Fenylalaninemetabolismestoornis
Invoering
introductie Fenylketonurie (PKU) is een erfelijke ziekte veroorzaakt door een tekort of verlies van activiteit van fenylalaninehydroxylase (PAH) in de lever. Het komt vaker voor bij erfelijke aminozuurmetabolisme-deficiënte ziekten. Het genetische patroon van deze ziekte is autosomaal recessieve overerving. De klinische manifestaties waren niet uniform.De belangrijkste klinische kenmerken waren mentale retardatie, mentale en neurologische symptomen, eczeem, huidkrassen, pigmentatie en rattengeur en abnormale EEG. Als vroege diagnose en vroege behandeling beschikbaar zijn, treden de bovengenoemde klinische manifestaties mogelijk niet op, is intelligentie normaal en kunnen EEG-afwijkingen worden hersteld.
Pathogeen
Oorzaak van de ziekte
(1) Oorzaken van de ziekte
Naarmate de leeftijd toeneemt, wordt de hoeveelheid fenylalanine die wordt ingenomen voor synthetisch eiwit geleidelijk verminderd. Na de geboorte is de dagelijkse inname van fenylalanine ongeveer 0,5 g en voor kinderen en volwassenen is dit verhoogd tot 4 g. Het grootste deel is geoxideerd tot tyrosine, een proces dat voornamelijk afhankelijk is van fenylalaninehydroxylase (PAH), maar ook betrokkenheid van de cofactor vereist. Als dit oxidatieproces wordt belemmerd, hoopt fenylalanine zich op in het lichaam.In dit geval wordt fenylalanine op andere manieren gemetaboliseerd om fenylpyruvaat-schadelijke stoffen te produceren. Fenylketonurie (PKU) is een erfelijke ziekte die wordt veroorzaakt door verminderde of afwezige PAK-activiteit. Verminderde PAK-activiteit remt ook tyrosine en vermindert de melanineproductie, en hydroxyfenylpyruvase wordt geremd waardoor hydroxybenzoëzuur zich ophoopt in het lichaam.
De ziekte is autosomaal recessief en het gemuteerde gen bevindt zich op de lange arm van chromosoom 12 (12q24.1) De kleine mutatie van dit gen kan de ziekte veroorzaken, niet vanwege genverwijdering. Het is een erfelijke ziekte veroorzaakt door het huwelijk van twee heterozygoten.De nakomelingen van naaste familieleden komen vaker voor en ongeveer 40% van de kinderen is ziek. Vanwege de mutatie van het fenylalanine-hydroxylasegen, is de fenylalanine-hydroxylasetekort in de lever een fundamentele biochemische afwijking van de ziekte. Als het basenpaar van de mutatie anders is, varieert de ernst van de klinische manifestaties sterk en kan deze zich manifesteren als een typische PKU of milde hyperfenylalaninemie.
(twee) pathogenese
Fenylalanine (PA) is een essentieel aminozuur dat betrokken is bij de vorming van verschillende eiwitcomponenten, maar dat niet bij mensen kan worden gesynthetiseerd. Onder normale omstandigheden wordt ongeveer 50% van de ingenomen PA gebruikt om verschillende componenten van het eiwit te synthetiseren en wordt de rest omgezet in tyrosine door de werking van fenylalaninehydroxylase en vervolgens omgezet in tyrosine door andere enzymen. Dopa, dopamine, adrenaline, noradrenaline en melanine. Fenylalaninehydroxylase is een complex enzymsysteem, dat naast het hydroxylase zelf ook dihydropterinereductase en co-enzym tetrahydrobiopterine bevat.Elk enzymtekort kan een toename van fenylalanine in het bloed veroorzaken.
Wanneer PA-hydroxylase deficiënt is, wordt fenylalanine dat niet betrokken is bij de synthese van het eiwit van de eerste stap verzameld in plasma en afgezet in hele lichaamsweefsels inclusief de hersenen. Het fenylalanine in het bloed wordt voorbij de nierdrempel afgevoerd, wat resulteert in fenylalanine aminozuur urine.
