左旋肉碱治疗原发性肉碱缺乏症的临床研究进展

李娴,于飞

(1.湖北医药学院湖北省妇幼保健院培养基地,武汉 430070;2.湖北省妇幼保健院儿童内分泌与遗传代谢科,武汉 430070)

原发性肉碱缺乏症(primary carnitine deficiency,PCD)是SLC22A5基因突变导致其细胞膜上肉碱转运体(organic cation transporter type-2,OCTN2)功能受损,造成细胞内左旋肉碱缺乏,导致脂肪酸氧化代谢障碍,是一种常染色体隐性遗传病[1]。PCD主要表现为急性低酮性低血糖、心肌病、骨骼肌病,甚至心源性猝死。不同国家或种族人群的PCD发病率为1/40 000～1/120 000,中国报道的不同地区发病率差异较大,为1/8 938～1/45 000[2]。随着新生儿疾病筛查工作的广泛开展,发现我国PCD患者实际发病率远超之前公布的统计数据,给社会带来巨大负担[3]。PCD是少数可治疗的遗传代谢病之一,左旋肉碱为其主要治疗药物,安全有效,但近年来,有学者认为口服左旋肉碱有一定副作用,有增加患心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的潜在风险[4]。笔者就左旋肉碱治疗PCD的临床研究进展综述如下。

1 左旋肉碱与PCD

健康人体内左旋肉碱(3-羟基-4-三甲基铵丁酸)3/4为外源性饮食摄入(以红肉类和奶制品为主),1/4为内源性自身合成(以赖氨酸和甲硫氨酸为原料,主要在肝肾进行)[5]。左旋肉碱具有生物活性,主要功能是作为载体协助长链脂肪酸从胞质转运至线粒体基质中进行β-氧化,减少细胞内过多脂肪酸的蓄积造成毒性作用,同时也为心肌、骨骼肌及肝脏等多脏器提供能量,尤其处于应激或感染情况下明显[6]。此外,左旋肉碱还可通过降低乙酰辅酶A(乙酰CoA)/CoA比率,提高丙酮酸脱氢酶复合体的活性,促进糖的有氧氧化;提高线粒体呼吸链酶复合体的活性,加速产生三磷酰酐(ATP),为机体供能[7]。

PCD患者可出现心肌、骨骼肌、肝脏等组织的慢性进行性损害表现,也可急性起病,临床表现个体差异明显,成年期可发生易疲劳或无症状患病等;任何年龄患者都可因急性能量代谢障碍危象或急性心力衰竭而猝死[8]。对于高度依赖脂肪酸氧化代谢供能的脏器(心脏、骨骼肌等),更容易出现损害,补充左旋肉碱可促进心肌、骨骼肌细胞内脂肪酸β-氧化过程,有效改善细胞能量代谢,促进细胞功能恢复,起到保护脏器功能作用,有效降低猝死风险[9]。因此,早期应用左旋肉碱是临床治疗PCD患者的关键措施。早在1985年,美国食品药品管理局(FDA)已批准左旋肉碱用于治疗PCD[10]。

2 左旋肉碱治疗PCD的临床研究进展

2.1左旋肉碱治疗PCD的原则和方法 PCD的治疗原则为避免感染、饥饿及长时间高强度运动,若出现感染、手术史或能量代谢危象,建议及时静脉补充葡萄糖及左旋肉碱;对于危重症患者,建议输注左旋肉碱的同时积极对症支持治疗[11]。PCD患者需终生服用左旋肉碱替代治疗,以维持体内血浆游离肉碱水平正常或接近正常,预防猝死及严重并发症发生。

PCD的主要治疗方法是补充左旋肉碱,即左卡尼汀口服溶液,推荐起始剂量50～100 mg·kg-1·d-1,每日最大安全补充剂量不超过3 g[12]。为提高口服左卡尼汀的生物利用度,通常选择每日分3或4次给药。但当出现急性能量代谢危象或严重并发症危及生命时,应立即静脉滴注大剂量左卡尼汀(100～400 mg·kg-1·d-1),对于急性能量代谢危象患者,应同时输注葡萄糖(10%葡萄糖,10 mg·kg-1·min-1起),以维持血糖水平>5 mmol·L-1;若出现心力衰竭、心律失常、肝衰竭等危重症患者,输注左卡尼汀的同时需联合相应的对症处理(强心、利尿、扩血管、抗心律失常、护肝等)治疗。对于病情稳定患者,长期口服剂量建议100～300 mg·kg-1·d-1,分3或4次给药。应用左卡尼汀的具体剂量应根据患者血浆游离肉碱水平以及病情严重程度作相应调整,临床医师通常根据经验进行剂量调整用药[13]。PCD患者一旦开始接受口服左卡尼汀治疗,需终生服用,突然自行停药会导致血浆肉碱水平急剧下降,并可能导致死亡[14]。因此,规范用药和针对性剂量调整对治疗PCD至关重要。

