脂质代谢性疾病的临床和分子遗传学进展

李学明综述，丁卫江审校

脂质氧化代谢对肌肉能量稳态非常重要，脂质分解代谢通路的任何异常均能引起骨骼肌疾病，还可出现其它严重疾病，包括心肌病、低酮体及低血糖、肝功能衰竭及小儿猝死。遗传性脂质代谢疾病是脂质代谢调控网中任何一重要环节异常引起的一种遗传性代谢疾病，包括脂肪酸(fatty acids，FA)向线粒体内转运障碍所致的疾病、脂肪酸β 氧化过程中酶缺乏、呼吸链异常及体内合成甘油三酯利用的异常所致的一组疾病。据目前报道，18 种酶及转运蛋白功能异常与脂质代谢疾病相关，各种脂质代谢疾病的分子机制、临床表现不一样，相对较多见的疾病包括原发性肉毒碱缺乏症(primary carnitine deficiency，PCD)、肉毒碱棕榈酰转移酶缺乏症(carnitine palmitoyltransferase deficiency，CPTD)、极长链酰基辅酶A 脱氢酶缺乏症(very long chain acyl-CoA dehydrogense deficiency，VLCADD)、线粒体三功能蛋白缺乏症(mitochondrial trifunctional protein deficiency，MTPD)、中链酰基辅酶脱氢酶缺乏症(medium-Chain Acyl-CoA dehydrogenase deficiency，MCADD)、多酰基辅酶脱氢酶缺乏症(multiple Acyl-CoA dehydrogenase deficiency，MADD)、肌肉辅酶Q10 缺乏症及中性脂质沉积病(Neutral lipid storage diseases，NLSDs)。现就上述8 种脂质代谢性疾病的临床特点和分子水平研究进行综述。

1 原发性肉碱缺乏症(PCD)

肉碱对于长链脂肪酸从细胞质转移进入线粒体进行随后的β-氧化作用是必不可少的。两种截然不同的肉碱缺乏病因已经被报道，包括PCD 及继发肉碱缺乏症［1］。PCD 或系统性肉碱缺乏病是一种造成脂肪酸氧化疾病的常染色体隐性疾病，此疾病造成肉碱尿路丢失，血浆内肉碱浓度降低，以及细胞内肉碱积聚减少。PCD 患者主要有两种临床表现，最多见是肥厚性心肌病、扩大性心肌病、骨骼肌脂质沉积;另一种是在婴幼儿发病的急性发作性低酮低血糖脑病。Shibbani 等报道，62.3%的患者仅有心脏累及，同时累及心脏及出现代谢紊乱的可能性相对较低［2］。PCD 患者中，幼年患者相比于成年患者有更高的心肌病发病率。PCD 的年轻患者中，扩张性心肌病的发病率高于肥厚性心肌病［3］。肉碱补充可恢复血浆及肝脏肉碱水平至正常，然而肌肉肉碱水平仍低;治疗后肌肉力量、心脏功能逐渐恢复，低血糖发作倾向于消失。至今鲜有患心肌病的PCD 患者长期随访报道。

PCD 由编码质膜中肉碱转运体OCTN2 的SLC22A5 基因突变引起。OCTN2 在心肌、骨骼肌、肾小管上皮细胞、成纤维细胞、肠道以及胎盘组织均有大量表达。PCD 的基因突变类型与心律失常相关。给予肉碱后，心律失常症状可恢复。相同突变的患者有不同的发病年龄以及不同的临床表现。

2 肉碱棕榈酰基转移酶缺乏症(CPTD)

肉碱棕榈酰基转移酶(CPT)系统由两种不同的酰基转移酶组成:CPT1 定位于线粒体外膜的内侧;CPT2 定位于线粒体内膜的内侧。CPT2D 是第一个被确认的FA 氧化缺乏病。三种不同的临床特点与CPT2D 相关:一种是肌病型;一种是严重的肝脏、肌肉、心脏受累型;以及一种致命的新生儿发病型。后两者累及机体多系统，可出现肝功能衰竭，低酮低血糖心肌病、癫痫。肌病型症状稍轻，出现肌痛、肌无力、肌红蛋白尿，预后良好。CPT2D 在骨骼肌以外的其它组织中也是明显的，但该病对肌肉以外的影响较小，通常无肝功能受损临床表现。此类疾病诊断最终取决于患者组织中证明该酶缺乏。该酶除骨骼肌外，其它组织也有表达。因此无必要进行肌肉活检，诊断可通过新鲜的或冰冻淋巴细胞测定CPT2 活性确定。p.S113L 及p.R631C 杂合无效突变，会引起严重的CPTD，及相对较严重的肌病型临床表现。建议临床中应意识到这两种突变的临床意义，从而及时避免严重症状的发生［4］。高糖低脂饮食、少量多餐饮食、避免诱发因素是控制疾病发作的有效手段。治疗早发严重型CPT2D 的方法有限，限制长链脂肪酸摄入是目前主要办法。

