Биохимические основы патогенеза
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Вариантная ФКУ является следствием мутаций в генах, контролирующих метаболизм тетрагидробиоптерина. Последний необходим для реакций гидроксилирования не только фенилаланина, но также тирозина и триптофана, поэтому при недостатке этого кофермента нарушается метаболизм всех трех аминокислот, в том числе и синтез нейромедиаторов. Клинические проявления – близкие, но не полностью совпадающие склассической ФКУ. Заболевание характеризуется тяжелыми неврологическими нарушениями и ранней смертью. Для диагностики ФКУ используют методы качественного и количественного анализа патологических метаболитов в моче, определение концентрации фенилаланина в крови и моче. Дефектный ген, ответственный за ФКУ, можно обнаружить у фенотипически нормальных гетерозиготных носителей с помощью теста толерантности к фенилаланину. Для этого обследуемому натощак дают 10 г фенилаланина в виде раствора и через часовые интервалы определяют содержание тирозина в крови. В норме концентрация тирозина в крови после фенилаланиновой нагрузки значительно выше, чем у гетерозиготных носителей гена ФКУ. Данный тест используется в генетической консультации для определения риска рождения больного ребенка. Разработана схема скрининга для выявления новорожденных детей с ФКУ. Чувствительность теста практически достигает 100%. Все формы можно диагностировать уже в первые недели или даже дни жизни ребенка, когда клинические проявления еще отсутствуют. Для этого проводят биохимический скрининг новорожденных на наличие гиперфенилаланинемии. В практике массового обследования новорожденных на фенилкетонурию используются разные методические подходы: 1. Тест Гатри – полуколичественный микробиологический тест для определения концентрации фенилаланина в крови. В его основе лежит ингибирование бактериальной культуры Bacillus subtilis. Тормозящее влияние 35 ингибитора устраняется при повышенных концентрациях фенилаланина в крови обследуемого. В РФ метод не применяется. 2. Хроматография – полуколичественный биохимический метод определения фенилаланина с помощью тонкослойной хроматографии аминокислот плазмы крови и мочи. В РФ в качестве массового скрининга метод не применяется. 3. Флюориметрия – количественный биохимический метод определения фенилаланина в крови методом хроматографии с помощью современных автоматических флюориметров. Используется во многих развитых странах (в том числе и России) для проведения массового автоматизированного скрининга. Нормальный уровень ФА в сыворотке крови здоровых лиц составляет 0-2 мг/дл (0-120 мкмоль/л). Уровень ФА в крови человека выше 2 мг/дл квалифицируют как гиперфенилаланинемию. ГФА с уровнем выше 8 мг/дл (480 мкмоль/л) относят к различным формам ФКУ. 4. Тандемная масс-спектрометрия – аналитический метод исследования, основанный на масс-спектрометрическом измерении. Внедрен во многих странах, для проведения неонатального скрининга начал применяться и в России. Метод позволяет одновременно определять уровень тирозина и соотношение фенилаланин/тирозин. Биологическим материалом для исследования служат высушенные пятна капиллярной крови новорожденных на фильтровальной бумаге. Главным критерием диагностики ГФА является повышенное содержание фенилаланина в крови. В родильном доме у всех новорожденных на 3-4-й день жизни (у недоношенных на 7-й день) берется кровь из пятки на тест-бланки, которые доставляются в лабораторию медико-генетической консультации, осуществляющей определение содержания ФА в крови. Значение фенилаланина выше 2,0 мг/дл классифицируется как ГФА, которая требует проведения уточняющей диагностики. Это более сложная процедура, иногда многоэтапная. Во-первых, необходимо подтвердить ГФА и, во-вторых, 36 установить ее причину. ГФА может быть обусловлена классической (типичной) ФКУ, связанной с недостаточностью фенилаланингидроксилазы, птерин- зависимыми (кофакторными) формами болезни, наследственной гиперфенилаланинемией (доброкачественной ГФА), другими формами нарушения метаболизма (тирозинемия, галактоземия и др.). На уточняющем этапе проводится повторное обследование всех детей с первичной гиперфенилаланинемией. При содержании ФА в крови от 2,1 до 8,0 мг/дл предполагается доброкачественная ГФА. Ребенок наблюдается в медико- генетической консультации в течение первого года жизни с ежемесячным контролем уровня ФА крови. В настоящее время диагностику мутантного гена, ответственного за ФКУ проводят с помощью методов ДНК-диагностики: рестрикционного анализа и полимеразной цепной реакции. Обмен тирозина значительно многообразнее, чем обмен фенилаланина. Кроме использования в синтезе белков, тирозин в разных тканях является предшественником таких соединений (схема 3), как катехоламины, гормоны щитовидной железы и меланины, а также катаболизируется до фумарата и ацетоацетата и затем до СО 2 и Н 2 О. Нарушения этих путей метаболизма тирозина приводит к возникновению ряда заболеваний. 