线粒体脂肪酸氧化缺陷.docx

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1、线粒体脂肪酸氧化缺陷*导读：线粒体脂肪酸小氧化在能量产生过程中起重要作用，尤其在空腹时。阳氧化途 径十分复杂，经过细胞摄取脂肪酸、活化、转酯化作用、通过线粒体膜、再酯化、线粒体 内B-氧化、电子产生和转运、以及乙酰辅酶a在肝脏内形成酮体等约20个步骤。肝脏内 线粒体脂肪酸如氧化和酮体生成途径。在人类已知有9种蛋白与遗传性线粒体脂肪酸氧化缺陷直接相关，包括胞膜肉碱转运； 肉碱棕楣酰转移酶I、口 ；长链、中链和短链酰基辅酶A脱氢酶；2,4-二烯酰-辅酶A还 原酶和长链3-羟酰基辅酶A脱氢酶。1、肉碱循环缺陷(1 )肉碱转运缺陷【发病机制】本症为原发性肉碱缺乏，并非继发于线粒体有机酸氧化缺陷，血浆和

2、组 织肉碱水平极低，对肉碱治疗反应非常明显。肉碱转运缺陷导致多个组织包括肌肉、心脏 和肾脏肉碱摄取障碍，但肝脏不受影响。心脏和骨骼肌内肉碱浓度不足以支持脂肪酸氧化， 正常情况下肾脏肉碱储备可在停止供应肉碱相当长时间后仍维持其正常血浆水平，而肾脏 肉碱转运障碍时在停止肉碱供应后数天内血浆肉碱水平可降至几乎为零，但此时尿中肉碱 排出仍高。肉碱在肾脏回吸收障碍导致血浆肉碱水平极低，使肝脏停止以被动扩散方式摄 取肉碱，从而引起肝脏生酮作用障碍，这些异常在补充肉碱后均可纠正。酰基辅酶A的积 聚成为其它代谢通路包括过氧化酶体如氧化和甘油三酯合成等的底物，过氧化酶体%氧化 产生中链脂肪酸和二竣酸等中间代谢产

3、物，这些产物无需肉碱可直接进入线粒体并在线粒 体内完全氧化，故原发性肉碱缺乏时并无二竣酸尿症。肉碱转运的机制尚不明了，转运缺 清CK正常，肌肉肉碱水平为正常的25% ,血浆肉碱正常或稍低。主要异常尿有机酸为乙 基丙二酸。SCAD缺陷的诊断需测定组织中酰基辅酶A脱氢酶活性，患者成纤维细胞中酶活性约 为正常的50% ,肌病表现者肌肉中酶活性降低，但不同病例变异较大。人类SCAD基因已 被克隆并已发现数种变异。陷的分子机制亦不清楚。【临床表现】自1988年来已报道20例病人，来自不同种族的18个家庭。半数病人 发病较早（3个月 2岁半），以发作性低酮性低血糖、高氨血症、转氨酶增高为特征，部 分病例有

4、心肌病和/或骨骼肌软弱。半数病例表现为单纯心肌病，发病较晚（1 7岁），呈 进行性，伴骨骼肌软弱，但无低血糖。数例病人有轻至中度贫血，对铁剂治疗反应差。出 现上述症状，血浆肉碱水平极低而无二竣酸尿症，是肉碱转运缺陷的显著特征。【诊断】胞膜肉碱转运缺陷见于肌肉、肾脏、心脏、白细胞和成纤维细胞。病人成纤 维细胞和白细胞肉碱摄取率低于正常的10%。患者父母成纤维细胞肉碱摄取率介于正常和 异常之间，为杂合子表现。当细胞外肉碱水平较低时（ 5 pm）,正常人和杂合子均可维持 肉碱的主动梯度转运，浓度较高时细胞摄取肉碱呈线性上升，表现为被动扩散方式。病人 成纤维细胞不能维持梯度转运，故细胞内肉碱被动扩散至