人类CPT1 的肝脏型及肌肉型的两个不同基因已被证实。肝脏CPT1 基因(CPT1a)定位于染色体11q13.1，而肌肉CPT1 基因(CPT1b)定位于染色体22q13.33，人类CPT2 基因定位于染色体1p32。50%以上的CPT2D 肌病型患者发现有p.S113L 突变。最近有报道称，在40 例患者基因分析发现38 例存在P.S113L 突变，P.S113L 突变患者的发病年龄、临床表现及生化检测无显著差异［4］。

3 极长链酰基辅酶A 脱氢酶缺乏症(VLCADD)

长链酰基辅酶A 脱氢酶缺乏症(LCADD)第一次被描述是在1985 年，随着1992 年极长链酰基辅酶A 脱氢酶(VLCAD)的发现，认为LCADD 实际上是VLCADD。该病临床表现是异质的，有3 个主要临床类型:(1)第1 种类型与CPT2缺乏症肌肉型相似，单独骨骼肌受累、横纹肌溶解及肌红蛋白尿，通常由运动或节食触发;(2)第2 种严重的孩童患者类型，早期发作，伴随扩张心肌病或肥厚心肌病，反复发作低酮、低血糖，死亡率高;(3)轻症孩童类型，通常发病晚，主要表现是出现低酮、低血糖及双羟基酸尿，死亡率低，心肌病罕见。诊断VLCADD，血液脂酰肉碱分析(MS/MS)被用于探测血液酰基肉碱中间代谢物十四烷酰-肉碱(C14:1)，是该病特异标志物［5］。VLCADD 的诊断最终基于骨骼肌或者纤维母细胞中检测出棕榈酰辅酶A(C16:0)脱氢酶的减少。该病治疗原则为低脂饮食、补充MCT、肉碱、避免节食。早期诊断治疗对于改善VLCADD 预后有帮助。

VLCAD 催化分布在人类肝脏、心脏、骨骼肌及皮肤纤维母细胞中的90%以上棕榈酰辅酶A(C16)脱氢酶，被认为是LCFAβ 氧化系统的限速酶。超过60 个引起该疾病的突变已被证实，但是，不像其它的FA β 氧化病比如CPT2、MCAD 缺乏症，无广泛突变发现，因此基于DNA 的诊断较困难。既往报道，p.G222R 以及c.1605 +1G ＞T 突变与酶活性显著下降相关［6］。

4 线粒体三功能蛋白缺乏症(MTPD)

线粒体三功能蛋白(MTP)是异质八聚体，包括4 个a 亚单位，长链2-烯酰-辅酶A 水合酶(LCEH)、长链3-羟酰基辅酶A 脱氢酶(LCHAD)活性酶，及4 个b 亚单位，长链3-酮酰基辅酶A(LCKT)活性酶。目前为止，MTPD 损伤长链脂肪酸β 氧化，影响能量供应。出现感染、体力活动、长时间节食可触发临床症状。临床表现包括急性代谢紊乱、低酮、低血糖、横纹肌溶解、心肌病、周围神经病变［7］。感觉运动多神经病是MTPD 的特征性临床表现。周围神经病理研究揭示此病可导致轴索损害与脱髓鞘，与节段性脱髓鞘相比，轴索变性更严重。横纹肌溶解或肌红蛋白尿是MTPD 患者常见综合征，由高水平酰基肉碱长链脂肪酸对骨骼肌毒性效应所引起。急性发作期间，通过MS/MS 对血液酰基肉碱种类异常进行分析而诊断，常表现为长链酰基肉碱典型升高，而无症状期间，它们的种类通常正常。酰基肉碱分析无法区别LCEHD、LCHADD 及LCKATD，往往需淋巴细胞及纤维母细胞特殊酶活性分析。MTPD 第一线治疗是避免节食及少食多餐饮食，特别是应激状态。饮食中应避免长链脂肪酸，也应避免中链脂肪酸。然而，到目前为止，无证据表明这些措施能降低MTPD 患儿因心脏受累导致的高死亡率。肉碱对于治疗FAO 代谢疾病作用至今仍有争论。

a 亚单位以及b 亚单位基因定位到染色体2p23 相同的区域。目前为止，LCHADD 最常见的突变是a 亚单位c.1528G ＞C 突变(p.Glu510Gln，同位基因频率60%)，应进行分子筛选［8］。而与MTP 相关的基因突变是相当异质的，未发现明显的基因型与临床表现对应关系。

