罕见病异戊酸血症的诊治进展与预防＊

段芳芳，黄慧，郭智彬

（江西省儿童医院中心实验室，南昌 330006）

2020 年2 月29 日是第十三个国际罕见病日，目前世界上有超过7000 种罕见病，其共同特征如下:⑴对人体危害大；⑵对症治疗的药物少导致药物难寻；⑶几乎没有有效的根治方法。 由于罕见病的特殊性，加之儿童疾病诊断的复杂性，儿科疑难罕见病异戊酸血症（IVA）的诊治过程可谓“难上加难”，大多数罕见病进行正确的遗传咨询和产前诊断可有效预防。 近年来基因组学、代谢组学的发展为诊治IVA 提供了广阔前景。

全球各地区因为人种以及地理环境的原因,异戊酸血症IVA 的发病率存在较大差异。 中国大陆发病率约为1:190000[1]，其中福建泉州为1:100000[2],浙江省筛查为1:265900[3]；中国台湾为1:365000；其他国家地区如德国发病率为1:62500，美国发病率为1:250000, 澳大利亚IVA 发病率为1:622489[4]。

本文拟探讨国内外经典型儿童罕见病异戊酸血症最新诊治进展，从该病的发病机制、临床特征和临床诊断、治疗预后、遗传咨询等临床实际进行分析， 根据已确诊异戊酸血症儿童在接受合理的饮食和药物干预治疗获得的预后效果进行评价。

1 发病机制

IVA 是由于在亮氨酸分解代谢中异戊酰辅酶A 脱氢酶（Isovaleryl-CoA dehydrogenase，IVD）缺陷而导致异戊酸、3-羟基异戊酸、异戊酰甘氨酸和异戊酰肉碱体内蓄积导致的一种常染色体隐性遗传疾病。 IVD 基因编码的线粒体酶异戊酰辅酶A 脱氢酶是一种含有黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的酶，由4 个相同的亚基组成是线粒体的一种四聚体黄素蛋白酶[1,4]，属于异戊酰辅酶A 脱氢酶家族中的一员， 在亮氨酸代谢的第三步异戊酰辅酶A 被氧化生成3-甲基巴豆酰辅酶A 中发挥关键作用；亮氨酸代谢示意图，见图1。

图1 亮氨酸代谢途径示意图

2 临床特征及现有诊断技术

2.1 临床特征 IVA 主要分为三种类型： 急性新生儿型和慢性间歇性及无症状型。前两种为典型IVA类型， 表型不同但都是由于异戊酰辅酶A 脱氢酶活性缺陷导致的，无症状型患者是指生化指标异常而无临床症状的非典型IVA 类型[1]。 急性新生儿型多在新生儿期2 周内急性发病，患者可出现低体温和脱水情况，表现为喂养困难、恶心、呕吐、惊厥、汗脚味等。患者在度过新生儿期的急性发作之后将进展为慢性间歇期，临床表现为慢性间歇发作且非特异性生长发育落后，有特殊的“汗脚味”；发作常由上呼吸道感染和摄入高蛋白质饮食诱发，反复发生呕吐、嗜睡进展为昏迷、酸中毒伴酮尿，限制蛋白质饮食并输注葡萄糖可缓解发作。

2.2 实验室诊断 血串联质谱和尿有机酸气相质谱分析发现异戊酰肉碱（C5）和异戊酰甘氨酸水平明显升高可确诊IVA[1]。 异戊酰甘氨酸没有毒性且很容易从尿液中排出从而被气相色谱-质谱检测[5]，在尿中发现大量的异戊酰甘氨酸是具有诊断意义的检查指标；在血滤纸片中，升高的异戊酰肉碱（C5）也具有重要的诊断意义，串联质谱现已成为筛查遗传代谢性疾病异戊酸血症的首选手段[6,7]。异戊酸血症患儿较正常儿童血尿中异戊酰甘氨酸、异戊酰肉碱浓度值较大，特异性强，筛查较明显，异戊酸血症的临床表现容易与其他有机酸血症和尿素循环障碍相混淆， 需要串联质谱结合气相质谱鉴别诊断，灵敏度高分析准确。 在成纤维细胞、淋巴细胞、 羊水细胞进行IVD 酶活性分析以及外周血白细胞DNA 分析也是实验室异戊酸血症的辅助诊断，但普及率和应用率不高。

