第二章　氨基酸代谢病

第一节　苯丙氨酸羟化酶缺乏症

【概述】

高苯丙氨酸血症（hyperphenylalaninemia，HPA）病因两大类：苯丙氨酸羟化酶缺乏症（phenylalanine hydroxylase deficiency，PAH）和辅酶四氢生物蝶呤缺乏症（tetrahydrobiopterin deficiency，BH4）。本节主要描述苯丙氨酸羟化酶缺乏导致的苯丙酮尿症（phenylketonuria，PKU，MIM 261600）。苯丙氨酸羟化酶缺乏症是造成儿童智力损害的常染色体隐性遗传病，1934年因Folling发现患者尿中含有大量的苯丙酮酸而得名PKU。1947年Jervis对患者进行苯丙氨酸负荷实验，揭示PKU发病的生化基础是肝脏苯丙氨酸代谢障碍。1953年德国的 Bickel首先报道用低苯丙氨酸奶方治疗PKU患者获得成功。1961年Guthrie开展了PKU新生儿筛查，此后新生儿筛查在各国推广，中国于1981年开展PKU新生儿筛查。1983年Woo克隆了PKU的致病基因苯丙氨酸羟化酶基因，为基因诊断和产前诊断开辟了道路。

【流行病学】

PKU的发病率有种族和地区的差异。美国约为7.1/10万，北爱尔兰约为22.7/10万，德国约为17.3/10万，日本约为1.3/10万。根据中华预防医学会新生儿筛查学组收集的1796万各地新生儿筛查数据，我国平均发病率为8.5/10万。

【发病机制】

根据我国新生儿筛查和高苯丙氨酸血症鉴别诊断数据，高苯丙氨酸血症病因中85%～90%为PAH缺乏症，10%～15%为BH4缺乏症。

苯丙氨酸（phenylalanine，Phe）是人体必需氨基酸，食入体内的Phe一部分用于蛋白质的合成，一部分通过苯丙氨酸羟化酶作用转变为酪氨酸，用于合成甲状腺激素、黑色素、多巴、肾上腺素以及多种神经递质，仅有少量的Phe经过次要的代谢途径在转氨酶的作用下转变成苯丙酮酸。苯丙氨酸代谢途径见图2-1。

PAH缺乏症因PAH基因突变导致PAH活性降低或缺乏，苯丙氨酸不能转化为酪氨酸（tyrosine，Tyr），酪氨酸及正常代谢产物合成减少，血Phe含量在体内积聚增加。Phe增高影响中枢神经系统发育，导致智力发育落后，出现小头畸形、抽搐等神经系统症状。高浓度的Phe及其异常代谢产物抑制酪氨酸酶，可使黑色素合成减少，临床出现皮肤毛发色浅；高浓度的Phe刺激转氨酶发育，次要代谢途径增强，生成苯丙酮酸、苯乙酸和苯乳酸，并从尿中大量排出，苯乳酸使患儿尿液具有特殊的鼠尿臭味。

【遗传学】

PAH基因位于染色体12q23.2，全长约90kb，有13个外显子和12个内含子，成熟mRNA约2.4kb，转录后的mRNA含1353个碱基，翻译成451个氨基酸的酶单体，4个单体聚合形成具有功能的PAH。

自PAH基因被定位并克隆以来，国际上已经报道600余种PAH基因突变类型，突变具高度遗传异质性。PAH基因突变研究结果表明，所有外显子、内含子、5’-UTR和3’-UTR区都有突变存在，但以外显子7的突变较为集中，且突变不能单从CpG位点解释。突变类型多样，包括氨基酸置换、翻译提早终止、mRNA剪切异常、阅读框架移位等，其中60%为单个碱基置换的错义突变。另外，突变呈现高度种族和地区差异。根据目前的资料，PKU热点突变在不同种族、不同地区均有不同。2003年Zschocke综述了欧洲的常见突变：按地区划分，东欧最常见的突变为R408W-H2（>80%），西北欧是IVS12+1G→A（21%），南欧是IVS10-11G→A（30%）。按国家划分，各国的突变谱又不尽相同，德国的突变谱中，以下5种突变为该国的热点：R408W（22%）、IVS12+1G→A（9.6%）、IVS10-11G→A（9.6%）、Y414C（6.1%）和R261Q（6.1%）；西班牙195例PKU突变分析结果显示，IVS10-11G→A（9%）、A403V（7%）、V388M（4.5%）和I65T（9.5%）是最常见的4种突变。Guldberg通过对147例美国PKU患者的突变分析，发现该国最常见的突变是R408W-H2（18.7%）、IVS12+1G→A（7.8%）和Y414C（5.4%），突变谱与欧洲相似。

