郝虎 肖昕

遺傳代謝?。╥nherited metabolic disorders，IMD）又稱先天性代謝缺陷（inborn errors of metabolism，IEM），是因參與體內(nèi)代謝的酶、運(yùn)載蛋白、膜蛋白或受體等編碼基因發(fā)生突變，使相關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或功能變化，導(dǎo)致機(jī)體生化代謝發(fā)生紊亂，造成生化反應(yīng)的前體、中間、旁路代謝產(chǎn)物蓄積或終末代謝產(chǎn)物缺乏而引起一系列臨床癥狀和體征的一類疾?。?］。IMD涉及體內(nèi)廣泛的代謝途徑及各類生化代謝物異常，病因復(fù)雜且多數(shù)病種臨床癥狀缺乏特異性，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室檢查可為其診斷提供一些線索，但I(xiàn)MD的確診不僅需要借助測(cè)定特異性靶標(biāo)的生化檢測(cè)技術(shù)或分子檢測(cè)技術(shù)，如質(zhì)譜技術(shù)、酶學(xué)及基因檢測(cè)等，同時(shí)也依賴檢驗(yàn)者和臨床醫(yī)師之間的有效溝通、包括各項(xiàng)技術(shù)的適用范圍及方法的局限性、臨床癥狀的準(zhǔn)確描述等，以便合理的選擇和應(yīng)用。近年來(lái)隨著生物化學(xué)和分子遺傳學(xué)的不斷發(fā)展和檢測(cè)技術(shù)的不斷完善、新生兒IMD篩查的推廣以及臨床醫(yī)生對(duì)IMD認(rèn)知的提高，使得越來(lái)越多的患兒得到早期診斷和及時(shí)治療［2-4］，而遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷在IMD中的廣泛應(yīng)用，也有效預(yù)防了IMD患兒的出生?？傊?，國(guó)內(nèi)在IMD診療方面發(fā)展迅速，成績(jī)矚目，明顯縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，但仍存在很多問題。本文將對(duì)國(guó)內(nèi)遺傳代謝病目前診斷和治療所取得的新進(jìn)展及面臨的新挑戰(zhàn)進(jìn)行闡述，以提高醫(yī)務(wù)人員對(duì)遺傳代謝病診斷、治療和預(yù)防的認(rèn)知。

1 臨床IMD病種擴(kuò)展帶來(lái)的認(rèn)知挑戰(zhàn)

遺傳代謝病種類繁多，迄今已發(fā)現(xiàn)的病種已超過(guò)1 000種，全球常見的約有500～600種。對(duì)于IMD的單一病種來(lái)說(shuō)，其發(fā)病率很低，約為萬(wàn)分之一至千萬(wàn)分之一，但這類疾病的總體發(fā)病率要比想象中高得多，群體患病率估計(jì)在1%甚至更高［5-8］。目前國(guó)內(nèi)常見的IMD病種為甲基丙二酸血癥、戊二酸血癥、3-甲基巴豆酰輔酶A羧化酶缺乏癥、異戊酸血癥、丙酸血癥、高苯丙氨酸血癥、酪氨酸血癥、高甲硫氨酸血癥、楓糖尿癥、半乳糖血癥、遺傳性果糖不耐受、糖原貯積癥、尿素循環(huán)障礙、Citrin缺陷癥、肉堿缺乏癥、多種羧化酶缺乏癥、肉堿?；鈮A移位酶缺乏癥、多種酰基肉堿輔酶A脫氫酶缺乏癥、肝豆?fàn)詈俗冃浴?1-羥化酶缺乏癥等［9-11］。