5、细胞外，细胞内肉碱水平显著降 低。中链和长链酰基肉碱可明显抑制成纤维细胞的肉碱转运系统，这可能是其它%氧化缺 陷时产生继发性肉碱缺乏的原因，因此时酰基肉碱积聚可致组织摄取游离肉碱障碍，但程 度较遗传性转运缺陷轻。（2）肉碱棕桐酰转移酶I缺陷【发病机制】CPTI将长链酰基辅酶A底物转变成相应的酰基肉碱以转运至线粒体内。 肝脏CPTI缺陷后不能形成酰基肉碱，因此其长链底物不能进入线粒体进行氧化代谢。积聚 的长链酰基辅酶A经其它代谢通路形成中链脂肪酸，再进入线粒体完全氧化。因此可应用 含中链甘油三酯的食物治疗本症。CPTI活性在肌肉内通常为正常，故本症一般无肌肉症状。 CPTI缺陷的分子机制尚不明确

6、。【临床表现】已报道不同种族8个家系10例病人（男、女各5例工病人首次发病情 况非常相似，通常在空腹后（继发于病毒感染、腹泻后）出现症状，以昏迷、惊厥、肝大 和低酮性低血糖为主要特征。两例病人有CK肌型同功酶增高，但无肌红蛋白尿。病人无 慢性肌肉软弱和心肌病表现。首发症状一般在818个月，一例在新生儿期发病。病人尿 酮正常，无或仅有轻微二竣酸尿症，血浆肉碱正常或增高。一例病人有肾小管酸中毒。持 久性神经系统损伤较为常见，多为首次发作后遗留，病人可有反复发作。仅有一例病人死 亡。低酮性低血糖症不伴有二竣酸尿症，血浆总肉碱和游离肉碱增高为CPTI缺陷的特征。 血浆和尿酰基肉碱正常。【诊断】确定诊断

7、应测定成纤维细胞、白细胞和实体组织中CPTI酶活性。患者成纤维 细胞CPTI活性为正常的9% -16% , CPTII活性均正常。患儿父母CPTI活性介于异常和 正常之间，为杂合子表现。病人肝脏中CPTI缺陷，但肌肉组织中正常。（3 ）肉碱/酰基肉碱转运酶缺陷【发病机制】在CPTI作用下产生的长链酰基肉碱不能转运至线粒体内。尿中可有短链 酰基肉碱排出，提示至少有部分酰基肉碱经过氧化物酶体降解。转运酶缺陷的分子机制尚 不清楚。【临床表现】Stanley等报道一例线粒体酰基肉碱转运障碍病人，为一白种男性婴儿， 在生后36小时出现呼吸循环衰竭，室性心律失常。其后数年时有低血糖性昏迷、反复呕 吐、胃食

8、道返流和轻度慢性高氨血症。肌肉严重衰弱，有轻症肥厚性心肌病。持续用鼻胃 管喂养低脂肪、高碳水化合物食物不能改善肌力，患儿智能发育正常。3岁时病情恶化， 肌肉衰弱严重，有肝功能衰竭，死于吸人性肺炎。患儿血浆总肉碱低下，其中大部分为长 链酯化肉碱，给予肉碱治疗和高碳水化合物饮食期间，其血浆总肉碱水平基本正常，但均 为长链酯化肉碱。【诊断】测定成纤维细胞中转运酶活性可资诊断。患儿酶活性低于正常的1%,其父 母成纤维细胞酶活性为正常的50% ,提示本症为常染色体隐性遗传。患者成纤维细胞长链 脂肪酸氧化显著减低。(4 )肉碱棕楣酰转移酶II缺陷【发病机制】本症长链酰基肉碱虽可转运通过线粒体膜，但不能有效

9、地转变成相应酰 基辅酶A,故线粒体内长链酰基肉碱积聚。长链酰基肉碱可被转运至线粒体外，故患者血 浆酰基肉碱显著增高，表现与肉碱转运酶缺陷相同。血浆长链酰基肉碱增高可能加重心律 失常。由于部分长链脂肪酸可经过氧化物酶体氏氧化，其中链中间产物可不经肉碱循环完 成线粒体如氧化，故病人无二竣酸尿症。人类CPTII基因定位于I号染色体。属常染色体 隐性遗传。【临床表现】CPTII缺陷有两种临床类型，常见而预后较好者为经典”的肌肉型,1973 年首次报道。该型患者多在成年期(15 30岁)出现发作性肌红蛋白尿和持久运动后肌肉 衰弱，症状有时出现在空腹、轻微感染、情感压力或寒冷后。患者多为男性，血清CK水