2.2临床治疗

2.2.1新生儿PCD的治疗 经新生儿疾病筛查确诊的PCD患儿多无症状,少数为黄疸、腹泻、抽搐等非特异性临床表现,也需口服左卡尼汀来预防疾病发作。日常喂养方面,应尽可能避免饥饿及长时间高强度运动,喂养间隔时间一般不超过2～3 h[11]。一项左卡尼汀治疗18例新生儿PCD的临床疗效评价中,给予左卡尼汀口服溶液初始剂量100 mg·kg-1·d-1,2周后,血浆肉碱及其他酰基肉碱水平均高于治疗前(均P<0.05),与正常新生儿比较均差异无统计学意义。其中有症状的患儿经治疗后临床症状消失,后期随访也无急性发病或猝死病例,且患儿生长、智力及运动发育均未见异常情况,无症状患儿一直未出现症状[15]。因此,左卡尼汀临床治疗新生儿PCD疗效确切,能可逆性改善临床症状,无症状患儿终生治疗一般不会发病。

2.2.2母源性肉碱缺乏症婴儿的治疗 通常这类婴儿的母亲需口服左卡尼汀治疗,母乳喂养的婴儿若其血浆游离肉碱水平低,则婴儿需暂时口服左卡尼汀治疗,后期复查正常即可停用;若婴儿为人工喂养,由于牛奶或奶粉成分中含有左旋肉碱,且监测血浆游离肉碱水平正常,可无需口服左卡尼汀治疗[16]。

2.2.3女性PCD的治疗 左旋肉碱可通过胎盘从母亲体内运输至胎儿体内。近年来,随着新生儿疾病筛查范围的扩大,越来越多无症状母亲PCD患者被发现,此类人群同样有潜在健康风险,尤其孕期明显。因为妊娠期女性血浆肉碱水平明显低于非妊娠期,且随妊娠进行而持续降低,可表现为易疲劳、心律失常、脂肪肝等[17]。在一项法罗群岛65例猝死病例研究中,猝死与未经治疗的PCD患者之间存在很强相关性,尤其是在女性中[18]。另一方面,左旋肉碱对胎儿生长发育和器官成熟也至关重要,但由于胎儿合成能力有限,几乎全部依赖于母体通过胎盘供应。因此,PCD女性患者(包括无症状者)均需密切监测血浆肉碱水平,特别是怀孕期间,需严格遵医嘱口服左卡尼汀,并根据复查血浆肉碱水平适当增加剂量来维持体内正常血浆肉碱水平,以防止胎儿母源性肉碱缺乏的发生[19]。目前尚未发现对母亲补充标准剂量左卡尼汀对胎儿有致畸作用[20]。

2.2.4并发症患者的治疗 PCD患者多见合并低血糖、心肌病、肝肿大,少数患儿可合并顽固性癫痫、急性肝衰竭、脑病等[21]。需尽早口服左卡尼汀治疗,对于急症、危重症患者或禁食不能口服药物者,则需静脉补充左卡尼汀,同时予以相应的对症支持治疗(静脉给予葡萄糖、护心、护肝、护脑以及止惊等)或由心脏、肝病、神经等专科进行规范化治疗和管理。大部分患者并发症经过积极治疗得以纠正和逆转,极少数患者未能得到积极治疗或进展迅速转变为不可逆损伤,造成不良后果。LOUIS等[22]报道了1例4个半月患儿因肌张力减退、呕吐、腹泻就诊,入院后病情迅速恶化,合并癫痫发作,心脏超声显示左心室扩大和严重心力衰竭,完善生化检查确诊PCD,立即予左卡尼汀注射液200 mg·kg-1·d-1,静脉滴注,以及护心、止惊等对症处理,但在入院4 d后死于严重心律失常和多器官衰竭。因此,PCD患者合并严重并发症时才开始应用左卡尼汀治疗可能疗效不佳,短期无法逆转病情。