亚洲PKU热点突变与欧美国家存在很大差异，且不同国家之间的发病率和突变分布也有不同。日本的发病率为1︰78 400，最常见的突变是R413P（30.5%）、R243Q（7.3%）、R241C（7.3%）、IVS4-1G→A（7.3%）和T278I（7.3%）；韩国发病率为1︰41 000，常见的突变是R243Q（12%）、IVS4-1G→A（10%）、EX6-96A→G（10%）；中国台湾省PKU的发病率为1/55 077，突变以R241C（32%）、R408Q（14%）和R243Q（6%）为最常见。某些PAH基因突变类型与BH4反应性PKU/HPA相关。

通过二十年来致力于PKU突变谱研究，上海、北京等地已经常规开展基因诊断和产前诊断，为控制PKU的危害做出了努力。中国人群中已发现了约100余种基因突变，主要突变在不同外显子上的分布见图2-2，部分PAH基因突变类型见表2-1。

【临床表现】

PAH缺乏症通常根据治疗前最高的血Phe浓度或天然蛋白摄入足够情况下血Phe浓度分类：血Phe≥1200μmol/L（≥20mg/dl）为经典型PAH缺乏症；血Phe 360～1200μmol/L（6～20mg/dl）为轻型PAH缺乏症，血Phe（120～360）μmol/L（2～6mg/dl）为轻度HPA。此外，还可根据血Phe浓度对BH4的治疗反应分为BH4反应性及BH4无反应性PAH缺乏症。研究发现BH4反应性患者在临床上往往为轻中度PKU及轻度HPA，经典型PKU少见。

患儿出生时大多表现正常，新生儿期无明显特殊的临床症状，部分患儿可能出现喂养困难、呕吐、易激惹等非特异性症状。未经治疗的患儿3～4个月后逐渐表现出典型症状，头发由黑变黄，皮肤白，全身和尿液有特殊鼠臭味，常有湿疹。随着年龄增长，患儿智力落后越来越明显，年长儿约60%有严重的智能障碍（IQ<50）。2/3患儿有轻微的神经系统体征，如肌张力增高、腱反射亢进、小头畸形等。约1/4患儿有癫痫发作，常在18个月以前出现，可表现为婴儿痉挛性发作、点头样发作或其他形式。PKU患者除了影响智能发育外，可出现一些行为、性格的异常，如忧郁、多动、自卑、孤僻自闭等。

【实验室检查】

1.血苯丙氨酸测定

（1）荧光定量法：

正常血Phe浓度<120μmol/L（2mg/dl）。

（2）串联质谱法：

血Phe浓度>120μmol/L及Phe/Tyr>2.0诊断为HPA。由于可同时检测血Phe、Phe/Tyr，使检测结果更为可靠，用于新生儿疾病筛查可显著降低假阳性率和召回率。

2.HPLC尿蝶呤谱分析

10ml晨尿加入100mg 维生素C，酸化尿液后，滴在8cm×10cm新生儿筛查滤纸上，使滤纸浸湿、晾干，寄送相关实验室分析。依靠HPLC测定尿中新蝶呤（N）和生物蝶呤（B）。PAH缺乏者尿新蝶呤及生物蝶呤均增高；BH4缺乏症中各酶缺乏的尿蝶呤谱详见本章第二节“四氢生物蝶呤缺乏症”。

3.四氢生物蝶呤负荷试验

为BH4缺乏症的辅助诊断方法及BH4反应性PKU/HPA的判断方法，需在留取尿蝶呤标本后进行。临床实践提示24小时BH4负荷试验是鉴别BH4缺乏症较可行的辅助诊断方法。当新生儿基础血Phe>400μmol/L（6～7mg/dl），直接给予口服BH4片20mg/kg，BH4服前，服后2、4、6、8、24小时分别取血作Phe测定，服后4～8小时也可留尿复做蝶呤谱分析。大多数经典型PKU患者因苯丙氨酸羟化酶缺乏，血Phe浓度无明显变化。PTPS缺乏所致BH4缺乏者，血Phe浓度在服用BH4后4～6小时下降至正常，具体详见本章第二节“四氢生物蝶呤缺乏症”。2天或更长BH4负荷试验有助于鉴别BH4反应性PKU/HPA。Blau等建议口服BH4（20mg/kg）后8、16、24小时测定血Phe，连续2天，2天口服BH4后8～24小时血Phe均下降30%以上，则判断为BH4反应性PAH缺乏症；无反应者可延长1～2周试验仍无反应，判断为BH4无反应性。