10、平一般正常，空腹时生酮作用降低。血浆和组织中肉碱水平正常。心功能异常和永久性肌 肉衰弱少见，约1/4病人出现肌红蛋白尿后肾功能衰竭。20%病例肌肉中有脂质沉积。另一类CPTII缺陷为严重婴儿型，已报告6例病人。患者在新生儿或婴儿期出现症状， 表现为昏迷、惊厥、低酮性低血糖症、肝大、心脏扩大伴心律失常。患者无二竣酸尿症， 血浆和组织肉碱水平降低，长链酰基肉碱比例增高。三例病人有肾发育不全。患者通常在 婴儿期或数年内死亡。【诊断】骨骼肌线粒体中可检测到CPTII酶缺陷，成年发病者成纤维细胞中酶活性为 正常的25% ,长链脂肪酸氧化基本正常，而严重早发型患者酶活性通常低于正常的10% , 长链脂肪酸

11、氧化率低于正常的15%。【治疗】无特殊治疗。2、加氧化螺旋缺陷（1 ）长链酰基辅酶A脱氢酶缺陷（LCAD ）【发病机制】LCAD缺陷引起线粒体长链脂肪酸氧化障碍，同时影响其它代谢通路， 包括空腹时能量产生障碍、线粒体内长链酰基辅酶A中间产物积聚后的毒性作用等。长链 酰基辅酶A酯对氧化磷酸化作用的重要调节酶即腺昔酸易位酶有显著抑制作用。过氧化物 酶体上氧化和微粒体3-氧化在清除积聚的酰基辅酶A中间产物时起一定作用，患者有显著 中链二竣酸尿症。人类LCAD基因以被克隆，其核甘酸序列已经清楚。【临床表现】自1985年以来已报道15例（男9例，女6例）LCAD缺陷病人。多数 病人在在一岁内出现首次症状

12、，可早至新生儿期可迟至8岁。通常表现为空腹后出现昏迷， 常伴发于发热性疾病。10例病人有肝大，其中3例被诊断为Reye综合征。多数病例有数 次发作。肌张力低下、心脏扩大（ECG正常）多见。在空腹和发病期间，病人有低血糖、 低酮性酸中毒、肝功能异常和高尿酸血症。部分病例血清CK水平在空腹时增高。【诊断】尿有机酸分析可见酮体水平低下或无酮体，以及二竣酸尿症。除有一般见于 脂肪酸氧化缺陷时的C6 CIO等二竣酸外，部分病人可有C12和C14等二竣酸排出。通 常无酰基甘氨酸尿。患者有继发性肉碱缺乏，肌肉、肝脏和血浆肉碱水平低下，为正常的 10%25%o血浆C14 : I酰基肉碱水平增高，其来源为为油酸

13、(C18 : 1)的部分氧化。 由于大于10碳(C10 )的酰基肉碱不易从肾脏排出，患者发病期间尿肉碱排泄量较低，尿 酰基肉碱分析为正常，故必需测定血浆C14 : 1酰基肉碱水平。培养成纤维细胞和白细胞 中可检测到酶缺陷，患者酶活性为正常的5% 10% ,父母为正常的50%，提示本症为常 染色体隐性遗传。【治疗】本症可引起死亡。治疗应注意避免空腹，维持高碳水化合物饮食并增加喂养 次数，活动期静脉输注葡萄糖。(2 )长链L-3-羟酰基辅酶A脱氢酶缺陷(LCHAD )本症由LCHAD缺陷引起，已报道28例病人，其中20例为女性。遗传方式为常染色 体隐性遗传。发病年龄为生后第一天至39个月。多数病人