2.2.5对不可逆病变的治疗 极少数PCD患者因低血糖、能量代谢障碍或癫痫发作未及时纠正造成中枢神经系统不可逆损伤,出现智力落后、运动迟缓等表现[23]。在我国浙江省进行的一项为期3年的试点研究表明,在诊断较晚的大多数有症状的PCD患者中,智力低下和运动迟缓难以逆转[24]。这类患儿通常需要在口服左卡尼汀药物治疗的基础上辅以神经系统康复治疗。CAMPOS等[25]报道1例表现为智力障碍和自闭症谱系障碍的7岁PCD女性患儿,因发育落后、语言迟缓就诊,入院完善颅脑磁共振检查(magnetic resonance imaging,MRI)发现异常改变,基因检查确诊PCD,予左卡尼汀溶液口服(200 mg·kg-1·d-1),分2次给药,持续2年,但由于PCD诊断较晚,左卡尼汀开始治疗前就已出现神经系统损害表现,对其大脑功能造成的损害已无法逆转,后期随访仍表现为智力落后及语言迟缓。因此,在发生不可逆转的器官损害之前,尽早干预,及早补充左卡尼汀可能预防永久性后遗症,提高生活质量。

2.3左旋肉碱的安全性及潜在风险 口服左旋肉碱在PCD长期治疗中较安全有效,但仍存在一些不良反应及潜在风险。其不良反应较少,若大剂量口服可能出现腹泻、腹痛或恶心等不适症状,但可通过减小单次给药剂量或增加服药次数以及加用口服甲硝唑等改善症状[26]。

近年来,有学者提出长期口服左旋肉碱有潜在风险,可显著增加经肠道菌群代谢产生的氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)水平,TMAO可通过促进泡沫细胞的形成、抑制胆固醇的逆向转运、参与血管的炎症、加速内皮功能损伤以及促进血小板活化和血栓形成来加速动脉粥样硬化过程,从而增加患CVD的风险[27]。一项针对口服左卡尼汀治疗线粒体疾病增加血浆TMAO水平的研究中,对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,持续1年以上,口服前后进行对比,结果发现血浆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,每日补充左旋肉碱类似物(左旋肉碱酒石酸盐)1 500 mg,6个月后血浆TMAO水平显著增加,较安慰剂组增加12倍,在停止补充左旋肉碱4个月后,血浆TMAO水平恢复至补充前水平。

左旋肉碱进入人体经小肠吸收,部分未被吸收的左旋肉碱可通过肠道微生物酶合成三甲胺(trimethylamine,TMA),随后近95%TMA入血,通过门静脉血进入肝脏,在黄素单氧化酶3(flavinmonooxygenase,FMO3)的作用下生成TMAO[30]。

2.3.1TMAO造成CVD的病理机制 动脉粥样硬化是CVD的主要原因之一,血浆TMAO水平可通过以下5种途径促进动脉粥样硬化的发生。其一,TMAO可通过上调巨噬细胞清道夫受体CD36和SR-A1表达,促进脂质积累和泡沫细胞形成,加速动脉粥样硬化形成过程[31]。其二,胆固醇逆向转运(reverse cholesterol transport,RCT),通过将胆固醇从外周组织转运至肝脏进行胆道排泄,有助于维持胆固醇稳态。TMAO可通过激活小异二聚体伴侣(small heterodimer partner,SHP)和法尼醇 X 受体(farnesol X receptor,FXP)途径下调2种细胞色素酶(CYP7A1和CYP27A1)来抑制RCT途径,减少胆固醇排泄,加速动脉粥样硬化过程[32]。其三,动脉粥样硬化也是一种慢性炎症性疾病。TMAO可通过抑制SIRT3-SOD2-mtROS途径和激活ROS-TXNIP途径来增加活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成并激活内皮细胞中NLRP3炎症小体引起血管损伤和炎症反应[33]。另一方面,TMAO可激活核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路,增加炎症相关基因的表达,包括白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)等,导致白细胞募集和血管炎症[34]。氧化应激和炎症反应在加速动脉粥样硬化过程中共同发挥作用。其四,TMAO可造成内皮功能障碍。TMAO通过激活炎症递质高迁移率族蛋白B1 (high mobility group 1 protein,HMGB1)表达,从而刺激TOLL样受体4(Toll-like receptors,TLR4)等多种受体,介导细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2及NF-κB信号通路,破坏内皮细胞紧密连接蛋白的表达,增加内皮细胞通透性,使低密度脂蛋白更容易进入内膜,造成动脉粥样硬化[35]。NF-κB信号通路的激活,可上调血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和细胞间黏附分子1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)的表达,单核细胞与血管细胞的黏附增强,加速内皮功能障碍[36]。其五,TMAO还可通过促进细胞内钙离子储存刺激依赖的钙释放来促进血小板高反应性和血栓形成[37]。

