医学专题一串联质谱和气相色谱质谱技术在遗传代谢病病的诊治中的应用.docx
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1、串联质谱和气相色谱质谱技术在遗传代谢病病的诊治中的应用 遗传性代谢病包括氨基酸、有机酸、脂肪酸和糖代谢异常及溶酶体贮积病等。既往由于检测方法的限制,使这类遗传性代谢病患儿不能够得到及时确诊,认为是“罕见”的疾病。近年来国际上开展的串联质谱技术(tandem mass spectrometry, MS/MS),能够检测干血滤纸片中的氨基酸谱和酰基肉碱谱,为临床快速诊断氨基酸、有机酸和脂肪酸代谢性疾病提供了技术支持,结合气相色谱-质谱(gas chromatography mass spectrometry,GC-MS)尿有机酸检测,使诊断更加可靠,推动了遗传性代谢病的筛查、诊断和治疗。上海新华医
2、院小儿内科韩连书串联质谱技术是通过检测样品中物质的质荷比(相对分子质量),对物质进行定性和定量分析,可同时检测一滴血中70余种氨基酸和酰基肉碱,可以对40余种氨基酸、有机酸和脂肪酸氧化代谢病进行快速的筛查和诊断,这些疾病的患病率见表1。目前已有许多国家利用串联质谱进行新生儿筛查及临床疑似患者检测,使相关疾病的患病率显著增加。气相色谱-质谱技术主要通过检测尿液中有机酸,对氨基酸、有机酸和脂肪酸氧化代谢病进行辅助或鉴别诊断。我们国家于2000年开始使用气相色谱-质谱技术进行遗传代谢病检测,2002年开始使用串联质谱进行遗传代谢病新生儿筛查和临床疑似遗传代谢病患者检测,使我国的遗传代谢病的筛查、诊断
3、及治疗技术有了显著提高。上海新华医院利用串联质谱技术筛查269341例新生儿,筛查出14种74例遗传代谢病,阳性率为1/3640,见表2。联合气相质谱技术共检测12100例临床疑似遗传代谢病患儿,确诊遗传代谢病703例,诊断率5.8%,其中以苯丙酮尿症和甲基丙二酸血症常见,见表3。氨基酸代谢病主要是由于氨基酸代谢途径受阻导致体内相应氨基酸水平的增高或降低,其旁路代谢产物有机酸相应增加,对机体造成损伤。串联质谱通过检测血滤纸片中氨基酸水平及相关氨基酸之间的比值对氨基酸代谢病进行检测。气相色谱-质谱则检测患者尿中有机酸辅助诊断。串联质谱对高苯丙氨酸血症、枫糖尿病、瓜氨酸血症、酪氨酸血症、瓜氨酸血症
4、和精氨酸血症的检测具有特异性。由于氨甲酰磷酸合成酶缺乏症和鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症(OTCD)均表现为瓜氨酸降低,故对于串联质谱检测血瓜氨酸降低需者,结合气相色谱-质谱检测尿乳清酸和尿嘧啶水平进行鉴别,升高者为OTCD,正常者为氨甲酰磷酸合成酶缺乏症。酪氨酸血症有3种类型,串联质谱均表现为酪氨酸增高,气相色谱-质谱检测琥珀酸丙酮、4-羟基苯丙酮酸、4-羟基苯乳酸增高者为I型,仅4-羟基苯丙酮酸和4-羟基苯乳酸增高者为II型或III型。有机酸血症是一组遗传代谢病,括MMA、PA、IVA、MCC、HMG、GA-I、GA-II、生物素酶缺乏症和全羧化酶合成酶缺乏症等10余种疾病。由于机体蛋白质、脂肪
5、或糖代谢过程中产生有机酸进一步代谢途径受阻,体内有机酸大量增加,对机体产生危害,体内过多的有机酸一方面与游离肉碱结合,形成不同碳链长度的酰基肉碱,一方面通过尿液排出,患者尿中有机酸水平大量增加。串联质谱通过检测血酰基肉碱水平对有机酸血症进行检测,气相色谱-质谱通过检测尿有机酸水平进行有机酸血症的检测。在有机酸血症中我们国家MMA最常见。脂肪酸氧化代谢病是指脂肪酸进入线粒体途径或脂肪酸在b氧化过程中,由于所需酶的功能障碍导致脂肪酸氧化受阻所导致的一组疾病。由于这些疾病缺乏特异的临床表现和常规实验室检查方法,诊断比较困难。游离肉碱和酰基肉碱是脂肪酸氧化代谢的必需物质及中间产物,故脂肪酸氧化代谢障碍
6、导致体内游离肉碱或酰基肉碱的增高或减少,故可通过串联质谱检测血中游离肉碱或酰基肉碱水平,根据不同长度碳链的酰基肉碱水平的变化可对脂肪酸代谢病进行筛查和诊断。脂肪酸b氧化受阻后,w氧化途径增强,故尿中出现二羧酸尿,但不具特异性。脂肪酸b氧化代谢病在欧美国家的患病率较高,中链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症最多见,在高加索人群中的患病率达1:8 1001:20 000。这些疾病除少数氨基酸疾病外,大部分氨基酸、有机酸和脂肪酸b氧化代谢病缺乏特异的临床症状和体征,新生儿期以喂养困难、呕吐、嗜睡、昏迷和抽搐为主,婴幼儿以运动语言发育落后、智力落后、抽搐、肌张力低下和反复呕吐较常见。体检以小头畸形、肝肿大、心肌肥