Nadat de hoofdroute van PA (hydroxylering) is geblokkeerd, wordt de secundaire metabole route van PA compenserend verhoogd en wordt het soortelijk gewicht van PA omgezet in fenylpyruvaat, fenyllactaat, n-hydroxyfenylazijnzuur en fenylazijnzuur. Normaal wordt deze metabole bypass zeer weinig uitgevoerd, dus het gehalte van deze metabolieten is extreem klein; wanneer PA-hydroxylase tekort is, bereiken deze metabolieten abnormaal verhoogde niveaus, opgehoopt in weefsels, plasma en hersenvocht, en een groot aantal. Uitgescheiden uit de urine, resulterend in fenylketonurie.
1. Volgens het verschil van biochemische defecten kan worden onderverdeeld in:
(1) Typische PKU: aangeboren fenylalanine hydroxylase-deficiëntie.
(2) persistente hyperfenylalaninemie: gevonden in fenylalanine hydroxylase isomerase-deficiëntie of heterozygote fenylketonurie, verhoogde bloedfenylalanine.
(3) voorbijgaande milde hyperfenylalaninemie: komt vaker voor bij premature baby's, wordt veroorzaakt door een vertraagde volwassenheid van fenylalaninehydroxylase.
(4) Fenylalanine-aminotransferasedeficiëntie: hoewel het gehalte aan fenylalanine in het bloed is verhoogd, is het mogelijk dat fenylpyruvaat en hydroxyfenylazijnzuur in urine niet worden verhoogd en tyrosine in het bloed niet wordt verhoogd na orale toediening van een lading fenylalanine.
(5) Dihydropterine-reductase-deficiëntie: volledig of gedeeltelijk gebrek aan enzymactiviteit, naast het beïnvloeden van de ontwikkeling van de hersenen, kan basale ganglia-verkalking veroorzaken.
(6) Defecten met dihydropterinesynthese: gebrek aan methanol, ammoniakdehydratase of andere enzymen.
De typische PKU-kinderen hebben bij de geboorte een normaal zenuwstelsel Vanwege het ontbreken van neurobeschermende maatregelen bij kinderen met homozygoten wordt het zenuwstelsel gedurende lange tijd blootgesteld aan fenylalanine. Als de moeder homozygoot is, is het fenylalaninegehalte in het bloed hoog, is het kind heterozygoot, kan het centraal zenuwstelsel schade oplopen in de baarmoeder en manifesteert de geboorte zich als mentale retardatie.
Gewone PKU en sommige milde en ernstige varianten, de vroege stadia van de ziekte kunnen zonder behandeling geestelijk worden afgebroken. Er wordt gespeculeerd dat het een allelmutant kan zijn, gemanifesteerd als hyperfenylalaninemie, geen fenylketonurie en betrokkenheid van het zenuwstelsel. Bovendien kan zelfs een klein aantal (ongeveer 3%) patiënten die hyperfenylalaninemie beheersen, geen progressie van neurologische aandoeningen voorkomen.
2. Moleculair biologieonderzoek
Normaal humaan PAH-eiwit heeft een vouw en heeft een ijzerbindingsplaats. Het onderhoud van de structuur van de ijzerbindingsplaats is gerelateerd aan de serine op positie 349 in de 3D-structuur geassocieerd met de actieve plaats, en de stabiele polymerisatie van de serine- en PAK-structuren op deze plaats en de katalytische eigenschappen van PAK zijn ook belangrijk. Fusetti et al. Bepaalden de kristalstructuur van menselijk PAK (residuen 118-452) en vonden dat deze enzym- en tetrameerkristallisatie in elke monomere samenstelling van de katalytische en tetramineringszones verscheen. Het kenmerk in de tetramerisatiezone is de aanwezigheid van uitwisselingsarmen die interageren met andere monomere soorten, waardoor een antiparallelle spiraalvormige spiraal wordt gevormd, en een significante asymmetrie, vanwege de aanwezigheid van twee chelerende zones in de spiraal die de spiraal veroorzaken Veroorzaakt door een alternatieve configuratie. Enkele van de meest voorkomende PAK-mutaties treden op bij de kruising van de katalytische en tetramere regio's.