隨著臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展、IMD新生兒篩查的廣泛開展以及檢測(cè)技術(shù)的完善，新的IMD病種不斷被發(fā)現(xiàn)，IMD疾病譜也逐漸擴(kuò)大。如由于發(fā)現(xiàn)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因突變所致的腦肌酸缺乏癥，擴(kuò)大了物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)障礙性疾病的范疇；先天性糖基化疾病的發(fā)現(xiàn)，使我們認(rèn)識(shí)到一類全新的遺傳性生物合成障礙性疾病。此外，對(duì)已認(rèn)識(shí)的IMD及其變異型再認(rèn)識(shí)也是一種新挑戰(zhàn)，如以往認(rèn)為β-氨基己糖苷酶A缺陷所致的Tay-Sachs病主要在嬰幼兒時(shí)期發(fā)?。ㄔ绨l(fā)型或經(jīng)典型），表現(xiàn)為嚴(yán)重精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、難治性驚厥發(fā)作、視網(wǎng)膜病變，死亡率高；后來(lái)發(fā)現(xiàn)兒童、成年人中也存在Tay-Sachs病變，且臨床表現(xiàn)明顯有異于嬰幼兒，即以脊髓小腦綜合征樣癥狀（共濟(jì)失調(diào)）為主要臨床表現(xiàn)而無(wú)智力障礙、驚厥發(fā)作和視力受損等，因而稱之為晚發(fā)型或變異型［12-13］。相似的例子還有甲基丙二酰輔酶A變位酶及其輔酶缺陷所致的甲基丙二酸血癥，新生兒時(shí)期發(fā)病的甲基丙二酸血癥病情危重，死亡率極高，而兒童、成年時(shí)期起病的甲基丙二酸血癥病情較輕，多在感染、發(fā)熱或外科手術(shù)等應(yīng)激狀態(tài)下誘發(fā)［14-15］。起初，人們無(wú)法解釋相同疾病在發(fā)病年齡以及臨床表現(xiàn)上的差異性，隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展和檢測(cè)技術(shù)的提高，已確認(rèn)基因突變導(dǎo)致相關(guān)酶活性不同改變是其根本原因。此外，一些原來(lái)認(rèn)為不屬于IMD的疾病，由于發(fā)現(xiàn)其發(fā)病與某些特異性酶、受體或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白密切相關(guān)而重新歸類，例如由于發(fā)現(xiàn)Smith-Lemil-Opitz綜合征患者的智力低下、器官受累等病變是因7-脫氫膽固醇還原酶缺陷導(dǎo)致膽固醇缺乏的結(jié)果，而將其歸入IMD范疇。總之，IMD譜的不斷擴(kuò)大，臨床表現(xiàn)的多樣性和發(fā)病年齡的廣泛性，對(duì)臨床和檢測(cè)醫(yī)生提出了極大挑戰(zhàn)，如何在錯(cuò)綜復(fù)雜的條件下早期發(fā)現(xiàn)和診斷IMD，需要的不僅是準(zhǔn)確無(wú)誤的檢測(cè)技術(shù)，更需要醫(yī)務(wù)人員對(duì)IMD的全面認(rèn)識(shí)。

2 臨床IMD診斷的新進(jìn)展及挑戰(zhàn)

IMD的發(fā)病年齡可在新生兒期、嬰幼兒期、兒童期甚至青少年期和成年期，其中近25%的IMD在新生兒期發(fā)病［16］。多數(shù)IMD臨床表現(xiàn)缺乏特異性，可累及全身各個(gè)器官尤其是神經(jīng)系統(tǒng)及消化系統(tǒng)，常表現(xiàn)為抽搐、昏迷、嘔吐、黃疸、肝脾腫大、心肌病、肌張力低下、白內(nèi)障、皮疹、低血糖、酸中毒、電解質(zhì)紊亂、高乳酸及高血氨等。此外，不同病種可表現(xiàn)出相似的臨床癥狀，而同一病種有可能因不同個(gè)體而表現(xiàn)出差異較大的表型。因此，常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室檢查只能為IMD的診斷提供線索，而臨床確診常常需要借助測(cè)定特異性靶標(biāo)的生化檢測(cè)技術(shù)或分子檢測(cè)技術(shù)如串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)（tandem mass spectrometry，MS-MS）、氣相色譜質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)（gas chromatography mass spectrometry，GC-MS）、酶學(xué)測(cè)定及基因檢測(cè)等。代謝病臨床表現(xiàn)多種多樣，且不同的技術(shù)在IMD診斷中有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性，因此，檢驗(yàn)者與臨床醫(yī)生之間及時(shí)有效的信息溝通也是IMD確診的關(guān)鍵。

