tidsförloppet för nedbrytning var också annorlunda. Bjorgo et al studerade PAH 7 missense-punktmutationer, nämligen R252G / Q, L255V / S, A259V / T och R270S. Det finns också en mutation som heter G272X. När dessa muterade PAH-proteiner samuttrycktes med maltas som ett fusionsprotein i Escherichia coli, visades förmågan att vika och polymerisera humana PAH-proteiner till homotetramerer / dimerer vara defekt, och det mesta av återhämtningen var ingen. Aktiv aggregeringstyp. R252Q och R252G återvinner katalytiskt aktiva tetramerer och dimerer, och R252G återvinner vissa dimerer. De ovannämnda tre mutationerna resulterade i PAH-aktivitet på endast 20%, 44% och 4,4% av vildtypsaktiviteten. När de uttrycktes in vitro med ett kopplat transkription-översättningssystem, utvanns alla muterade PAH: er en blandning av icke-fosforylerade och fosforylerade former med låg allospecifik aktivitet. Alla de variant av PAH-proteiner som uttrycks av dessa PAH-genmutationer är defekta vid oligomerisering, och känsligheten för lyseringsprotein ökas in vitro, stabiliteten i celler minskas och den katalytiska aktiviteten reduceras också i varierande grad. . Alla ovanstående effekter verkar vara resultatet av en störd monomer struktur. Baserat på kristallstrukturen i den mänskliga PAH-katalytiska regionen ger effekten av mutation på vikning och monomeroligomerisering en analytisk.
Dessa är korrelationerna mellan PAH-proteinstruktur och aktivitetsvariation orsakad av mutationer i leverens PAH-gen. 99% av hyperfenylalaninemi eller PKU orsakas av mutationer i PAH-genen, och endast 1% beror på störningar i kofaktorbiosyntes eller regenerering. Mutationer i PAH-genen kan involvera exoner och introner och kan vara missense-mutationer eller nonsensmutationer. Mutationstyper är lite muterade, infogade eller raderade, tidig stoppkodning, skarvning och polymorfism. De muterade genotyperna är homozygota, heterozygota och komplexa heterozygoter. Scriver et al. Granskade PAH-genmutationen 1996. I 26 länder runt om i världen analyserade 81 forskare 3986 mutanta kromosomer och identifierade 243 olika mutationer. I mars 1999 påpekade Zekanowski m.fl. i tidningen att det finns mer än 350 mutationer i PAH-genen i världen. Författarna studerade en PAH-kodande reglerande region: en partiell exon 3-mutation kan orsaka klassisk PKU, mild PKU och mild hyperfenylalaninemi, med mutationer som ofta ligger mellan 71 och 94. Aminosyrarester. Wang Ning påpekade att antalet PAH-genmutationer i världen i april 1998 ökade till 390. I Kina har Xu Lingting och andra rapporter under 1996 identifierat mer än 20 mutationer i PAH-genen och står för cirka 80% av PAH-mutantgenen. De flesta forskare tror att det finns en korrelation mellan genotypen av PAH-mutationen och fenotypen, med undantag för några få patienter. Guldberg et al. Föreslår att inkonsekvensen mellan genotypen och fenotypen av PAH-mutationer hos vissa patienter kan bero på metoder som används för att undersöka mutationer eller på grund av skillnader i fenotypisk klassificering.
PAH-genmutationerna av PKU-patienter i olika länder och regioner är olika.Distributionen av PAH-genmutationstyper i norra och södra Kina är också inkonsekvent. Den vanligaste mutationen i undergruppen av turkiska förfäder var IVS1O-11 G → A (38% av de analyserade allelerna); hos PKU-patienterna i Rumänien var PAH-genmutationen mestadels Arg408Trp (svarande för 47,72% av allelen), Lys363fsdelG ( 13,63%) och Phe225Thr stod för 6,81%, 3 mutationer stod för 70% av de mutanta allelerna; Arg408Trp-mutationer stod för 54,9% i tjeckiska PKU-patienter. Skillnaderna i fördelningen av PAH-genmutationstyper i olika regioner kan återspegla flera mekanismer för PAH-genmutation, inklusive grundareffekt, genetisk drift, hypermutabilitet och selektion. .