有机酸遗传代谢疾病种类较多， 随着人们饮食和居住环境的改变， 不同疾病之间的相互影响对精确诊断IVA 带来挑战， 开发不同层面的诊断技术对已有的血尿质谱技术进行辅助辨别诊断是时代前进的必然趋势， 对降低IVA 漏诊率和误诊率并提高国民健康水平具有重要价值。

2.3 鉴别诊断 头孢托仑酯为第三代新型口服头孢菌素类抗生素， 有文章表明服用新戊酸酯的前药头孢托仑酯会影响血液中C5（异戊酰肉碱）的含量从而带来异戊酸血症的假阳性诊断[8-10]。 此外新戊酸衍生物可以作为润肤剂用于化妆品行业，新生儿母亲使用新戊酸衍生物乳头药膏或者使用青霉素类抗生素进行母乳喂养，均会导致C5 升高产生假阳性诊断。 英国学者研究筛选新生儿，发现阳性结果中假阳性结果比例高达78%[11]；Boemer 等也报告[9]，在比利时18 个月期间收集到50 个假阳性新生儿IVA 病例。 在给药结束后血液中升高的C5 浓度水平得以恢复， 这种现象在新生儿家庭中应引起警惕重视并规律进行随访。 研究母乳前清洁乳头是否能降低新生儿的C5 水平是很有价值的，此外C5 肉碱在新生儿血液中的浓度和母乳喂养时间的相关性值得进一步探究阐明。

2.4 诊断进展

2.4.1 磁共振成像 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)，成像速度快，组织分辨率高，极大地推动了医学、 神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 MRI 检查已经成为一种常见的影像检查方式， 尽管在IVA 中已广泛描述了利用气相色谱和质谱联用技术诊断生化改变的情况,但很少报道使用脑部MRI 成像技术进行诊断。 Wani 等人[12]曾报道过急性间歇性新生儿IVA 病例， 患者脑磁共振成像（MRI）双侧膝状核对称信号强度显著改变，在T1W 和T2W 区图像上显示为基底节的高强度信号强度。 这可能是在急性代谢期异戊酸穿过血脑屏障而导致蛋白质或髓磷脂分解产物沉积有关， 同时IVD 缺乏引起的代谢产物积累也会引起基底神经节MRI 信号改变[13]。 双侧基底神经节的T1W 区高信号强度的鉴别诊断包括慢性肝病、急性肝脏失调代谢、高氨血症等。 目前临床使用MRI技术诊断IVA 较新颖还没有被广泛应用， 文献报道很少缺乏病例统计， 在IVA 发病期间的病程改变是否可以导致MRI 脑部成像的改变需更多数据加以证明， 但使用MRI 技术检测双侧苍白球超强信号强度改变可以帮助正确诊断IVA，作为一个值得探索的方向具有重要意义。

2.4.2 生物标志物 近年来， 通过代谢组学研究发现新的生物标志物成为罕见病临床诊断的新方向。 De Biase 等[14]研究发现IVA 患者体内显示3-羟基异戊酸、甲基琥珀酸和甲磺酸大量增加。 甲基琥珀酸是由游离异戊酸通过细胞色素p450 相关的ω 氧化体系降解脱氢而形成,因此尿液中发现甲基琥珀酸和甲磺酸大量增加可与异戊酸血症进行关联考虑。 另有文献报道，有机酸血症的长期并发症是由于丝裂素代谢受损造成的[15]。FGF 家族成员具有广泛的促有丝分裂和细胞存活活性功能[16,17],其中FGF-21 成员在丝裂素代谢受损过程有重要作用。血清中成纤维细胞生长因子FGF-21 具有很好的稳定性，高的特异性和敏感性，并且可以实现快速廉价测定[18,19]。 Molema 等[15]研究发现并证实稳定代谢期测定的FGF-21 具有作为异戊酸血症的生物标志物的潜力， 这可能是首个与线粒体功能障碍相关的异戊酸血症疾病有效候选生物标志物。目前缺乏文献报道FGF-21 作为异戊酸血症确诊的生物标志物阳性准确率， 异戊酸血症生物标志物FGF-21 在病程中影响机制的研究结果还有待进一步确定。 此外还有文献报道一种类似于分子内重排的异常代谢物异戊酰葡糖醛酸苷与异戊酸血症的急性发作有关[20]。近年来通过代谢组学研究异戊酸血症等罕见病的特异生物标志物成为临床诊断的一个重要研究方向。