4.1.2. Тирозинемия В основе заболевания лежит повышенная концентрация тирозина в крови, что приводит к увеличению выделения с мочой метаболитов тирозина. Тирозинемия и экскреция тирозина возникают при ряде наследуемых ферментопатий: р-гидроксифенилпируватоксидазы (К.Ф. 1.13.11.27) – тирозинемия 1 типа и тирозинаминотрансферазы (К.Ф.2.6.1.5) тирозинемия II типа. Для тирозинемии 1 типа характерным является высокий уровень тирозина и низкий уровень фосфата в крови. В моче высокий уровень тирозина и выделение его с мочой, генерализованная аминоацидурия. Различают две формы 37 заболевания: неонатальную, или острую, к которой относится большинство известных случаев, и хроническую, или позднюю. При острой форме заболевания симптомы проявляются в первые месяцы жизни. Характерным является возбудимость, рвота, диарея, увеличение размеров печени и селезенки, задержка физического развития. Позднее развиваются признаки печеночной недостаточности: отеки, асцит, геморрагический синдром. Дети редко доживают до 6-7 мес. При хронической форме развивается дистрофия, гепатомегалия и значительные костные изменения (остеопороз, искривления трубчатых костей), прогрессирующий цирроз, дисфункция почечных канальцев. Дети отстают в физическом развитии, развивается геморрагический синдром. Лечение не разработано, но диета с ограничением фенилаланина и тирозина позволяет увеличить продолжительность жизни больных. Тирозинемия II типа приводит к задержке умственного и физического развития, гиперкератозу ладоней и стоп, изъязвлению роговицы. Лабораторно: высокий уровень тирозина в крови и моче, тирозинурия. В отличие от тирозинемии 1 типа не нарушается функция печени и почек. Диета с низким содержанием тирозина и фенилаланина не только корректирует изменения метаболизма, но и способствует быстрому заживлению глаз и кожи, а раннее начало диетотерапии предотвращает развитие умственной отсталости. 4.1.3.Алкаптонурия Причиной заболевания является дефект фермента гомогентизиноксидазы (К.Ф.1.13.11.5). При этом происходит накопление в организме и выведение с мочой гомогентизиновой кислоты и продуктов ее окисления. Моча больных при стоянии приобретает черный цвет за счет окисления и полимеризации гомогентизиновой кислоты. Окраска усиливается при продолжительном воздействии воздуха, высушенная пеленка становится черной. Накопление черного полимера в хряще и соединительной ткани приводит к черному окрашиванию носа, склер, ушей, что выявляется после 20-30-летнего возраста 38 (охроноз). Дегенеративные изменения в пигментированном хряще приводят к развитию артрозов и деформации суставов. Лечение симптоматическое. Диагноз устанавливается при обнаружении гомогентизиновой кислоты в моче. 4.1.4.Альбинизм Этот метаболический дефект, один из старейших у человека, описан еще в Библии. Причиной является отсутствие медьсодержащей тирозиназы, которая содержится в меланосомах меланоцитов. Фермент катализирует окисление тирозина в диокифенилаланин (ДОФА) и превращение последнего в ДОФА- хинон. Конечным продуктом этой цепи метаболизма является меланин (греч.mеlas– черный). Меланин является полимером или группой полимеров с неупорядоченной структурой. Цвет кожи зависит от распределения меланоцитов, количества содержащегося в них меланина и, вероятно, продуктов его окисления (под действием аскорбиновой кислоты он из черного становится желто-коричневым). Существует несколько генетических форм: генерализованный альбинизм (или глазокожный альбинизм), наследуемый по аутосомно-рецессивному типу, частичный альбинизм с симметричными областями депигментации, наследуемый по доминантному типу, и альбинизм, ограниченный глазами, наследуемый по сцепленному с полом типу (встречается только у мужчин). При генерализованной форме в дополнение к крайне светлой коже и мягким шелковистым волосам у альбиносов выявляют многочисленные глазные аномалии: отсутствие пигмента в склере, на глазном дне, радужке (от чего она производит впечатление серой или голубой); у больных снижается острота зрения, возникает нистагм. При частичном альбинизме встречаются локализованные участки отсутствия пигмента на коже и волосах, иногда единственным проявлением становится депигментированная прядь волос. При глазном альбинизме депигментация ограниченно затрагивает сетчатку или радужную оболочку, снижается острота зрения, отмечается нистагм. 