对Phe轻度增高者，建议正常蛋白质饮食3天，血Phe 增高后再做BH4负荷试验，不推荐做Phe +BH4联合负荷试验。对基础血Phe浓度正常者不做Phe + BH4联合负荷试验，易导致假阳性。

4.基因诊断

是HPA病因的确诊方法，建议常规进行，可发现患者是PAH基因纯合或者复合杂合突变，父母为致病基因携带者。

5.脑电图

约80%患儿有脑电图异常，可表现为高峰节律紊乱、灶性棘波等，一般不作为常规检查。随着治疗后血Phe浓度下降，异常脑电图改变会逐步好转。

6.CT和MRI检查

根据疾病的严重程度，患者头颅CT或磁共振影像（MRI）可无异常发现，也可发现有不同程度脑发育不良，表现为脑皮质萎缩和脑白质脱髓鞘病变，后者在MRI的T1加权图像上可显示脑室三角区周围脑组织条形或斑片状高信号区。

7.智力测定

评估智力发育程度。

【诊断和鉴别诊断】

1.新生儿筛查

新生儿期的PAH缺乏症患儿无任何临床表现，随着预防医学科学的发展，高苯丙氨酸血症的新生儿疾病筛查已成为常规技术普遍开展。新生儿筛查可使患儿在临床症状尚未出现，而其生化等方面的改变已出现时得以早期诊断、早期治疗，能避免智力落后的发生。目前，典型的PAH缺乏症在我国大中城市已经罕见，PKU的预防取得了良好的效果。新生儿筛查通过对出生72小时（哺乳6～8次以上）新生儿足跟采血，滴于专用滤纸片后晾干，寄送到筛查中心测定血苯丙氨酸浓度，筛查血Phe浓度>120μmol/L，或同时伴有Phe/Tyr>2.0（串联质谱方法），需召回复查。召回复查建议采用定量法（荧光法或串联质谱法）测定血Phe、Tyr浓度，计算Phe/Tyr比值，排除其他原因所致的继发性血Phe增高，例如酪氨酸血症、希特林蛋白缺乏症等。血Phe浓度>120μmol/L及Phe/Tyr>2.0确诊为HPA。

临床有一过性高苯丙氨酸血症，可能由于PAH未成熟，导致血中苯丙氨酸浓度升高，但随着年龄的增长，血苯丙氨酸浓度可降至正常。

2.临床诊断

经典型PAH缺乏症主要表现有智力发育落后、皮肤和毛发色浅淡，汗液和尿液有鼠臭味，结合血Phe浓度及Phe/Tyr升高，排除四氢生物蝶呤缺乏症后即可诊断。

3.鉴别诊断

对所有经新生儿筛查及高危检测发现的HPA患者，在治疗前必须进行尿蝶呤谱分析、血二氢蝶啶还原酶活性测定，以鉴别PAH缺乏症和四氢生物蝶呤缺乏症。BH4负荷试验可协助诊断；基因突变分析明确诊断。

【治疗】

1.治疗原则

PAH缺乏症是第一种可通过饮食控制治疗的遗传代谢病。天然食物中均含一定量苯丙氨酸，低蛋白饮食将导致营养不良，因此要用低苯丙氨酸饮食治疗，原则如下：

（1）患者一旦确诊，应立即治疗，轻度HPA可不治疗，但需要定期检测血 Phe 水平，若超过360μmol/L则需要治疗。开始治疗的年龄越小，预后越好，新生儿早期治疗者智能发育可接近正常人。晚治疗者都有程度不等的智能低下。3～5岁后治疗者，可减轻癫痫发作和行为异常，智能障碍可有部分改善。由于新生儿筛查在我国已逐步推广和普及，筛查出的患者往往能在出生一个月内，甚至二周之内得到确诊和治疗，为患儿的健康成长提供了保证。

（2）苯丙氨酸是一种必需氨基酸，为生长和体内代谢所必需。患者低苯丙氨酸饮食治疗后需检测血Phe，使血Phe控制在相应年龄理想范围，以满足其生长发育的需要。避免过度治疗导致苯丙氨酸缺乏，患儿出现嗜睡、厌食贫血、腹泻甚至死亡。