2.3.2TMAO水平升高引起CVD的临床研究 血浆中TMAO水平与CVD的发病率、全因死亡率等呈正相关,GUASTI等[38]报道CVD患者3 807例,随访时间长达7年,血浆高TMAO水平的心血管不良事件发生风险较低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]对24项研究进行Meta分析总结发现,血浆高TMAO水平与患CVD风险增加有统计学意义。此外,高TMAO水平患者较低TMAO水平更容易死于CVD;还发现TMAO水平在CVD患者中与全因死亡率有显著相关性,TMAO增加1个单位(1 μmol·L-1)与全因死亡风险增加9%相关(HR:1.09),验证血浆中高TMAO水平对CVD风险有预测价值,可作为其危险因素。然而,目前所进行的临床研究仅提供了TMAO水平增高引起CVD的临床证据,研究对象尚未涉及PCD患者。因此,在PCD患者中口服左旋肉碱后造成CVD的直接联系还需更多临床研究进一步论证。

2.3.3预防CVD的干预措施 鉴于口服左旋肉碱可升高血浆TMAO水平,造成CVD潜在风险,因此通过降低血浆TMAO水平或抑制TMAO生成可作为CVD潜在的治疗靶点[40]。

有学者针对降低血浆中TMAO水平提出改善给药模式,即通过左旋肉碱静脉给药或左旋肉碱口服时加用抗菌药物[41]。TANG等[42]对6例健康受试者给予甲硝唑(500 mg,bid)和环丙沙星(500 mg,qd)持续1周后,其血浆TMA和TMAO水平显著降低,但在停用抗菌药物7个月后TMAO水平恢复正常。然而,长期使用抗菌药物可导致耐药性及毒副作用,对机体伤害较大。因此,随着研究的不断深入,希望找到对机体影响较小且能降低TMAO水平的抗菌药物。另外,陈艳等[43]认为药物(3,3-二甲基-1-丁醇)能通过抑制TMA裂解酶来降低血浆TMAO 水平可作为临床治疗冠心病的一条思路,但目前仅有动物研究,还未开展临床试验,其安全性及有效性有待进一步证实。

另一方面,血浆TMAO水平与肠道微生物菌群有关[44]。一项对益生菌干预降低血浆TMAO水平的荟萃分析中,发现益生菌对TMAO的作用强烈依赖于菌株种类,只有少数菌株可降低TMAO水平,唯一在人和动物实验中均可降低TMAO水平的是鼠李糖乳杆菌,导致微生物菌群组成发生显著变化,来降低血浆TMAO水平;还有植物乳杆菌ZDY04、淀粉乳杆菌LAM1345、植物乳杆菌LP1145和产气肠杆菌ZDY01等也可降低TMAO水平,但仅限于动物研究[45]。随着肠道菌群与CVD的联系越来越密切,益生菌作为一种干预手段可能有效且低成本,发现可降低TMAO水平且安全的益生菌菌株值得进一步研究。

由于TMA经FMO3催化作用生成TMAO,阻断或降低FMO3活性也是预防CVD的治疗手段。SHIH等[46]在高脂血症小鼠模型中对FMO3基因进行敲除和过表达研究中发现,将小鼠FMO3基因敲除会使血浆TMAO浓度明显下降,同时减轻动脉粥样硬化负担,也可以达到治疗作用。但目前,其相关研究较少,具体机制还有待进一步探讨。

3 总结与展望

综上所述,多个临床随访证实,长期口服左旋肉碱治疗PCD安全有效,早期应用左旋肉碱是挽救PCD患者生命的关键,可有效预防不可逆脏器损害的发生,提高后期生活质量。尽管长期口服左旋肉碱会提高血浆TMAO水平,有增加CVD发生的风险,但目前相关机制尚未完全阐明,且研究对象尚未涉及到PCD患者。就目前随访研究来看,PCD患者早期口服左旋肉碱后几乎很少出现严重并发症(包括CVD)。因此,PCD患者早期口服左旋肉碱仍有必要,同时也需更多临床研究来进一步探明口服左旋肉碱治疗PCD患者是否会造成CVD的潜在风险。此外,为规避PCD患者中口服左旋肉碱后可能造成CVD的风险,通过研究TMAO造成CVD的病理机制,作为其治疗靶点,目前这一治疗思路已取得很大进展,今后应在此基础上提出更优化治疗措施。