5 中链酰基辅酶A 脱氢酶缺乏症(MCADD)

通过新生儿筛查，发现在脂肪酸β 氧化疾病中，MCADD患者发病率较高。最常见的临床表现是低酮、低血糖、reye综合征及猝死。相比其它脂肪酸β 氧化疾病，室性心律失常在MCADD 患者罕见。消化道相关疾病，如纳差、呕吐、腹泻，均能引起MCADD 诱发急性代谢紊乱，造成潜在毒性酰基肉碱沉积、低酮、低血糖、Reye 综合征、癫痫、大脑损害、死亡，包括婴儿期猝死［9］。MCADD 患者临床发作时，特别易受发热诱发。早期及时的抗感染及降温治疗对MCADD 患者可能是救命的。若不对新生儿进行MCADD 筛查，20% 至25%儿童在成人前死亡或患严重残疾。MCADD 患者在新生儿期被检出，通过避免长时间节食及发病期间住院输入葡萄糖治疗可减少病死率［10］。

实行新生儿筛查之前，美国及欧洲80% 有症状的MCADD 患者发现纯合p.Lys329Glu 突变。如此，该突变被视为与临床表现发作相关。经筛查诊断的MCADD 症有很广的基因异质性，p.Lys329Glu 突变仅存在于47% 到63%的同位基因中［11］。p.Tyr67His 是第二常见的基因突变，被视为与轻微临床表现相关。至目前为止，纯合p.Tyr67His突变发现无临床表现。通过对MCAD 酶活性测定，有研究得出结论，p.Tyr67His 突变无临床意义［12］。

6 多酰基辅酶A 脱氢酶缺乏症(MADD)

MADD 是由ETFa 以及ETFb 或ETFDH 缺乏引起，以上3 种蛋白均帮助从酰基辅酶A 转移电子至呼吸链。据现有报道，由ETFDH 突变引起的RR-MADD 肌病是最常见的脂质沉积性疾病［13］。在ETFa 以及ETFb 缺乏中，骨骼肌受累不是其显著特点，而RR-MADD 通常表现出肌病特点。主要临床特点为:(1)婴儿型，表现为非酮症低血糖、肌张力减退、不能发育及Reye 综合征或MCDA 缺乏中发生急性代谢事件;(2)青年型，表现为进行性近端肌病，在1 型以及2 型肌纤维中脂质沉积。诊断关键是检测尿有机酸范围，血浆肉碱和酰基肉碱范围。血酰基肉碱分析通常显示中长链酰基肉碱浓度升高。值得注意是，生化分析有时显示结果正常，因此对ETFb、ETFDH 及ETFA 的突变分析可能是MADD 最准确的诊断方法［14］。

一项对MADD 患者的基因突变进行分析的研究发现突变基因分布在很广的编码区域。有2 个常见突变，分布是:c.250G ＞A(中国南方最常见)，c.770A ＞G 以及c.1227A＞C(北方城市最常见)。中国不同区域突变基因的不同，以及很多的分子研究提示c.250G ＞A 以及c.770A ＞G 相对疾病的发生起到了一个基础的作用［15］。中国台湾、香港和泰国、新加坡等地的MADD 患者发生的3 种最常见突变中，c.250G ＞A 突变发生的频率是最高的。MADD 患者中，ETF/ETFDH 基因型与临床特点有明显关联。

7 辅酶Q10 缺乏症

辅酶Q10 是线粒体呼吸链中的重要因素，会造成肌病发生。辅酶Q10 缺乏症可能出现五大临床临床表现:脑肌病、严重的小儿多系统疾病、肾病、小脑性共济失调［16］和孤立性肌病。诊断辅酶Q10 缺乏非常重要，因为补充辅酶Q10 治疗后症状往往改善。通过高效液相色谱法直接测量骨骼肌中辅酶Q10 是最可靠的诊断方法。外周血单核细胞的辅酶Q10 检测，能在一小部分患者中明确诊断［17］。当怀疑患者为辅酶Q10 缺乏症时，血乳酸测定、呼吸链复合物II+III 及复合物I+III 酶活性测定、皮肤成纤维细胞辅酶Q10 含量测定，均有助于诊断。