Mutaties in verschillende PAK-genen hebben verschillende effecten op PAK-activiteit en hebben verschillende effecten op PAK-structuur. Camez et al. Onthulden PAH-mutaties met behulp van verschillende expressiesystemen: Leu348Val, Ser349Leu, Val388Met veroorzaakte vouwdefecten in PAH-eiwitten. Expressie van het gemuteerde PAH-eiwit in Escherichia coli vertoonde thermische instabiliteit in vergelijking met het wildtype PAH-eiwit en het tijdsverloop van afbraak was ook anders. Bjorgo et al. Hebben PAH 7 missense-puntmutaties bestudeerd, namelijk R252G / Q, L255V / S, A259V / T en R270S. Er is ook een mutatie genaamd G272X. Wanneer deze gemuteerde PAH-eiwitten samen tot expressie werden gebracht met maltase als een fusie-eiwit in Escherichia coli, bleek het vermogen om menselijke PAH-eiwitten te vouwen en te polymeriseren tot homotetrameren / dimeren defect te zijn en was het meeste herstel niet. Actief aggregatietype. R252Q en R252G winnen katalytisch actieve tetrameren en dimeren terug en R252G herstelt enkele dimeren. De bovengenoemde drie mutaties resulteerden in PAK-activiteit van respectievelijk slechts 20%, 44% en 4,4% van de wildtype activiteit. Wanneer in vitro tot expressie gebracht door een gekoppeld transcriptietranslatiesysteem, wonnen alle gemuteerde PAK's een mengsel van niet-gefosforyleerde en gefosforyleerde vormen met lage allo-specifieke activiteit. Alle door deze PAH-genmutaties tot expressie gebrachte variant PAH-eiwitten zijn defect bij oligomerisatie en de gevoeligheid voor lyse van restrictie-eiwitten is in vitro verhoogd, de stabiliteit in cellen is verminderd en de katalytische activiteit is ook in verschillende mate verminderd. . Alle voorgaande effecten lijken het gevolg te zijn van een ongeordende monomere structuur. Gebaseerd op de kristalstructuur van het humane PAH-katalytische gebied, verschaft het effect van mutatie op vouwing en monomeeroligomerisatie een analytisch.
Dit zijn de correlaties tussen PAH-eiwitstructuur en activiteitsvariatie veroorzaakt door mutaties in het PAH-gen van de lever. 99% van hyperfenylalaninemie of PKU wordt veroorzaakt door mutaties in het PAH-gen, en slechts 1% is te wijten aan stoornissen in de biosynthese van cofactoren of regeneratie. Mutaties in het PAH-gen kunnen exons en introns omvatten en kunnen missense-mutaties of onzinmutaties zijn. Mutatietypes zijn een beetje gemuteerd, ingevoegd of verwijderd, vroege stopcodering, splicing en polymorfisme. De gemuteerde genotypen zijn homozygoot, heterozygoot en complexe heterozygoten. Scriver et al. Hebben de PAH-genmutatie in 1996 beoordeeld. In 26 landen over de hele wereld hebben 81 onderzoekers 3986 mutante chromosomen geanalyseerd en 243 verschillende mutaties geïdentificeerd. Tegen maart 1999 wezen Zekanowski et al. In de krant op dat er meer dan 350 mutaties in het PAH-gen in de wereld zijn. De auteurs bestudeerden een voor PAH coderend regulerend gebied: een gedeeltelijke exon 3-mutatie kan klassieke PKU, milde PKU en milde hyperfenylalaninemie veroorzaken, met mutaties die zich vaak tussen 71 en 94 bevinden. Aminozuurresten. Wang Ning wees erop dat het aantal PAH-genmutaties in de wereld in april 1998 was gestegen tot 390. In China hebben Xu Lingting en andere rapporten in 1996 meer dan 20 mutaties in het PAH-gen geïdentificeerd, goed voor ongeveer 80% van het PAH-mutante gen. De meeste wetenschappers zijn van mening dat er een verband bestaat tussen het genotype van de PAH-mutatie en het fenotype, met uitzondering van enkele patiënten. Guldberg et al. Suggereren dat de inconsistentie tussen het genotype en het fenotype van PAH-mutaties bij sommige patiënten mogelijk te wijten is aan methoden die zijn gebruikt om mutaties te onderzoeken of aan verschillen in fenotypische classificatie.
De PAH-genmutaties van PKU-patiënten in verschillende landen en regio's zijn verschillend en de distributie van PAH-genmutatiesoorten in Noord- en Zuid-China is ook inconsistent. De meest voorkomende mutatie in de subgroep van Turkse voorouders was IVS1O-11 G A (38% van de geanalyseerde allelen); bij de PKU-patiënten in Roemenië was de PAH-genmutatie meestal Arg408Trp (goed voor 47,72% van het allel), Lys363fsdelG ( 13,63%) en Phe225Thr waren goed voor 6,81%, 3 mutaties waren goed voor 70% van de mutante allelen; Arg408Trp-mutaties waren goed voor 54,9% bij Tsjechische PKU-patiënten. De verschillen in de verdeling van typen PAH-genmutatie in verschillende regio's kunnen meerdere mechanismen van PAH-genmutatie weerspiegelen, waaronder het oprichtereffect, genetische drift, hypermutabiliteit en selectie. .
