苯丙酮尿癥(phenyl ketonuria，PKU)是由于肝臟苯丙氨酸羥化酶(phenylalanine hydroxylase，PAH)缺乏或活性減低而導(dǎo)致苯丙氨酸代謝障礙的一種遺傳性疾病。在遺傳性氨基酸代謝缺陷疾病中比較常見(jiàn)。本病遺傳方式為常染色體隱性遺傳。臨床表現(xiàn)不均一，主要臨床特征為智力低下、精神神經(jīng)癥狀、濕疹、皮膚抓痕征及色素脫失和鼠氣味等，腦電圖異常。

苯丙氨酸代謝障礙是由什么原因引起的？

　　(一)發(fā)病原因

　　隨著年齡的增大，攝入的苯丙氨酸用于合成蛋白的量逐漸減少。出生以后，每天攝入的苯丙氨酸約為0.5g，兒童和成人增加到4g。其中較大部分被氧化成酪氨酸，這一過(guò)程主要依賴(lài)于苯丙氨酸羥化酶(PAH)，但也需要輔因子參與。如果這一氧化過(guò)程發(fā)生障礙，則有苯丙氨酸在體內(nèi)堆積，在此情況下，苯丙氨酸則通過(guò)其他途徑進(jìn)行代謝而產(chǎn)生苯丙酮酸有害物質(zhì)。苯丙酮尿(PKU)就是因?yàn)镻AH活性減低或缺如而引起的一種遺傳性疾病。PAH活性減低還可使酪氨酸受抑而使黑色素生成減少，羥苯丙酮酸酶受抑而使羥苯酮酸在體內(nèi)堆積。

　　本病為常染色體隱性遺傳，突變基因位于12號(hào)染色體長(zhǎng)臂(12q24.1)，該基因的微小變異即可引起發(fā)病，并非由于基因缺失。系由兩個(gè)雜合子的婚配而導(dǎo)致的遺傳性疾病，以近親結(jié)婚的子代為多見(jiàn)，患兒同胞約40%患病。由于苯丙氨酸羥化酶(phenylalanine hydroxylase)基因突變，導(dǎo)致肝臟中苯丙氨酸羥化酶缺乏，是本病基本的生化異常。如果發(fā)生變異的堿基對(duì)不同，引起臨床表現(xiàn)的嚴(yán)重程度有很大差異，可表現(xiàn)為典型PKU或輕度高苯丙氨酸血癥。

　　(二)發(fā)病機(jī)制

　　苯丙氨酸(phenylalamine，PA)是一種人體必需氨基酸，它參與構(gòu)成各種蛋白質(zhì)成分，但在人體內(nèi)不能合成。正常情況下，攝入的PA中約有50%左右用于合成各種成分的蛋白質(zhì)，其余部分在苯丙氨酸羥化酶的作用下變?yōu)槔野彼?，再?jīng)其他酶的作用轉(zhuǎn)化為多巴、多巴胺、腎上腺素、去甲腎上腺素及黑色素等。苯丙氨酸羥化酶是復(fù)合酶系統(tǒng)，除羥化酶本身外，還包括二氫蝶呤還原酶及輔酶四氫生物蝶呤，任何一種酶缺陷均可引起血苯丙氨酸增高。

　　當(dāng)PA羥化酶缺乏時(shí)，未參與第一步蛋白質(zhì)合成的苯丙氨酸在血漿內(nèi)貯積，并沉積于全身組織包括腦。血中苯丙氨酸超過(guò)腎閾而排出，產(chǎn)生苯丙氨基酸尿。

　　PA的主要途徑(羥化)受阻后，PA的次要代謝途徑則代償性地亢進(jìn)，使PA轉(zhuǎn)化為苯丙酮酸、苯乳酸、正羥苯乙酸和苯乙酸的比重逐步增加。正常時(shí)這條代謝旁路進(jìn)行得很少，因此這些代謝產(chǎn)物的含量極少;當(dāng)PA羥化酶缺乏時(shí)，這些代謝產(chǎn)物才達(dá)到異常增高的水平，積蓄于組織、血漿和腦脊液中，并大量從尿中排出，產(chǎn)生苯丙酮尿癥。