（3）由于每个患儿对苯丙氨酸的耐受量不同，故在饮食治疗中，仍应根据患儿具体情况调整食谱，个体化治疗。治疗至少持续到青春发育成熟期，提倡终生治疗。

（4）家长的积极合作是成功的关键因素之一。如果家长充分了解治疗原则，饮食控制得比较合理，患儿的智力发育往往正常，反之，即使早期治疗，患者仍有后遗症。

（5）对成年女性PKU患者如果不控制饮食就怀孕，其后代虽然不是PKU，但母亲增高的血苯丙氨酸对胎儿造成影响，出生后仍可出现智力落后、小头畸形、先天性心脏病、出生低体重儿等，称为母源性PKU综合征。为避免此类事件发生，应告知女性PKU患者怀孕之前6个月起直至分娩需严格控制血Phe浓度在120～360μmol/L。

2.治疗方法

（1）低或无苯丙氨酸饮食治疗：

PKU患者一经诊断，应暂停天然饮食。母乳是婴儿最理想的天然食品，对哺乳期患儿在确诊后虽应暂停母乳喂养，但切勿断奶，以便在控制血Phe浓度后可添加母乳。

患者需给予无苯丙氨酸特殊奶方治疗，特殊奶方含无苯丙氨酸的混合氨基酸、脂肪、碳水化合物、多种维生素、常量和微量元素等，基本能满足儿童生长发育需要。剂量按每千克体重需要的蛋白质量计算（表2-2），多数无苯丙氨酸奶方产品每100g干粉含氨基酸15g。治疗后血苯丙氨酸一般在4天左右明显下降。待血浓度降至控制浓度范围时，可逐渐少量添加天然饮食，其中首选母乳，因母乳中血苯丙氨酸含量仅为牛奶的1/3。较大婴儿及儿童可选用无Phe蛋白粉或（和）奶粉，减少天然蛋白质，添加食品应以低蛋白、低苯丙氨酸食物为原则，其量和次数随血苯丙氨酸浓度而定。每位患者能添加的食物种类与量因人而异，与酶的缺陷严重程度有关。较轻患者的血苯丙氨酸浓度较易控制，而严重缺乏者则不容易增添天然食品。

（2）BH4治疗：

对BH4反应性PAH缺乏症，尤其是饮食治疗依从性差者，国外报道口服BH4 5～20mg/（kg·d），分2～3次，或联合低Phe饮食，可提高患者对Phe的耐受量，适当增加天然蛋白质摄入，改善生活质量及营养状况。目前我国批准的BH4药物的适应证为BH4缺乏症，对BH4反应性PAH缺乏症的治疗经验有限。

3.随访

建议空腹或喂奶2小时后采血监测血Phe浓度，使血Phe浓度在理想控制范围内（见表2-2）。患儿特殊奶粉治疗开始后每3天测定血Phe浓度，以及时调整饮食，添加天然食物，代谢控制稳定后，Phe测定可适当调整：<1岁每周1次，1～12岁每2周～每月1次，12岁以上每1～3个月测定1次。如有感染等应急情况下血Phe浓度升高或血Phe波动，或每次添加或更换食谱后3天，需密切检测血Phe浓度。年长儿入托、入学后的饮食治疗会有一定难度，需要家长、学校的积极配合，同时做好患者的心理辅导工作。患者需定期进行体格发育评估，在1岁、3岁、6岁时进行智力发育评估。

【预防】

1.遗传咨询

避免近亲结婚。家族成员基因突变检测也可检出杂合子携带者，进行遗传咨询。

2.产前诊断

对PAH缺乏症高危家庭产前诊断是优生优育，防止同一遗传病在家庭中重现的重要措施。对有本病家族史的夫妇及先证者可进行基因突变检测，明确患者突变类型。产前诊断于孕10～13周取绒毛膜或16～22周取羊水细胞进行DNA分析。由于遗传多态性连锁分析不是直接检测基因突变，因此在应用中必须注意临床诊断的准确性，不能将非PAH基因突变的患者当成PAH缺乏症来进行连锁分析诊断。在产前诊断中还必须严防样品污染，尤其是母源性有核细胞污染。

3.新生儿疾病筛查

开展和普及新生儿疾病筛查，及早发现PAH缺乏症患儿，尽早开始治疗，防止发生智力低下。

（顾学范）