39 4.2. БОЛЕЗНЬ С ЗАПАХОМ МОЧИ КЛЕНОВОГО СИРОПА (ЛЕЙЦИНОЗ) Заболевание обусловлено нарушениями обмена аминокислот с разветвленной цепью: валина, лейцина, изолейцина. В нормальных условиях эти аминокислоты, подвергаясь дезаминированию, превращаются в кетокислоты, которые затем декарбоксилируются. Именно этот процесс нарушен при болезни кленового сиропа. В результате в организме накапливаются кетокислоты, вызывая расстройства, в первую очередь ЦНС. Проявления болезни – рвота, судороги, расстройства дыхания, моча запаха кленового сиропа (напоминает запах отвара корнеплодов) обнаруживается на 3-5 день жизни. В дальнейшем наблюдаются задержка психического и физического развития, стойкие неврологические нарушения (атаксия, судорожный синдром). В крови метаболический ацидоз, повышение уровня лейцина, валина, изолейцина и их кетоаналогов. Эти же аминокислоты и соответствующие им кетокислоты выводятся с мочой. Лечение – диета с низким содержанием аминокислот с разветвленной углеродной цепью, которая должна соблюдаться в течение всей жизни. Отдаленный прогноз у больных серьезный. Кетоацидоз, кома и смерть могут наступить во время любой стрессовой ситуации, например, хирургического вмешательства, инфекции. 4.3. ГИСТИДИНЕМИЯ. Наследственное заболевание, обусловленное недостаточностью гистидазы, при участии которой происходит превращение гистидина в уроканиновую кислоту. Проявляется отставанием нервно-психического развития ребенка и по клиническим проявлениям близко к ФКУ.В связи с нарушением нормального обмена гистидина его значительные количества превращаются имидазолмолочную и имидазолуксусную кислоты, поражающие мозг ребенка. Характерным являются нарушения речи, моторная алалия, легкая или умеренная 40 задержка психического развития. В крови и моче высокая концентрация гистидина. 4.4.ГОМОЦИСТЕИНУРИЯ В основе заболевания лежит недостаточность фермента цистатионин-β- синтазы, в результате чего нарушается превращение гомоцистеина в цистатионин (схема.4, где Е – цистатионин-β-синтаза), в крови и моче больных обнаруживаются большие количества метионина, гомоцистеина, а также его окисленной формы – гомоцистина. После нагрузки метионином его повышенный уровень в крови определяется в течение 3 дней и более, тогда как у здоровых людей концентрация метионина возвращается к норме через 24 часа. Схема 4. Обмен метионина. Гомоцистеин может соединяться с серином, образуя цистатионин, или подвергаться реметилированию с превращением в метионин. Клинические симптомы проявляются после 3-10 лет жизни: остеопороз, искривление голени, в половине случаев наблюдается умственная отсталость, у 10-15% – судороги. Е Гомоцистеин Метионин SAM Серин Цистеин н SAГ СН 3 Гомоцистин Цистатионин α-кетобутират 41 Дефект цистатионин-β-синтазы блокирует синтез цистатионина и сопровождается усиленным превращением метионина в гомоцистин. Избыток гомоцистина тормозит образование нормальных поперечных сшивок в коллагене, блокируя активные группы лизина и оксилизина, участвующие в образовании поперечных сшивок. Недостаток цистеина, входящего в состав коллагена и ряда других белков соединительной ткани, может служить одной из причин скелетных нарушений. Внешние проявления болезни сходны с синдромом Марфана: высокий рост, арахнодактилия, деформация скелета (сколиоз, воронкообразная или килевидная грудная клетка, вальгусное искривление ног), поражения глаз (подвывих хрусталика, отслойка сетчатки, выраженная миопия, глаукома). Возможно отставание в психическом развитии (шизофреноподобные психотические нарушения), гиперкинезы, судорожные состояния, гемиплегии. Частые тромбозы и эмболии являются причиной внезапной смерти. Для диагностики используют хроматографическое определение в крови и моче уровня метионина и гомоцистеина (у больных они повышены). Лечение заключается в ограничении метионина в диете, часто в комплексе с витамином В 6 4.5. БОЛЕЗНЬ ХАРТНУПА Заболевание связано с нарушением активного транспорта триптофана и других моноаминомонокарбоновых кислот через кишечную стенку и почечные канальцы, вследствие чего