近年來(lái)，串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)（tandem mass spectrometry，MS-MS）及氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）在臨床中被廣泛應(yīng)用，這為IMD的篩查和診斷帶來(lái)了革命性進(jìn)展［4，9，17-19］；MS-MS 和 GC-MS 技術(shù)通過(guò)微量的血液和尿液可以進(jìn)行上百種代謝產(chǎn)物的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了從“一次檢測(cè)一種疾病”到“一次檢測(cè)多種疾病”的轉(zhuǎn)變，在IMD診斷中發(fā)揮著重要作用。然而，MS-MS和GC-MS技術(shù)在臨床中的應(yīng)用也面臨著各種挑戰(zhàn)。質(zhì)譜技術(shù)對(duì)疾病的診斷依賴于檢測(cè)時(shí)所采集的血液或尿液中特異性代謝產(chǎn)物的濃度，然而，很多遺傳代謝病在發(fā)病期和緩解期，其特異性代謝產(chǎn)物的濃度變化差異顯著，所以發(fā)病期采集血液或尿液進(jìn)行檢測(cè)的診斷價(jià)值更高。此外，因臟器如肝腎功能異常、藥物治療及其他非代謝性疾病的影響也會(huì)引起繼發(fā)性或一過(guò)性的代謝紊亂，檢測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)假陽(yáng)性或假陰性的結(jié)果，所以在進(jìn)行代謝產(chǎn)物分析時(shí)需要結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)及其他生化檢查綜合判斷，必要時(shí)需檢測(cè)多次進(jìn)行驗(yàn)證。目前，質(zhì)譜技術(shù)可以診斷的遺傳代謝病病種有限，MS-MS技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)血液中50余種氨基酸和酰基肉堿進(jìn)而診斷30多種遺傳代謝病，GC-MS技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)尿液中250余種代謝產(chǎn)物進(jìn)而診斷100多種遺傳代謝病，但這相對(duì)于現(xiàn)已知的遺傳代謝病病種來(lái)說(shuō)只是冰山一角，更多的病種需要在代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)其特異性的物質(zhì)，以待通過(guò)質(zhì)譜技術(shù)快速得到診斷。

IMD多屬于單基因遺傳病，絕大多數(shù)為常染色體隱性遺傳，少數(shù)為常染色體顯性遺傳、X連鎖伴性遺傳或線粒體遺傳［20-21］。遺傳物質(zhì)發(fā)生改變是遺傳代謝病發(fā)生的分子機(jī)制，所以基因檢測(cè)在臨床遺傳代謝病診斷中占有重要的地位，并且具有傳統(tǒng)生化檢測(cè)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著快速而相對(duì)價(jià)廉的基因檢測(cè)技術(shù)的成熟，以及更多的單基因病被發(fā)現(xiàn)，使得IMD的分子診斷成為可能［22］。然而，必須認(rèn)識(shí)到基因檢測(cè)結(jié)果的復(fù)雜性，不是所有的基因序列突變都會(huì)導(dǎo)致疾病，而且基因存在多態(tài)性。對(duì)于診斷實(shí)驗(yàn)室和臨床醫(yī)生而言，特異性診斷線粒體電子傳遞障礙性疾?。ㄈ鏛eigh病）仍存在較大難度，因?yàn)榫€粒體病的臨床表現(xiàn)、生化檢測(cè)（體液中乳酸水平、神經(jīng)影像學(xué)變化等）雖可強(qiáng)烈提示線粒體的可能，但不能確診；留取患兒組織標(biāo)本進(jìn)行皮膚成纖維細(xì)胞培養(yǎng)和電鏡觀察比較麻煩，并且常常得不到明確結(jié)論；如果對(duì)已知線粒體突變基因分析無(wú)肯定結(jié)果，就只能進(jìn)行推論性診斷。進(jìn)行IMD產(chǎn)前診斷時(shí)，應(yīng)該明確先證者基因突變類型和位點(diǎn)；產(chǎn)前診斷只能對(duì)一些致病性明確的基因變異進(jìn)行檢測(cè)，在一些新變異或致病性不明確的變異面前則無(wú)能為力。隨著高通量測(cè)序技術(shù)（next generation sequencing，NGS）的發(fā)展，測(cè)序與分析的價(jià)格越來(lái)越低，可以在出生時(shí)通過(guò)高通量測(cè)序和分析技術(shù)了解自身遺傳缺陷，逐步替代候選基因的直接測(cè)序，并廣泛應(yīng)用于單基因疾病的分子基礎(chǔ)研究。根據(jù)不同的情況，可采用基于高通量測(cè)序技術(shù)分析僅應(yīng)用于特定選擇的區(qū)域，如編碼序列、全外顯子測(cè)序（whole exon sequencing，WES）或全基因組測(cè)序（whole genome sequencing，WGS）。WES能夠在單次反應(yīng)中檢測(cè)約20 000個(gè)基因，診斷率達(dá)到22%～41%，但在技術(shù)層面也有些限制性，主要包括一些外顯子的不完整測(cè)序覆蓋率，即具有高百分比的胞嘧啶和鳥嘌呤的外顯子可能難以測(cè)序，難以解釋臨床意義不明確的序列變異，以及不能檢測(cè)DNA拷貝數(shù)變化。WGS能夠覆蓋WES所不能檢測(cè)的基因組非編碼區(qū)域（不是密碼區(qū)域）變異，包括內(nèi)含子，這極大地拓寬了尋找致病基因的范圍。但值得一提的是，高通量測(cè)序會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，如何解讀測(cè)序結(jié)果是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，即使只分析外顯子組，仍會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。對(duì)于個(gè)別患者，約產(chǎn)生450 000個(gè)變異，其中大約幾百個(gè)不是多態(tài)性的，對(duì)數(shù)據(jù)的正確解釋需要分子生物學(xué)家、生物信息學(xué)專家和臨床醫(yī)生之間的緊密合作。此外，鑒定新基因變異也并不意味著明確致病位點(diǎn)，尤其是只在單個(gè)患者中存在此變異，不僅需要通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)或動(dòng)物模型來(lái)進(jìn)行功能驗(yàn)證，條件允許的話，還應(yīng)該在具有特定臨床表型的批量患者中繼續(xù)分析及驗(yàn)證該基因。因此，對(duì)分子遺傳學(xué)檢測(cè)結(jié)果解釋要慎之又慎，要從臨床、生化檢測(cè)、基因結(jié)果等多個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)估。