7、厚为常见。常规实验室检查以酸中度、高血氨、乳酸增高、低血糖、肌酸激酶增高常见。故当遇到上述临床表现原因不明的患儿,应考虑到遗传性代谢病的可能,留取血样或尿样进行氨基酸、酰基肉碱和有机酸分析特异性检测,以免延误诊治。另外,串联质谱检测采用干血滤纸片,气相质谱可利用新鲜尿液,也可用干尿滤纸片,故样品采集及传递方便,有利于远程递送标本,有助于为外地患者提供服务。表1 氨基酸、有机酸、脂肪酸氧化代谢病患病率病名发生率氨基酸代谢病苯丙酮尿症1/10,000 枫糖尿病1/60,0001、200,000同型胱氨酸尿症1/100,0001/150,000高甲硫氨酸血症不详酪氨酸血症I型1/100,000-1/
8、120,000 酪氨酸血症II型1/250,000/310,000高脯氨酸血症型不详鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症1/50,0001/60,000高鸟氨酸血症不详瓜氨酸血症I型1/57,000瓜氨酸血症II型1/40,0001/60,000精氨琥珀酸尿症1/70,000-1/190.000精氨酸血症1/350,0001/1,000,000,高鸟氨血症、高氨血症、同型瓜氨酸尿症综合症不详有机酸血症甲基丙二酸血症1/20,000-1/75,000丙酸血症1/30,000-1/750,000异戊酸血症1/80,0001/100,000戊二酸血症I型1、50,0001/190,0003-甲基巴豆酰辅酶A羧化
9、酶缺乏症1/36,000-1/75,0003-甲基戊烯二酰辅酶A 水解酶缺乏症1/1000,0003-羟-3-甲基戊二酰辅酶A裂解酶缺乏症1、100,000生物素酶缺乏症1/60,000全羧化酶合成酶缺乏症1/40,00080,000b-酮硫解酶缺乏症 1/100,000-1/470,000脂肪酸氧化代谢病肉碱转运障碍1/400,0001/1,000,000肉碱棕榈酰转移酶I缺乏症 1/100,0001/1,000,000肉碱棕榈酰转移酶II缺乏症1/100,0001/1,000,000肉碱/酰基肉碱移位酶缺乏症1/1000,000短链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症1/75,000-1/100,000
10、中链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症1/13,000极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症1/79,000短链羟酰基辅酶A脱氢酶缺乏症1/130,000长链羟酰基辅酶A脱氢酶缺乏症1/75,000-1/300,000多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症118岁180900 mmol/L。定期复查血苯丙氨酸浓度,根据苯丙氨酸浓度是否在合适的范围,调整每日食入不含苯丙氨酸的配方奶粉或蛋白粉的量。(二)四氢生物喋呤反应性苯丙酮尿症:可按上述给予不含苯丙氨酸的特殊奶粉或蛋白粉治疗,也可用四氢生物喋呤治疗,只是用四氢生物喋呤费用较高,不同患者家庭可根据经济情况选择治疗方法,但血苯丙氨酸的控制水平要求同上。(三)6-丙酮酰四氢蝶呤合成
11、酶缺乏型及二氢蝶啶还原酶缺乏型的治疗。由于这2种类型不是由于苯丙氨酸羟化酶活性缺乏引起,而是由于四氢生物蝶呤缺乏引起,故需服用四氢生物蝶呤治疗,不需要给予特殊奶粉治疗。但由于四氢生物蝶呤缺乏同时可引起神经递质的缺乏,故需要同时给予5-羟色胺及左旋多巴治疗。五、苯丙酮尿症预防苯丙酮尿症是可以预防的,包括产后预防苯丙酮尿症患儿的发病及产前预防苯丙酮尿症患儿的出生。(一)预防苯丙酮尿症的发病预防苯丙酮尿症的发病必须早期诊断、早期治疗,在出生后12个月内诊断和有效治疗可避免神经系统受到损伤。这种在婴儿出生后1个月之内,还未发病之前检测疾病的方法称为新生儿疾病筛查,是早期诊断的有效方法,既在新生儿出生3
12、天后采血,检测血苯丙氨酸及酪氨酸浓度,以便确诊或排除苯丙酮尿症,达到预防发病的目的。(二)苯丙酮尿症产前诊断苯丙酮尿症患者母亲可在再次怀孕1620周时抽取羊水,检测胎儿是否带有苯丙酮尿症致病基因突变,进行产前诊断。综上所述苯丙酮尿症是一种可以治疗的遗传代谢病,早期治疗效果较好。并且可以通过新生儿疾病筛查,做到发病前诊断,及时治疗,预防发病。对于已经有PKU患儿的家庭,若患儿父母再想要孩子,可以通过产前诊断判断胎儿是否患有苯丙酮尿症。枫糖尿病一、概况枫糖尿病(Maple Syrup Urine Disease, MSUD)是由于支链a酮酸脱氢酶复合体活性缺陷导致亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸代谢代谢受