усиливаются процессы бактериального разложения триптофана в кишечнике с образованием индольных продуктов. Индол довольно токсичен, в печени конъюгирует с серной кислотой и в виде конъюгатов выводится почками в крайне больших концентрациях. Отмечается генерализованная аминоацидурия, уровень аминокислот в плазме не повышен, поэтому выведение их с мочой обусловлено нарушением канальцевой реабсорбции. Исключение составляет триптофан, уровень которого в крови значительно снижен. Это приводит к нарушению синтеза никотиновой 42 кислоты (отсюда большие дозы никотинамида могут приводить к стойкой ремиссии неврологических и кожных проявлений болезни). Клинические проявления: пеллагроподобный дерматит, кожная фоточувствительность. Незащищенная кожа становится грубой и красной после солнечной инсоляции, при длительной инсоляции появляется сыпь, как при пеллагре. Также больные могут страдать мозжечковой атаксией, которая может сопровождаться тремором и нистагмом. Умственное отставание и психические нарушения редки – это депрессия, страх, галлюцинации, приступы гнева. Диагноз подтверждается характерными изменениями в аминокислотном профиле мочи и наличием в ней индольных соединений. Лечение – назначение никотиновой кислоты или никотинамида, предохранение кожи от солнечной инсоляции. Заболевание протекает относительно доброкачественно, его симптомы с возрастом ослабевают или даже исчезают. 4.6. НЕКЕТОТИЧЕСКАЯ ГИПЕРГЛИЦИНЕМИЯ Вероятно, причиной является дефект глицинформилтетрагидрофолат- трансферазы, фермента, при участии которого происходит превращение глицина в серин и СО 2 .Основным биохимическим симптомом является изолированное повышение уровня глицина в крови и выведение его с мочой. Признаки заболевания появляются в течение первых нескольких дней жизни. Характерны нарушения кормления, затруднения при сосании, рвота. К частым симптомам относят судороги и икоту, мышечную гипотонию, гепатомегалию, угнетение ЦНС, умственную отсталость. Развиваются респираторные расстройства, летаргия, все нарушения могут прогрессировать достаточно быстро до развития комы. Это нарушение обмена веществ обычно несовместимо с жизнью. 4.7. ЦИСТИНОЗ При данном заболевании малорастворимая аминокислота цистин как бы «выпадает из обмена» и откладывается во всех органах и тканях. Для заболевания характерно накопление свободного цистина в лизосомах разных 43 тканей. Кристаллы цистина появляются в роговице, лимфатических узлах, конъюктиве, костном мозге, лейкоцитах. Существует три формы заболевания: – инфантильная (нефропатическая), для которой характерно развитие почечной недостаточности в течение первых 10 лет жизни, – ювенильная (промежуточная), при которой поражение почек развивается в течение второго 10-летия жизни, – взрослая (доброкачественная), сопровождается отложением цистина в роговице, но не в почках. Причиной заболевания является нарушение оттока цистина (он представляет собой АТФ-зависимый процесс) из лизосом, но не нарушение его распада. Внутриклеточный цистин локализуется в лизосомах и не обменивается с другими пулами этой аминокислоты. При этом концентрация цистина в крови и моче существенно не изменяется. А вот в тканях она возрастает – при ювенильной форме более чем в 100 раз, а при взрослой – более чем в 30 раз. При взрослой форме развивается только глазная патология, проявляющаяся фотофобией из-за отложения цистина в роговице, чувством жжения и зуда в глазах. Для заболевания характерна усиленная жажда, потеря аппетита, рвота, повышенная температура, задержка развития. Характерна гипераминоацидурия, особенно для лейцина, пролина и валина. Диагностика: присутствие кристаллов цистина (прямоугольной или гексогональной формы) в роговице, слизистой оболочке прямой кишки, костном мозге. Диагноз подтверждают количественным определением цистина в лейкоцитах и гипераминоацидурией. Лечение: симптоматическое. Для снижения внутриклеточного уровня цистина применяется препарат цисеамин. Витамины Е и В 12 также способствуют восстановлению дисульфидных групп цистина и лучшему использованию образовавшегося цистеина. 44 4.8.