新生兒遺傳代謝病篩查是重要的出生缺陷預(yù)防手段，在IMD的早期診療方面發(fā)揮了巨大的作用。多數(shù)IMD患兒在孕期及出生時(shí)往往是正常的，一旦發(fā)病可能會(huì)出現(xiàn)一些非特異性的體征如喂養(yǎng)困難、昏迷、嘔吐、酸中毒、電解質(zhì)紊亂及低血糖等，這些體征在其他新生兒疾病中都很常見而不易被診斷，并且病情發(fā)展迅速，預(yù)后差。然而，新生兒篩查可在患兒發(fā)病前通過(guò)異常的生化指標(biāo)提示疾病，讓患兒在機(jī)體沒有明顯受損前進(jìn)行及時(shí)的診斷和治療，從而有效避免或減少嚴(yán)重并發(fā)癥及神經(jīng)系統(tǒng)損傷，甚至是挽救生命。近年來(lái)國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的地區(qū)如上海、廣州、浙江、廣西等地區(qū)逐漸開展新生兒的遺傳代謝病篩查，通過(guò)MS-MS技術(shù)可以篩查出約30多種遺傳代謝病。研究表明，我國(guó)自開展新生兒遺傳代謝病篩查以來(lái)，在預(yù)防疾病、挽救生命、改善預(yù)后等方面取得了顯著的成績(jī)［9，11，17-19］。隨著遺傳代謝病診斷及治療的不斷發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，越來(lái)越多的遺傳代謝性疾病被加入新生兒疾病篩查病譜。此外，值得一提的是，隨著DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，對(duì)所有新生兒進(jìn)行目標(biāo)基因組DNA測(cè)序篩查已成為可能，這將是IMD篩查的重要發(fā)展方向和領(lǐng)域。通過(guò)基因篩查的結(jié)果預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生及發(fā)病的嚴(yán)重程度，這會(huì)使更多的患者受益，但與此同時(shí)也是極大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槊總€(gè)人將攜帶近百甚至更多的致病變異，如何明確這些變異是否致病，如何判斷疾病的發(fā)生，如何干預(yù)和治療，如何進(jìn)行遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷等等，這些都是隨之要解決的問題，這也將是一個(gè)長(zhǎng)期積累和研究的過(guò)程。

3 臨床IMD治療的新進(jìn)展及挑戰(zhàn)

隨著遺傳代謝診斷技術(shù)的發(fā)展，治療手段也在不斷地提高。目前，雖然可治性的IMD僅有一小部分，多數(shù)疾病尚無(wú)有效的治療方法，但通過(guò)相應(yīng)的支持或?qū)ΠY治療，許多IMD的病情可以得到有效控制［23-25］。對(duì)于發(fā)病機(jī)理明確的IMD可采取飲食及藥物治療，如大多數(shù)小分子IMD（氨基酸、有機(jī)酸、脂肪酸、糖代謝異常）以飲食治療為主，部分疾病可通過(guò)維生素、左卡尼汀和輔酶等進(jìn)行治療，臨床效果顯著［26-27］。另外，一些新型治療IMD的方法（如器官移植、酶替代治療、干細(xì)胞治療和基因治療等）已有長(zhǎng)足的進(jìn)步并應(yīng)用于臨床，對(duì)IMD治療和預(yù)后產(chǎn)生了根本性變化，顛覆了“IMD不可治愈”的傳統(tǒng)觀念，使之成為“可治之癥”。