Dessa är avvikelserna hos PAH-proteinet orsakat av strukturen, egenskaperna, och mutationer och mutationer i leverens PAH-gen. Förutom uttryck i leverceller uttrycks PAH-proteiner också i icke-levervävnader, inklusive njurar, bukspottkörtel och hjärna. Den primära strukturen för PAH i njuren är förenlig med den i levern, förutom att dess reglering skiljer sig från PAH i levern, men i kroppens fenylalaninbalans kan njurens PAH spela en roll.
Utöver frånvaro eller minskning av lever PAH-aktivitet kan orsaka PKU, och förändringar i kofaktorer av PAH kan också orsakas. Den huvudsakliga kofaktorn som är involverad i verkan av PAH är 5,6,7,8-tetrahydrobiopterin, som hydroxyleras av fenylalanin, tyrosin och tryptofan. En nödvändig kofaktor. Genen som är ansvarig för kodning av denna substans är 6-pyruvoyltetrahydropterinsyntasgenen (PTPS). Om enzymgenen är muterad är PTP bristfällig, och även om PAH-aktiviteten är normal kan PKU orsakas. Ett annat enzym som orsakar PKU är dihydropterinreduktas. Följaktligen involverar patogenesen av PKU åtminstone tre enzymgener, varav en kan orsaka brist eller minskning av PAH-aktivitet, vilket resulterar i PKU.
3. Patologiska förändringar i hjärnan
Det manifesteras som en ospecifik förändring, vanligtvis präglat av en förändring i vitmaterial. Det finns ungefär följande situationer.
(1) Hjärnmognadsproblem. Fostret börjar ha onormal hjärnutveckling i slutet av graviditeten, och vitmaterialet och gråmaterialstratifiering av hjärnan är oklart. Det finns en ektopisk grå substans i den vita materien.
(2) Myelinbildningsstörningar. Myelinbildningen av den kortikala ryggmärgen, cortical-ponsal-cerebellar buntfibrer är mest uppenbar.
(3) gråmaterial och cystisk degeneration av vit substans; dessutom försvann hjärnans mörka materia, pigmenteringen av den blå fläcken och hjärnans vikt minskades.
Undersöka
Kontroll
Relaterad inspektion
Serumfenylalanindenylalanindeaminas-test
Diagnosen av denna sjukdom bör betona tidig diagnos för att få tidig behandling för att undvika mental retardering. Screening för fenylketonuri måste utföras hos nyfödda för tidig diagnos.
1. Screeningmetod
Den internationellt accepterade rutinundersökningsmetoden är den bakteriella hämningsmetoden som upptäckts av Guthrie. Inhemska PKU-screening-kit är tillgängliga. Denna metod uppskattar nivån av fenylalanin i blodet baserat på storleken på den odlade variationen B. subtilis tillväxtzon. Om den uppskattade fenylalaninnivån i blodet är 0,24 mmol / L är den positiv. Denna metod kan användas för barn 3 till 5 dagar efter födseln. Nyfödda bör screenas för nyfödda med familjehistoria.
2. Fenylalaninbelastningstest
Detta test kan direkt förstå aktiviteten hos PAH. Laddningsdosen var 0,1 g / kg oral fenylalanin och den togs under 3 dagar. Blodnivåerna av fenylalanin hos barn med klassisk PKU är över 1,22 mmol / L, medan de med mild typ ofta ligger under 1,22 mmol / L. Det senare resultatet antyder att dessa barn kan vara hyperfenylalaninemi utan PKU. .