Dit zijn de afwijkingen van het PAH-eiwit die worden veroorzaakt door de structuur, eigenschappen en mutaties en mutaties van het PAH-gen van de lever. Naast expressie in levercellen, worden PAK-eiwitten ook tot expressie gebracht in niet-leverweefsels, waaronder de nier, pancreas en hersenen. De primaire structuur van PAK in de nier is consistent met die in de lever, behalve dat de regulatie ervan verschilt van PAK in de lever, maar in de fenylalaninebalans van het lichaam kan de PAK van de nier een rol spelen.
Naast de afwezigheid of vermindering van lever kan PAH-activiteit PKU veroorzaken, en veranderingen in co-factoren van PAH kunnen ook worden veroorzaakt. De belangrijkste cofactor die betrokken is bij de werking van PAK is 5,6,7,8-tetrahydrobiopterine, dat wordt gehydroxyleerd door fenylalanine, tyrosine en tryptofaan. Een noodzakelijke cofactor. Het gen dat verantwoordelijk is voor het coderen van deze stof is het 6-pyruvoyltetrahydropterinesynthase (PTPS) -gen. Als het enzymgen is gemuteerd, is PTP deficiënt en zelfs als de PAH-activiteit normaal is, kan PKU worden veroorzaakt. Een ander enzym dat PKU veroorzaakt is dihydropterin-reductase. Dienovereenkomstig omvat de pathogenese van PKU ten minste drie enzymgenen, waarvan er een een tekort of afname van PAK-activiteit kan veroorzaken, wat resulteert in PKU.
3. Pathologische veranderingen in de hersenen
Het manifesteert zich als een niet-specifieke verandering, meestal gekenmerkt door een verandering in witte stof. Er zijn grofweg de volgende situaties.
(1) Aandoeningen van hersenvolwassenheid. De foetus begint abnormale ontwikkeling van de hersenen te hebben in de late zwangerschap en de witte en grijze gelaagdheid van de hersenen zijn onduidelijk. Er zit een ectopische grijze massa in de witte stof.
(2) Myelinevormingsstoornissen. De myelinevorming van het corticale ruggenmerg, corticale-ponsale-cerebellaire bundelvezels is het meest voor de hand liggend.
(3) grijze materie en witte stof cystische degeneratie; bovendien verdwenen de donkere materie van de hersenen, de pigmentatie van de blauwe vlek en het gewicht van de hersenen werd verminderd.
Onderzoeken
inspectie
Gerelateerde inspectie
Serum fenylalanine fenylalanine deaminase test
De diagnose van deze ziekte moet de nadruk leggen op vroege diagnose om een vroege behandeling te krijgen om mentale retardatie te voorkomen. Screening op fenylketonurie moet bij pasgeborenen worden uitgevoerd voor vroege diagnose.
1. Screeningsmethode
De internationaal geaccepteerde routinematige screeningmethode is de bacteriële remmingsmethode die Guthrie heeft ontdekt. Binnenlandse PKU-screeningkits zijn beschikbaar. Deze methode schat het niveau van fenylalanine in het bloed op basis van de grootte van de gekweekte variabiliteit B. subtilis groeizone. Als het geschatte bloedfenylalanineniveau 0,24 mmol / L is, is dit positief. Deze methode kan worden gebruikt voor baby's 3 tot 5 dagen na de geboorte. Pasgeborenen moeten worden gescreend op pasgeborenen met een familiegeschiedenis.
2. Fenylalanine belastingstest
Deze test kan de activiteit van PAH direct begrijpen. De oplaaddosis was 0,1 g / kg oraal fenylalanine en deze werd gedurende 3 dagen ingenomen. De bloedspiegels van fenylalanine bij kinderen met klassieke PKU liggen boven 1,22 mmol / L, terwijl die met een mild type vaak lager zijn dan 1,22 mmol / L. Het laatste resultaat suggereert dat deze kinderen hyperfenylalaninemie kunnen zijn zonder PKU. .