然而，在IMD實(shí)際臨床治療中仍有很多問題存在，一些疾病如苯丙酮尿癥、酪氨酸血癥等，需要通過(guò)飲食調(diào)控，即低苯丙氨酸和低酪氨酸飲食減少毒性代謝物的積累，該方法已常規(guī)應(yīng)用于患者的治療中，但特異性的治療食品及藥品尚未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，存在購(gòu)買困難、價(jià)格昂貴的情況，給患者治療帶來(lái)很大不便。部分患者病情嚴(yán)重，需要進(jìn)行肝腎移植或干細(xì)胞治療，但是我國(guó)器官移植和干細(xì)胞治療的規(guī)模有限，且存在供體難尋、捐贈(zèng)人數(shù)少和費(fèi)用昂貴等，這也使得臨床治療明顯受限。許多研究者和臨床醫(yī)生對(duì)酶替代療法和基因治療寄予厚望，但目前進(jìn)展緩慢。以Gaucher病為例，酶替代療法對(duì)其非神經(jīng)性病變安全有效，但由于酶是大分子蛋白質(zhì)，不能有效通過(guò)血腦屏障，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變療效不佳。因此，如何使這些大分子酶類通過(guò)血腦屏障或者研制能夠通過(guò)血腦屏障的新的酶分子替代物，已成為需要解決的關(guān)鍵和緊迫問題。目前已有研究開展對(duì)酶分子肽段進(jìn)行特異性修飾使其達(dá)到靶向治療效果，在溶酶體疾病的情況下，特定的酶可以用載脂蛋白LDLR結(jié)合域修飾靶向中樞神經(jīng)系統(tǒng)［28］。

迄今為止，在基因治療應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面已投入了巨大的人力、物力和財(cái)力，攜帶治療基因到體內(nèi)的病毒載體，從腺病毒發(fā)展到慢病毒以及腺病毒相關(guān)病毒均有大量的研究基礎(chǔ)，值得我們期待對(duì)IMD的徹底根治［29-32］。但鳥氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶缺陷癥（ornithine transcarbamylase deficiency，OTCD）患兒在接受腺病毒為載體的基因治療后，最終死于腺病毒引起的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致多器官衰竭［33］，由此引發(fā)的基因治療擔(dān)憂仍然是不容忽視的問題之一。2012年歐洲批準(zhǔn)了首個(gè)基因治療產(chǎn)品用于治療脂蛋白脂酶缺乏癥，為基因治療帶來(lái)了新的希望［34］。當(dāng)然，新的挑戰(zhàn)也不斷出現(xiàn)，治療基因?qū)牒蟮牟迦胪蛔?、受體免疫反應(yīng)、精確的基因靶向以及治療基因的生殖傳遞等均是基礎(chǔ)和臨床科學(xué)家所需要共同面對(duì)的最具挑戰(zhàn)性的問題。

4 小結(jié)與展望

遺傳代謝病屬于罕見病，但其影響了全球范圍的患者及家庭，帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)及精神負(fù)擔(dān)。分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得我們能夠發(fā)現(xiàn)新的致病基因，確診更多的遺傳代謝病，也同時(shí)有助于開發(fā)新的靶向特定缺陷基因、功能蛋白及代謝通路的藥物、實(shí)施細(xì)胞水平的基因治療。精確的早期診斷能夠幫助臨床給予及時(shí)的對(duì)癥治療，有效防止副作用及降低死亡率。在未來(lái)幾年隨著分子技術(shù)進(jìn)步，以及罕見疾病的分子病理學(xué)知識(shí)的增長(zhǎng)，將會(huì)給遺傳代謝病帶來(lái)革新的發(fā)展。同時(shí)，新生兒篩查更大范圍的普及也能夠在全民范圍內(nèi)快速篩查和診斷遺傳代謝病，以便立即采取適當(dāng)?shù)闹委煛？傊魬?zhàn)與機(jī)遇是并存的，我們相信隨著技術(shù)進(jìn)步、新生兒篩查的廣泛普及，能夠?yàn)檫z傳代謝病患者提供明確診斷及治療，這不僅能提高患者及家庭生活質(zhì)量，同時(shí)也具有巨大的社會(huì)價(jià)值。