　　1.根據(jù)生化缺陷的不同可分為

　　(1)典型PKU：先天性苯丙氨酸羥化酶缺陷。

　　(2)持續(xù)性高苯丙氨酸血癥：見(jiàn)于苯丙氨酸羥化酶異構(gòu)酶缺陷或典型苯丙酮尿癥雜合子，血苯丙氨酸增高。

　　(3)一過(guò)性輕度高苯丙氨酸血癥：多見(jiàn)于早產(chǎn)兒，是苯丙氨酸羥化酶成熟延遲所致。

　　(4)苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶缺乏：雖然血苯丙氨酸含量增加，但尿中苯丙酮酸及羥苯乙酸可不增高，給予負(fù)荷量的苯丙氨酸口服后血酪氨酸也不增加。

　　(5)二氫蝶呤還原酶缺乏：酶活性完全或部分缺乏，除影響腦發(fā)育外可使基底節(jié)鈣化。

　　(6)二氫蝶呤合成缺陷：缺乏甲醇氨脫水酶或其他多種酶。

　　典型PKU患兒出生時(shí)神經(jīng)系統(tǒng)正常，由于純合子患兒缺乏神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)措施，神經(jīng)系統(tǒng)長(zhǎng)期暴露于苯丙氨酸而出現(xiàn)癥狀。如母親是純合子，血苯丙氨酸水平很高，患兒是雜合子，在子宮中就可發(fā)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害，出生時(shí)表現(xiàn)為智力障礙。

　　普通型PKU及某些輕度和嚴(yán)重變異型，疾病早期未經(jīng)治療可出現(xiàn)精神衰退。推測(cè)可能為等位基因突變型，表現(xiàn)為高苯丙氨酸血癥(hyperphenylalaninemia)，無(wú)苯丙酮尿癥及神經(jīng)系統(tǒng)受累。此外，即使少數(shù)(約3%)病人控制高苯丙氨酸血癥，也不能預(yù)防神經(jīng)系統(tǒng)病變的進(jìn)展。

　　2.分子生物學(xué)研究正常人PAH蛋白有折疊，并有鐵結(jié)合位點(diǎn)。鐵結(jié)合位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的保持與位于與活性位點(diǎn)相關(guān)的3D結(jié)構(gòu)中的第349位的絲氨酸有關(guān)，這個(gè)位點(diǎn)的絲氨酸與PAH結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性聚合和PAH的催化性質(zhì)也具重要性。Fusetti等測(cè)定了人PAH(殘基118～452)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)此酶與組成催化和四聚體化區(qū)的每個(gè)單聚體以四聚體結(jié)晶出現(xiàn)。在四聚體化區(qū)的特性是存在與其他單聚體相互作用的交換臂，因而形成一反平行的盤(pán)旋卷，而且明顯的不對(duì)稱(chēng)，這是由于在導(dǎo)致盤(pán)旋卷螺旋的螯合區(qū)有兩個(gè)交替構(gòu)形所引起。最常見(jiàn)的PAH突變中的某些突變即發(fā)生于催化區(qū)和四聚體區(qū)的交界處。

　　不同的PAH基因的突變使PAH活性受影響的程度不同，對(duì)PAH結(jié)構(gòu)的影響也不一樣。Camez等用不同的表達(dá)系統(tǒng)揭示PAH突變：Leu348Val、Ser349Leu、Val388Met引起PAH蛋白有折疊缺陷。將突變的PAH蛋白在大腸埃希桿菌中表達(dá)顯示比野生型PAH蛋白有對(duì)熱不穩(wěn)定，降解的時(shí)間過(guò)程也不相同。Bjorgo等研究了PAH7種錯(cuò)義點(diǎn)突變，即R252G/Q、L255V/S、A259V/T及R270S。另外還有一種突變?yōu)镚272X。當(dāng)將這些突變的PAH蛋白與麥芽糖酶以融合蛋白形式共同表達(dá)于大腸埃希桿菌中，證明人PAH蛋白折疊和聚合為同種四聚體/二聚體的能力有缺陷，大多數(shù)回收為無(wú)活性聚集型。R252Q和R252G回收到具有催化活性的四聚體和二聚體，R252G回收到一些二聚體。前述3種突變使PAH活性分別只有野生型活性的20%、44%和4.4%。當(dāng)在體外以耦聯(lián)的轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)表達(dá)時(shí)，所有突變的PAH均回收到具有低同種特異性活性的非磷酸化和磷酸化型的混合物。所有這些PAH基因突變所表達(dá)的變異的人PAH蛋白在寡聚化方面均有缺陷，在體外實(shí)驗(yàn)對(duì)限制性蛋白溶解的敏感性增加，在細(xì)胞中的穩(wěn)定性減低，催化活性也有不同程度的減低。所有前述作用看來(lái)是由于單聚體結(jié)構(gòu)紊亂的結(jié)果。根據(jù)人PAH催化區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)，突變對(duì)折疊和單聚體寡聚體化的影響提供一種解析。