14、表现为空腹诱导的低酮性低血 糖症，少数病例有心脏扩大、肌肉软弱等。酸中毒较为严重。发作期间血清CK水平增高， 偶有肌红蛋白尿。部分病例有显著肝损害，外周神经病和色素沉着性视网膜病。半数病例 已死亡。患者尿中排出大量C6C14 3-羟基二竣酸和C6 C10二竣酸。应用快速原子轰击双 质联用仪(FAB-MS/MS )可检测到血浆中与3-羟基C16 : 0、C18 : I和C18 : 2二竣酸 相应的酰基肉碱。本症治疗包括减少饮食中长链脂肪酸，多次给予碳水化合物类食物等。中链甘油三酯有一定疗效。肉碱和核黄素治疗作用不肯定。（3 ）中链酰基辅酶A脱氢酶缺陷（MCAD ）【发病机制】MCAD缺陷时机体在

15、空腹情况下不能产生足够酮体以满足组织能量需要, 血浆脂肪酸随空腹时间延长而增高，出现低血糖。线粒体内中链（C8 C12 ）辅酶A中间 产物积聚，酰基辅酶A与游离辅酶A比值增高，抑制丙酮酸脱氢酶和a-酮戊二酸脱氢酶活 性，丙酮酸转变成乙酰辅酶A进入三竣酸循环减少，枸梅酸合成和糖原生成均受影响。线 粒体氧化受抑制后，脂肪酸结合进甘油三酯，故本症急性期病人肝脏中有大量脂肪沉积。 临床表现和常规实验室检查很难鉴别MCAD缺陷和Reye综合征，其表型相似可能与二者 均有辛酸积聚有关。兔输注辛酸后可产生许多类似Reye综合征的病理改变，MCAD缺陷 时的脑病和脑水肿可能为相同机制。三碳以上的酰基化合物有明

16、显致脑病特性，积聚的酰 基化合物碳链愈长则病人愈快出现昏迷。丙酸、辛酸和棕檎酸等的酰基化合物进入中枢神 经系统的速率随碳链增长而加快。实验性辛酸血症可致神经元线粒体峭膨胀分离损伤，基 层完整性丧失。培养星形细胞在加入辛酸后不能维持正常细胞容积。这些损伤加上能量代 谢障碍导致脑水肿产生。在多数MCAD缺陷病人检测到其MCAD cDNA第985碱基处有A-G替换，致多肽 竣基端a-螺旋区氨基酸序列改变（谷氨酸替代赖氨酸1 172例确诊为MCAD缺陷的病人 中有138例（80o2% ）缺陷为此单个碱基替换的纯合子，另30例（17。4% ）携带有该 变异的杂合子等位基因。白种人中MCAD缺陷的发生率为

17、1/64001/46000 ,人群中杂 合子发生率约为1%2%。该病主要发生于白种人，尤西、北欧洲人种。巴基斯坦、美国 非裔、南欧和北非裔有个别报道。病人成纤维细胞中MCAD活性低于正常的10% ,酶活性缺乏亦可在外周血单个核白细胞、肝、心、骨骼肌和羊水细胞中检出。残余酶活性与临床严重程度无明显关系。患者 父母MCAD活性为正常的35%67%，提示本症属常染色体隐性遗传。【临床表现】自1982年首次报道，已诊断出200余例病人。患儿多在空腹后出现呕 吐、嗜睡，可继发于胃肠道或呼吸道病毒感染。病人可有昏迷、低血糖，尿酮阴性或较低。 血氨水平显著增高，肝功能异常。静脉输注10%低右糖可迅速改善症状

18、，患儿在发作期间 无任何症状。MCAD缺陷临床表现型多样，病人常被诊断为肉碱缺乏、婴儿猝死综合征 （SIDS 1 Reye综合征、低血糖昏迷等。病人首次发作可十分严重，导致猝死。多数病例 在3 15月出现，最迟者为14岁，约20%患者在首次发作时死亡。病理改变主要有肝脏 脂肪变性和脑水肿。患者死亡均在诊断前发生，无一例在确定诊断后死亡，表明早期诊断， 或症状出现前进行新生儿筛查诊断是降低死亡率的关键。患者存活后可有发育落后（21% 语言障碍（15% ）、和注意力障碍（12% 1脑性瘫痪（10% ）等。【诊断】初步实验室检查应包括血电解质、血糖、血氨、转氨酶和尿常规等。通常仅 有轻度代谢性酸中毒