2.4.3 基因诊断 基因诊断是基于人类固有的遗传信息进行检测,已成为各类遗传代谢病精准分型诊断的最有力依据。 近年来随着二代测序（next generation sequencing,NGS）技术在遗传代谢疾病领域的广泛应用，IVD 的基因谱库越来越丰富，对IVD 的及时诊断与排查发挥着越来越重要的作用。基于靶向基因捕获的高通量测序是针对特定基因外显子区域定制探针,经富集后利用高通量测序技术进行测序分析[21]。 人类IVD 基因位于15q14-15号染色体上，由12 个外显子组成，该基因长15kb。到目前为止， 超过100 个突变的IVD 基因已经在IVA 患者中被确定目前被列入了人类基因突变数据库中[22-24]，包括错义突变、剪接突变和框架移位。不同国家人种的基因变异类型也有差别， 墨西哥频率较高的的等位基因变异类型为c.158G＞C[25]，其中德国新生儿筛查诊断的突变型IVD 等位基因几乎有一半是一种常见的复发性基因突变(c.932C＞T;Ala282Val)且这种突变多导致轻度或无症状的 IVA 表型[22]，c.1208A＞G(p.Y403C)是中国台湾和大陆常见的热点基因突变[4]。 IVA 患者的基因变异类型繁杂， 未来应逐步建立并完善IVA 的表型/基因型相关谱库为临床的及时发现和诊断打好理论基础。

3 治疗进展

异戊酸血症治疗主要包括特殊的饮食治疗和药物治疗。 在异戊酸血症期间引起的高氨血症急性临床治疗中可以选择静脉注射葡萄糖和脂类等以促进合成代谢， 肉碱以促进尿中有机酸酯的排泄， 以及用碳酸氢盐替代氯化物来改善代谢性酸中毒症状[26,27]，危重症患者必要时需进行血液透析快速排泄代谢毒物。 由于IVD 缺陷导致异戊酰CoA 衍生物的积累， 而这些衍生物会具有部分神经毒性，Grünert 等人[13]提出 IVA 血症影响患者的神经认知， 但可以通过治疗来预防。 在早期治疗下， 避免新生儿死亡和改善神经和认知结果的能力从而增强了IVA 合格的新生儿筛查。 随着治疗技术的普及和发展， 在早期诊断的情况下多数患者发育良好，预后显著提高。

4 疾病预防与遗传咨询

异戊酸血症虽然是先天性疾病，但早期诊断、及时治疗以及治疗的饮食控制等手段对患者的症状改善及预防作用具有很重要的临床意义。 临床预防的手段主要通过仔细的临床观察，如呕吐、昏迷、体臭等进行初级辨别、预防；其次收治入院并经过临床确诊后，控制亮氨酸饮食摄入；最后将异戊酸转化到无毒且容易排出的代谢物[28,29]，可以达到较好的预后效果。

目前异戊酸血症尚无根治方案， 因此及时进行三级预防包括孕前筛查， 孕期诊断及新生儿筛查，对做到早发现早诊断早治疗具有重要意义。 向具有已知危险因素的家庭提供适当的遗传咨询，有助于社会机构对怀孕夫妇进行适当的管理，针对性的基因突变分析可以让医生对携带者进行筛查，从而获得更有效的产前诊断。 国家组织的产前诊断和遗传咨询对减轻当地社会的卫生负担是非常关键的[30]。包括IVA 在内的罕见病等在众多国家和地区都有报道，Al-Shamsi 等人[31]强调实施包括遗传咨询和新生儿筛查在内的强化预防计划是合理可行的，确定人群罕见病相关基因突变谱，降低罕见病新生儿的出生率，提高我省人口素质，对提高社会效益和家庭的幸福感是非常有意义的。

5 结论与展望

从代谢组学、 分子生物学以及先进的医疗器材等不同层面进行的IVA 诊断探索都是医疗体系的进步和发展，也是科研成果相互浓缩的结晶。 新的诊断技术的出现不但可以辅助现有的质谱诊断技术以适应现代环境的变化， 而且是治疗IVA 的重要手段。

目前关于串联质谱结合气相质谱对异戊酸血症的诊断检测技术已相当成熟， 结合生物标志物和代谢物筛查和MRI 技术可以进一步提高该疾病确诊的准确度以及预后率。 关于异戊酸血症等常见的支链有机酸血症的诊断技术应进一步开发，国家和政府应加强新技术诊断的扶持力度， 并重视遗传咨询人才培养在基因分子层面进行遗传代谢疾病的可行性探索。 随着基因分子生物水平的前沿技术快速发展，科研开发和应用的不断深入，有望在未来通过转化医学进而惠及到临床患者。