3. Etiologie diagnose
Het gen dat fenylketonurie veroorzaakt, is het PAH-gen en de etiologische diagnose is het detecteren van de PAH-genmutatie. De detectie van PAH-genmutatie kan niet alleen een etiologische diagnose voor de patiënt maken, maar ook een prenatale diagnose voor de foetus. Er is een verband tussen genotype en fenotype bij de meeste patiënten. Verschillende soorten mutaties hebben verschillende effecten op PAH-activiteit, daarom is detectie van PAH-genmutaties ook nuttig voor het bepalen van de prognose en de leidende behandeling.
Er zijn veel methoden voor het detecteren van PAH-genmutaties, maar een daarvan is polymerasekettingreactie (PCR) gecombineerd met een of twee van de volgende detectiemethoden, waaronder enkelstrengs conformatiepolymorfisme (SSCP) en lengte van het restrictie-enzymfragment. State of the art (RFLP), denaturerende gradiëntgelelektroforese (DGGE), directe DNA-sequencing, mutatie-site-specifieke oligonucleotide probe (ASO), PCR-polyacrylamide gelelektroforese-zilverkleuring, dideoxy-fingerprinting Een amplificatie refractair mutatiesysteem (ARMS), een enzym mismatch lysis-methode en dergelijke. Het geamplificeerde DNA kan worden geanalyseerd en de SSCP-analyse kan ook worden uitgevoerd op het RNA. De monsters werden geanalyseerd op perifere bloedlymfocyten en de prenatale diagnose werd uitgevoerd om polaire lichamen (gameteproducten) te analyseren. Analytische polaire lichamen en ASO kunnen worden gebruikt voor prenatale diagnose, en het PAH-gen van bekende mutatiesites kan ook worden onderzocht met de ASO-methode. Er zijn vijf meest voorkomende PAH-genmutaties in China: R243Q, Y204C, V399V, Y356X en R413P. Deze vijf PAH-genmutaties zijn goed voor 56,7%. Puntmutaties komen het meest voor bij mutaties, goed voor 77,4% van de mutatietypes. Huang Shangzhi stelde een snelle diagnostische procedure voor PAK-genmutaties voor: Stap 1 voor mutatiespecifieke oligonucleotide probe-analyse, het diagnostische percentage kan 66% bereiken; Stap 2 voor SSCP-analyse van exon 4, het diagnostische tarief wordt verhoogd tot 80%; Stap 3 Met behulp van SSCP-analyse om verschillende gemeenschappelijke mutatieplaatsen te detecteren, R243Q (exon 7), V339V en Y356X (exon 11), kan de diagnostische snelheid 87% bereiken.
De methode voor het detecteren van het PTPS-gen is ook gebaseerd op PCR en gecombineerd met de DGGE-methode om de zes coderende sequenties van het gen en de splitsingsplaatsen van alle PTPS-genen te screenen.
Diagnose
Differentiële diagnose
Complexe urineweginfectie: complexe urineweginfectie verwijst naar: 1 urinewegen heeft organische of functionele afwijkingen, die urinewegobstructie, slechte urinestroom veroorzaken; 2 urinewegen heeft vreemde lichamen, zoals stenen, inwonende katheters, etc. 3 Nierobstructie, zoals urineweginfecties op basis van chronische nierparenchymale aandoeningen, meestal pyelonefritis, kan nierbeschadiging veroorzaken. Langdurige herhaalde infectie of onvolledige behandeling kan zich ontwikkelen tot chronisch nierfalen (CRF).
Specifiek aminozuur urine: voornamelijk threonine serine histidine alanine hydroxyproline uitscheiding is normaal, dus het kan worden onderscheiden van alle aminozuur urine glycine valine en hydroxyproline uitscheiding kan worden onderscheiden van iminoglycine urine De uitscheiding van twee basische aminozuren in de urine is ook normaal te onderscheiden van cystine-urine.
PKU is een erfelijke ziekte, dus neonaten hebben hyperfenylalaninemie Omdat ze niet eten, is de concentratie van fenylalanine in het bloed en de schadelijke metabolieten ervan niet hoog, dus er is geen klinische manifestatie bij de geboorte. Als de pasgeborene niet wordt gescreend op fenylketonurie, nemen de fenylalanine en zijn metabolieten in het bloed geleidelijk toe met de verlengde voedertijd en manifesteren de klinische symptomen zich geleidelijk.