13、阻,体内亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸及其代谢产物a酮酸增多,引起的代谢紊乱,属于常染色体隐性遗传病。国外报道MSUD患病率约为1:185,000,我国在26万例新生儿中筛查出3例(1:86,667),说明并不少见。二、临床表现及分型1. 经典型MSUD:早期表现为呕吐或喂养困难,嗜睡,哭声高尖,肌肉松弛,或肌张力增高,全身肌肉僵直,角弓反张,呼吸暂停、昏迷,甚至死亡。未进行有效治疗的患儿很少存活,存活者遗留下永久性神经损伤以及严重的智力障碍。全身有焦糖样气味。2. 间歇型MSUD:平时表现正常,在应激状态中(如感染或外科手术)逐渐出现呕吐、共济失调、嗜睡及昏迷,甚至死亡。3. 轻型MSUD:新生儿
14、期后逐渐出现轻微病症。临床表现呈隐袭性,且局限于中枢神经系统,患儿有轻-中度精神发育迟缓,伴或不伴癫痫发作。4. 维生素B1反应型MSUD:对维生素B1有效,每天需要200400mg维生素B1。三、辅助检查1. 血串联质谱质谱氨基酸检测:亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸显著增高。2尿气相色谱质谱有机酸检测:2-酮异己酸、2-酮-3-甲基异戊酸、2-酮异戊酸、2-羟基-异己酸、2-羟基-3-甲基异戊酸及2-羟基-异戊酸显著增高。四、诊断根据神经系统异常表现,血亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸显著增高,尿a酮酸显著增高即可诊断。三、治疗(一)急性期治疗1. 停止喂养或给予枫糖尿病奶粉(不含亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸
15、)喂养,静滴10%葡萄,维持电解质平衡。2. 血液透析或腹膜透析降低支链氨基酸及a酮酸水平。3. 维生素B1:300mg/d,连续3周。4. 补充异亮氨酸和缬氨酸:100250mg/Kg.d(二)稳定期治疗1对维生素B1无效型枫糖尿病:给予不含亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸的特殊奶粉喂养,可补充异亮氨酸和缬氨酸:100250mg/Kg.d,要求血氨基酸控制目标为:亮氨酸150300mmol/L,异亮氨酸150300mmol/L,缬氨酸200400mmol/L。(2) 补充异亮氨酸和缬氨酸:100250mg/Kg.d(3)肝移植2对维生素B1有效型枫糖尿病:(1)维生素B1:2001000mg/d.(
16、2)特殊奶粉:不含亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸甲基丙二酸血症甲基丙二酸血症(methylmalonic acidemia, MMA)主要是由于甲基丙二酰辅酶A变位酶(methylmalonyl-CoA mutase, MCM)或其辅酶钴胺素(cobalamin,cbl,Vitmin B12)缺陷,导致体内甲基丙二酸、丙酸、甲基枸橼酸等代谢物异常蓄积,引起神经、肝脏、肾脏、骨髓等多脏器损伤,是一种常见的有机酸血症,属于常染色体隐性遗传病,患病率美国为1:48,000;意大利患病率为1:115,000;德国为1:169,000;日本为1:50,000。一、甲基丙二酸血症病因及分型甲基丙二酸血症根据酶缺
17、陷的类型分为MCM缺陷及其辅酶钴胺素( VitB12)代谢障碍两大类。MCM又分为无活性者为mut0型,有残余活性者为mut-型。辅酶钴胺素代谢障碍包括:腺苷钴胺素合成缺陷,即线粒体钴胺素还原酶缺乏(cblA)和钴胺素腺苷转移酶缺乏(cblB);以及3种由于胞浆和溶酶体钴胺素代谢异常引起的腺苷钴胺素(adenosylcobalamin, AdoCbl)和甲基钴胺素(methylcobalamine,MeCbl)合成缺陷(cblC、cblD和cblF),这3种类型患者除有甲基丙二酸血症外,还伴有同型半胱氨酸血症。二、甲基丙二酸血症的临床表现MMA临床表现各异,往往易于误诊,最常见的症状和体征是嗜
18、睡、生长障碍、反复呕吐、脱水、呼吸困难、酸中毒、肌张力低下或增高、抽搐、智力、运动、语言发育落后及小头畸形。三、辅助检查:(一)常规实验室检查:代谢性酸中毒、乳酸增加、电解质紊乱,白细胞、血红蛋白及血小板减少,血氨升高、尿酮体及尿酸升高,肝肾功能异常等。(二)特殊检测 血串联质谱检测丙酰肉碱(propinoylcarnitine,C3)、C3/C0(游离肉碱)和C3/C2(乙酰肉碱)显著升高。尿液中甲基丙二酸、甲基枸橼酸和3-羟基丙酸显著增加。这是确诊MMA的特征指标。(三)血同型半胱氨酸测定: cblC、cblD和cblF)型MMA患者血同型半胱氨酸血症增高。(四)影像学检查 MMA患者脑C
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