　　以上是一些肝PAH基因突變所引起的PAH蛋白結(jié)構(gòu)和活性變異的相關(guān)性。99%的高苯丙氨酸血癥或PKU都是由于PAH基因突變引起，只有1%是由于輔因子生物合成或再生有障礙所致。PAH基因突變可累及外顯子和內(nèi)含子，可為錯(cuò)義突變或無(wú)義突變。突變類(lèi)型有點(diǎn)突變、插入或缺失、提前停止編碼、剪接和多態(tài)性。突變的基因型有純合子、雜合子和復(fù)合性雜合子。Scriver等于1996年綜述了PAH基因突變，在全世界26個(gè)國(guó)家，81位研究者分析了3986突變的染色體，確定了243種不同的突變。到1999年3月Zekanowski等在論文中指出：世界上PAH基因突變已達(dá)350種以上。該作者研究了編碼PAH酶調(diào)節(jié)區(qū)：部分的外顯子3突變可引起經(jīng)典的PKU、輕度的PKU和輕度的高苯丙氨酸血癥，后者的突變常位于71～94位的氨基酸殘基。汪寧指出到1998年4月止全世界PAH基因突變已增加到390種。在我國(guó)1996年徐陵亭等報(bào)道已確定PAH基因突變有20多種，約占PAH突變基因的80%。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為PAH突變的基因型與表型之間有相關(guān)，只少數(shù)病人例外。Guldberg等人認(rèn)為：部分病人PAH突變的基因型與表型之間的不一致可能是由于用以檢查突變的方法或者由于表型分類(lèi)不同所致。

　　不同的國(guó)家和地區(qū)PKU患者PAH基因突變有所不同，我國(guó)北方和南方人群PAH基因突變類(lèi)型分布也不一致。土耳其祖先病人的亞組中最常見(jiàn)突變?yōu)镮VS1O-11 G→A(占分析的等位基因的38%);羅馬尼亞PKU病人中PAH基因突變以Arg408Trp居多(占等位基因47.72%)，Lys363fsdelG(13.63%)和Phe225Thr占6.81%，3種突變占突變等位基因的70%;在捷克PKU病人中Arg408Trp突變占54.9%。對(duì)各地區(qū)人群PAH基因突變類(lèi)型的分布的不同可能反映PAH基因突變有多種機(jī)制，包括拓荒者作用(founder effect)、遺傳漂流(genetic drift)、過(guò)度互換性(hypermutability)和選擇(selection)。

　　以上是肝臟PAH基因結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和突變及突變所引起的PAH蛋白的異常。PAH蛋白除了在肝臟細(xì)胞中表達(dá)外，在非肝臟組織中也有表達(dá)，包括腎臟、胰腺和腦。腎臟中PAH一級(jí)結(jié)構(gòu)與肝臟中的一致，只是其調(diào)節(jié)不同于肝臟中的PAH，但在機(jī)體苯丙氨酸平衡中，腎臟的PAH可能起作用。

　　除了肝PAH活性缺如或降低可引起PKU外，還有PAH的輔因子發(fā)生變化也可引起。參與PAH作用的主要輔因子有5，6，7，8-四氫生物蝶呤(5，6，7，8-tetrahydrobiopterin)，此物質(zhì)為苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸羥化必須的輔因子。負(fù)責(zé)編碼此物質(zhì)的基因?yàn)?-丙酮酰四氫蝶呤合酶(6-pyruvoyltetrahydropterin)合成酶(PTPS)基因。如果這種酶基因發(fā)生突變，則PTP缺乏，PAH活性即使正常，也可引起PKU。另一種可引起PKU的酶是二氫蝶呤還原酶。據(jù)此，PKU的發(fā)病牽涉到至少3種酶基因，其中一個(gè)基因發(fā)生突變即可引起PAH活性缺如或減低，從而引起PKU。