ЭНЗИМОПАТИИ, ПРИВОДЯЩИЕ К НАРУШЕНИЮ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ Несмотря на постоянную продукцию аммиака в различных тканях, его концентрация в крови низкая (100-200 мкг/л). Это связано с высокой токсичностью этого соединения, а, следовательно, и с необходимостью его эффективного связывания и выведения из организма. В норме печень быстро захватывает аммиак из портальной крови, практически освобождая ее от этого соединения, и превращает его в мочевину. Для синтеза мочевины требуется 5 ферментов: карбамоилфосфатсинтетаза, орнитинкабамаилтрансфераза, аргинисосукцинатсинтетаза, аргининосукцинатлиаза, аргиназа. Одной из причин токсичности аммиака на молекулярном уровне является его способность к восстановительному аминированию α-кетоглутарата в глутамат, который в последующем превращается в глутамин. Ферменты глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза, катализирующие эти реакции, наиболее активны в ткани головного мозга. Это приводит к ряду негативных последствий: NH 3 легко проникает через мембраны в клетки и сдвигает глутаматдегидрогеназную реакцию в сторону образования глутамата; а уменьшение концентрации α- кетоглутарата вызывает: – торможение обмена аминокислот; – нарушение синтеза нейромедиаторов; – снижение скорости ЦТК; – гипоэнергетическое состояние в мозге; –ускорение синтеза оксалоацетата из пирувата, а значит, потребление СО 2 ; – увеличение сродства гемоглобина к О 2 , что приводит к гипоксии и энергодефициту; – стимуляцию синтеза глутамина (повышение осмотического давления, набухание астроцитов, отек мозга); – уменьшение синтеза ГАМК (основного тормозного нейромедиатора) из глутамата; – нарушение проведения нервного импульса, судороги. 45 Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение его содержания в крови – гипераммониемию. Причинами гипераммониемии могут являться как генетические дефекты ферментов синтеза мочевины (орнитинового цикла) в печени, так и вторичные поражения печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Клинические проявления гипераммониемии связаны в основном с нарушениями функции мозга и сходны между собой, независимо от причины гипераммониемии. Через несколько дней после рождения, в течение которых ребенок получает пищевой белок, появляются отказ от еды, тошнота, повторяющаяся рвота, тахипноэ, судороги, летаргия быстро прогрессирует до развития глубокой комы. При хронической форме развивается отставание в умственном развитии. Описаны несколько вариантов первичной гипераммониемии,обусловленные врожденными дефектами ферментов орнитинового цикла: − гипераммониемия I типа – дефект карбамоилфосфатсинтетазы i − гипераммониемия II типа – дефект орнитинкарбамоилтрансферазы − цитруллинемия – отсутствие аргининосукцинатсинтетазы − аргининосукцинатацидурия – дефект аргининосукцинатлиазы − гипераргининемия – дефект аргиназы Полная потеря активности хотя бы одного из ферментов орнитинового цикла мочевинообразования приводит к летальному исходу. Вторичные (приобретенные) гипераммониемии возникают при поражениях печени, когда ее функции, в том числе и мочевинообразование, снижаются. Это приводит к накоплению аммиака в организме, так как только в гепатоцитах присутствует весь набор ферментов для синтеза мочевины. При циррозе печени развиваются коллатерали между портальной и нижней полой венами, аммиак попадает в общий кровоток и вызывает интоксикацию. При усилении катаболических процессов (обширные травмы, опухоли, кахексия) печень перегружается поступающим аммиаком, который не успевает превратиться в мочевину. 46 Лечение пациентов с дефектами орнитинового цикла в основном направлено на снижение концентрации аммиака в крови за счет малобелковой диеты, введение в рацион кетоаналогов аминокислот и стимуляцию выведения аммиака в обход нарушенных реакций. Это достигается путем связывания и выведения аммиака в составе фенилацетилглутамина и гиппуровой кислоты, а также повышением концентрации промежуточных метаболитов орнитинового цикла (аргинина, цитруллина, глутамата),образующихся вне блокируемых реакций. Назначение пациентам с дефектом карбамоилфосфатсинтетазы I в качестве пищевой добавки фенилацетата улучшает их состояние. При этом фенилацетат конъюгируется с глутамином, образуя фенилглутамин, который экскретируется почками. Аналогичный эффект оказывает введение бензоата, который связывает молекулу глицина с образованием гиппуровой кислоты, последняя выводится с мочой, обеспечивая выведение азота из организма. При гипераммониемии II типа (дефект орнитинкарбамаилтрансферазы) назначение больших доз цитруллина стимулирует синтез мочевины из аспартата, что также способствует выведению азота из организма. Введение больших доз аргинина при аргининосукцинатурии активизирует регенерацию орнитина и выведение азота в составе цитруллина и аргининосукцината. |