19、，但阴离子间隙明显增大。低血糖常见，但亦可正常。血氨仅有轻度 增高，但可高至253|jM。血清转氨酶可有24倍增高。尿酮阴性或低，偶有高尿酸血症。MCAD缺陷患儿血浆肉碱水平低下,为正常的10%50%。血浆酰基肉碱增高，游 离肉碱水平低。尿游离肉碱水平低，酰基肉碱比例增高。母乳喂养婴儿血浆肉碱可为正常， 因母乳中L-肉碱浓度约为50pM ,酰基肉碱含量极低。MCAD缺陷病人血浆和尿中可检测到多种中链（C6 C12 ）异常代谢产物。组织中积 聚的辅酶A硫酯包括己酰（C6 :0 ）,辛酰（C8 :0 ）,辛烯二酰（C8 :1）,癸酰（C10 :0 ）, 4-cis-葵熔二酰（C10 : 1）,和十

20、二烷酰（C12 : 0 1 MCAD缺陷病人尿有机酸GC-MS 分析图谱反映出3-氧化和过氧化物酶体B-氧化等替代途径的作用，尿中产生多种中链二竣 酸如己二酸（C6 : 0 ）、辛二酸（C8 : 0 去氢辛二酸（C8 : 1 X癸二酸（CIO : 0 X去 氢癸二酸（C10 : 11 3-羟基癸二酸和十二碳双酸（C12 : O ）,但这些二竣酸的出现并不 能诊断MCAD缺陷，因为其它脂肪酸氧化缺陷、糖尿病酮症酸中毒和摄人中链甘油三酯后 亦可有这些产物，但摄人中链甘油三酯后仅有饱和二竣酸排出，且排出量为C10C8C6, 而MCAD缺陷时相反。MCAD缺陷时较为特异的有机酸异常为甘氨酸辗合物如己酰

21、甘氨 酸和环庚酰甘氨酸，苯丙酰甘氨酸通常在疾病发作期和静止期均增高。己酰甘氨酸和环庚 酰甘氨酸尿中排出增高亦见于多种酰基辅酶A脱氢酶缺陷（戊二酸血症型），但后者还 伴有丁酰甘氨酸增高。应用稳定同位素稀释GC-MS方法测定血和尿中酰基甘氨酸对 MCAD缺陷很有帮助。应用串联质谱仪（Tandem MS ）测定血浆酰基肉碱对MCAD缺陷诊断有特定意义, 包括C6 : 0-、4-cis-和5-cis-C8 : I-、C8 : 0和4-cis-C10 : 1-酰基肉碱。血浆酰基肉碱 的测定无需定量或肉碱负荷实验即能诊断发作期和缓解期MCAD缺陷病人。该方法敏感性 高，可利用新生儿筛查血滴纸片进行检查。【治疗】治疗原则包括提供足够热量供应、避免空腹和在伴发感染时积极支持治疗。（4 ）短链酰基辅酶A脱氢酶缺陷（SCAD ）SCAD缺陷仅有数例报道，临床表现各异。一例女婴在生后第3天出现呕吐、嗜睡、 低血糖、高氨血症等。尿有机酸分析为乳酸酸中毒、酮症，丁酸、乙基丙二酸、己二酸排 出增高。患儿在第六天死亡，尸检见脑水肿，肝脾大及脂肪变性、胆汁淤积、局灶性肝细 胞坏死。另一例女婴在生后早期出现喂养困难、呕吐，体重不增，发育落后，骨骼肌软弱， 并有小头畸形。肌肉活检见肌纤维轻度脂肪沉积。患儿无低血糖或有机酸尿症血肉碱水平 基本正常或稍低，但肌肉肉碱水平仅为正常的50%。一例46岁女性表现为肢体肌病，血