　　3.腦部病理改變

　　表現(xiàn)為非特異性變化，通常以白質(zhì)改變?yōu)槊黠@。大致可有下列數(shù)種情況。

　　(1)腦成熟障礙。胎兒在妊娠后期即開(kāi)始有腦發(fā)育異常，腦的白質(zhì)、灰質(zhì)分層不清楚。白質(zhì)中有異位灰質(zhì)出現(xiàn)。

　　(2)髓鞘生成障礙。以視束，皮質(zhì)脊髓束、皮質(zhì)-腦橋-小腦束纖維的髓鞘形成不全為最明顯。

　　(3)灰質(zhì)和白質(zhì)囊樣變性;此外，還有腦的黑質(zhì)、藍(lán)斑部的色素消失，腦重量減輕等變化。

苯丙氨酸代謝障礙應(yīng)該如何診斷？

　　PKU是一種遺傳性疾病，故新生兒即有高苯丙氨酸血癥，因未進(jìn)食，血苯丙氨酸及其有害的代謝產(chǎn)物濃度不高，故出生時(shí)無(wú)臨床表現(xiàn)。如果對(duì)新生兒未作苯丙酮尿癥篩選，隨著喂食的時(shí)間延長(zhǎng)，血中苯丙氨酸及其代謝產(chǎn)物逐漸升高，臨床癥狀才漸漸表現(xiàn)出來(lái)。主要臨床表現(xiàn)有：

　　1.生長(zhǎng)發(fā)育遲緩 除軀體生長(zhǎng)發(fā)育遲緩?fù)?，主要表現(xiàn)在智力發(fā)育遲緩。表現(xiàn)在智商低于同齡正常嬰兒,生后4～9個(gè)月即可出現(xiàn)。重型者智商低于50，約14%以上兒童達(dá)白癡水平，語(yǔ)言發(fā)育障礙尤為明顯。這些表現(xiàn)提示大腦發(fā)育障礙。限制新生兒攝入苯丙氨酸可防止智力發(fā)育障礙，重型PKU患兒智力發(fā)育障礙比輕型者血中苯丙氨酸濃度高，據(jù)此可以認(rèn)為智力發(fā)育障礙與苯丙氨酸毒性有關(guān)，但更為詳細(xì)的病理生理機(jī)制仍不清楚。

　　2.神經(jīng)精神表現(xiàn) 由于有腦萎縮而有小腦畸形，反復(fù)發(fā)作的抽搐，但隨年齡增大而減輕。肌張力增高，反射亢進(jìn)。常有興奮不安、多動(dòng)和異常行為。

　　3.皮膚毛發(fā)表現(xiàn) 皮膚常干燥，易有濕疹和皮膚劃痕癥。由于酪氨酸酶受抑，使黑色素合成減少，故患兒毛發(fā)色淡而呈棕色。

　　4.其他 由于苯丙氨酸羥化酶缺乏，苯丙氨酸從另一通路產(chǎn)生苯乳酸和苯乙酸增多，從汗液和尿中排出而有霉臭味(或鼠氣味)。

　　一般而言，臨床表現(xiàn)與PAH基因突變的類(lèi)型與臨床表型的嚴(yán)重性相關(guān)，輔因子缺乏比PAH蛋白異常的臨床表型較輕。

　　本病診斷應(yīng)強(qiáng)調(diào)早期診斷，以便得到早期治療，以避免智力發(fā)育障礙。要得到早期診斷必須在新生兒中進(jìn)行苯丙酮尿癥的篩查。

　　1.篩查方法 國(guó)際上公認(rèn)的常規(guī)篩查方法為Guthrie發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌抑制法。國(guó)內(nèi)已有PKU篩查試劑盒供應(yīng)。此方法是根據(jù)患兒血對(duì)培養(yǎng)的變異性枯草桿菌生長(zhǎng)帶的大小來(lái)估計(jì)血中苯丙氨酸的水平。如果估計(jì)的血苯丙氨酸的水平在0.24mmol/L則為陽(yáng)性。此方法可用于出生后3～5天的嬰兒。對(duì)有家族史的新生兒更應(yīng)進(jìn)行新生兒期篩查。

　　2.苯丙氨酸負(fù)荷試驗(yàn) 此試驗(yàn)可以直接了解PAH的活性。負(fù)荷劑量為口服苯丙氨酸0.1g/kg，連服3天。經(jīng)典的PKU患兒血中苯丙氨酸水平在1.22mmol/L以上，輕型者則常在1.22mmol/L以下，后一種結(jié)果提示這些患兒可能是無(wú)PKU的高苯丙氨酸血癥。