3. Etiologisk diagnos
Genen som orsakar fenylketonuri är PAH-genen och den etiologiska diagnosen är att detektera PAH-genmutationen. Detekteringen av PAH-genmutation kan inte bara göra en etiologisk diagnos för patienten, utan också göra en prenatal diagnos för fostret. Det finns en korrelation mellan genotyp och fenotyp hos de flesta patienter. Olika typer av mutationer har olika effekter på PAH-aktivitet, varför detektion av PAH-genmutationer är också användbart för att bestämma prognos och vägleda behandlingen.
Det finns många metoder för att detektera PAH-genmutationer, men en av dem är polymeraskedjereaktion (PCR) kombinerad med en eller två av följande detekteringsmetoder, inklusive enkelsträngad konformationspolymorfism (SSCP) och restriktionsenzymfragmentlängd. Teknisk teknik (RFLP), denaturerande gradientgelelektrofores (DGGE), direkt DNA-sekvensering, mutationsstedsspecifik oligonukleotidprobe (ASO), PCR-polyakrylamidgelelektrofores-silverfärgning, dideoxifingeravtryck Ett förstärkt eldfast mutationssystem (ARMS), en metod för lysning av enzymmatchning och liknande. Det amplifierade DNA: t kan analyseras, och SSCP-analysen kan också utföras på RNA. Proverna analyserades med avseende på perifera blodlymfocyter, och den prenatala diagnosen utfördes för att analysera polära kroppar (gamete-produkter). Analytiska polära kroppar och ASO kan användas för prenatal diagnos, och PAH-genen på kända mutationsställen kan också undersökas med ASO-metoden. Det finns fem vanligaste PAH-genmutationer i Kina: R243Q, Y204C, V399V, Y356X och R413P. Dessa fem PAH-genmutationer står för 56,7%. Punktmutationer är vanligast i mutationer och står för 77,4% av mutationstyperna. Huang Shangzhi föreslog ett snabbt diagnostiskt förfarande för PAH-genmutationer: Steg 1 för mutationsspecifik oligonukleotid-analysanalys, den diagnostiska frekvensen kan nå 66%; Steg 2 för SSCP-analys av exon 4, den diagnostiska hastigheten ökas till 80%; Steg 3 Med SSCP-analys för att detektera flera vanliga mutationsställen, R243Q (exon 7), V339V och Y356X (exon 11), kan diagnosgraden nå 87%.
Metoden för att detektera PTPS-genen är också baserad på PCR och kombinerad med DGGE-metoden för att screena de sex kodande sekvenserna för genen och skarvplatserna för alla PTPS-gener.
Diagnos
Differensdiagnos
Komplex urinvägsinfektion: Komplex urinvägsinfektion hänvisar till: 1 urinvägar har organiska eller funktionella avvikelser, orsakar urinvägsblockering, dåligt urinflöde; 2 urinvägar har främmande kroppar, såsom stenar, inneboende katetrar, etc. 3 njurhinder, såsom urinvägsinfektioner på grund av kronisk njurparenkymal sjukdom, mestadels pyelonefrit, kan orsaka njurskador. Långvarig upprepad infektion eller ofullständig behandling kan utvecklas till kroniskt njursvikt (CRF).
Specifikt aminosyraurin: främst treonin serin histidin alanin hydroxiprolin utsöndring är normal, så det kan skiljas från all aminosyra urin glycin valin och hydroxiprolin utsöndring kan skiljas från iminoglycin urin Utsöndring av två basiska aminosyror i urinen är också normalt att skilja från cystinurin.
PKU är en ärftlig sjukdom, så nyfödda har hyperfenylalaninemi. Eftersom de inte äter är koncentrationen av fenylalanin i blodet och dess skadliga metaboliter inte hög, så det finns ingen klinisk manifestation vid födseln. Om den nyfödda inte screenas för fenylketonuri ökar fenylalaninet och dess metaboliter i blodet gradvis med den förlängda matningstiden, och de kliniska symtomen visar sig gradvis.