　　3.病因診斷 引起苯丙酮尿癥的基因是PAH基因，病因診斷就是檢測(cè)PAH基因突變。PAH基因突變的檢測(cè)不僅可以對(duì)患者做出病因診斷，而且對(duì)胎兒可做出產(chǎn)前診斷?；蛐团c表型之間在大多數(shù)病人中存在相關(guān)性。不同的突變類(lèi)型對(duì)PAH活性的影響程度也不相同，因此檢測(cè)PAH基因突變對(duì)判定預(yù)后和指導(dǎo)治療也有指導(dǎo)意義。

　　檢測(cè)PAH基因的突變方法很多，但多以多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)再聯(lián)合后述檢測(cè)方法中的1種或2種，包括單鏈構(gòu)形多態(tài)性(SSCP)、限切酶片段長(zhǎng)度多態(tài)性(RFLP)、變性梯度凝膠電泳(DGGE)、DNA直接測(cè)序、突變位點(diǎn)特異性寡核苷酸探針(ASO)、PCR-聚丙烯胺凝膠電泳-銀染色、雙脫氧指紋法、擴(kuò)增不應(yīng)性突變系(anplification refractory mutation system，ARMS)、酶錯(cuò)配裂解方法等。可以分析擴(kuò)增的DNA，也可對(duì)RNA進(jìn)行SSCP分析。分析標(biāo)本用周?chē)馨图?xì)胞，產(chǎn)前診斷可分析極體(配子產(chǎn)物)。分析極體和ASO可作產(chǎn)前診斷，對(duì)已知突變位點(diǎn)的PAH基因也可用ASO方法檢查。我國(guó)最常見(jiàn)的PAH基因突變有5種：R243Q、Y204C、V399V、Y356X、R413P，此5種PAH基因突變占56.7%。在突變中以點(diǎn)突變最常見(jiàn)，占突變類(lèi)型中的77.4%。黃尚志提出PAH基因突變的快速診斷程序：第1步作突變點(diǎn)特異性寡核苷酸探針?lè)治?，診斷率可達(dá)66%;第2步作外顯子4的SSCP分析，診斷率提高到80%;第3步用SSCP分析法檢測(cè)幾個(gè)常見(jiàn)的突變位點(diǎn)即R243Q(外顯子7)、V339V和Y356X(外顯子11)，可使診斷率達(dá)到87%。

　　檢測(cè)PTPS基因的方法也是采用以PCR為基礎(chǔ)，結(jié)合DGGE方法，可篩選此基因的6個(gè)編碼序列和所有PTPS基因的剪接位點(diǎn)。

苯丙氨酸代謝障礙容易與哪些癥狀混淆？

　　復(fù)雜性尿路感染：復(fù)雜性尿路感染是指：①尿路有器質(zhì)性或功能性異常，引起尿路梗阻，尿流不暢;②尿路有異物，如結(jié)石、留置導(dǎo)尿管等;③腎內(nèi)有梗阻，如在慢性腎實(shí)質(zhì)疾病基礎(chǔ)上發(fā)生的尿路感染，多數(shù)為腎盂腎炎，可引起腎組織損害。長(zhǎng)期反復(fù)感染或治療不徹底，可進(jìn)展為慢性腎功能衰竭(chronic renal failure，CRF)。

　　特異性氨基酸尿：主要為蘇氨酸絲氨酸組氨酸丙氨酸羥脯氨酸排出量正常故可與全氨基酸尿區(qū)別甘氨酸脯氨酸和羥脯氨酸排出量正常可與亞氨基甘氨酸尿區(qū)別尿中二堿基氨基酸排出亦正常可與胱氨酸尿區(qū)別。

苯丙氨酸代謝障礙應(yīng)該如何預(yù)防？

　　遺傳病治療困難，療效不滿(mǎn)意，預(yù)防顯得更為重要。預(yù)防措施包括避免近親結(jié)婚，推行遺傳咨詢(xún)、攜帶者基因檢測(cè)及產(chǎn)前診斷和選擇性人工流產(chǎn)等，防止患兒出生。

　　提倡母乳喂養(yǎng)。盡早發(fā)現(xiàn)苯丙酮尿癥攜帶者和普及三氯化鐵尿布，使已致病嬰兒及早發(fā)現(xiàn)、及早治療是預(yù)防智能低下的重要辦法。