补充辅酶Q10 后，临床症状在许多患者中得到改善，但治疗方案还没有被标准化，并且结果并不一致。Pineda 等对14 例辅酶Q10 缺乏症的小脑共济失调进行治疗，发现所有辅酶Q10 缺乏症对治疗有效［18］。Emmanuele 等发现有辅酶Q10缺乏的小脑共济失调型患者对治疗反应不同，有些无效果。

8 中性脂肪沉积症(NLSD)

NLSD 分为伴有鱼鳞病中性脂质沉积疾病及伴有肌病的中性脂质沉积疾病［19］。EMG 显示为肌病特征，肌酶和肝酶水平经常增高。最近，两个基因，脂肪甘油三酯脂酶(ATGL)和CGI-58，已被证实会导致NLSD。ATGL 特异性水解三酰基甘油的第一个脂肪酸，CGI-58 通过目前未知的机制刺激ATGL 活性。在这两个ATGL 和CGI-58 基因的突变都会造成多系统TG 沉积，但所造成的临床表现是不同的。相比于CGI-58 功能缺乏患者来说，缺乏ATGL 功能将遭受更严重的肌病(NLSDM)。另一方面，CGI-58 突变总与鱼鳞病(NLSDI)相关，而ATGL 功能缺乏患者中未发现鱼鳞病。感觉神经病变和智力低下常见于NLSDI，但尚未在NLSDM 发现。迄今为止报道的所有ATGL 基因突变的患者肌肉中出现实质性的TG 积累，与肌病及肌无力相关。有半数NLSDM 的患者患有严重的心肌病，而NLSDI 患者未发现。患有NLSDM 的患者三分之一的患者患糖尿病。

CGI-58 基因由7 个外显子组成，长度为5370 bp。翻译产物为39-kDa 的多肽(349 个氨基酸)。该蛋白命名为a/b水解酶结构域，无水解酶活性［20］。直到现在，60 多个CDS病例已被报道，其中52 个患者做了基因检测，33 种不同的AbHD5 突变已被描述。大多数ATGL 突变是在patatin 启动域的羟基末端区域被检测到，酶的活性位点未受影响。相比来说，所有的羟基末端截短的ATGL 蛋白显示出酶活性升高。然而，截短的酶结合到完整细胞中的脂滴能力大大削弱。这表明ATGL 的羟基末端蛋白区包含LD 结合区，也是作为影响酶的水解酶活性的调节单元。

脂质代谢性疾病作为一组遗传及临床异质性疾病，尿有机酸、血清酯酰肉碱分析、干燥滤纸血片脂肪酸分析及临床特点有助诊断，明确分型需检测酶活性或基因分析。早期诊断在PCD、RR-MADD 及其他一些治疗有特效的脂质代谢性疾病中显得尤为重要，发达国家已开展新生儿筛查及成人发病者预先检测，但国内分子遗传学研究、神经生化方向研究薄弱，尚需广泛开展。目前，仍有许多脂质代谢障碍患者的致病基因仍不明确。因此，探索新的致病基因和病理机制是我们将来需要面对的重要任务。

［1］Flanagan JL，Simmons PA，Vehige J，et al.Role of carnitine in disease［J］.Nutrition ＆ Metabolism，2010，7:30.

［2］Shibbani K，Fahed A，Al-Shaar L，et al.Primary carnitine deficiency:novel mutations and insights into the cardiac phenotype［J］.Clin Genet，2014，85:127 -137.

［3］Kilic M，Ozgül RK，Coskun T，et al.Identification of mutations and evaluation of cardiomyopathy in Turkish patients with primary carnitine deficiency［J］.JIMD Rep，2012，3:17 -23.

［4］Joshi PR，Deschauer M，Zierz S，et al.Carnitine palmitoyltransferase II (CPT II)deficiency:Genotype-Phenotype analysis of 50 patients［J］.Journal of the Neurological Sciences，2014，338(1 -2):107 -111.

［5］Wood JC，Magera MJ，Rinaldo P，et al.Diagnosis of very long chain acyl-dehydrogenase deficiency from an infant’s newborn screening card［J］.Pediatrics，2001，108(1):E19.

［6］Gobin-Limballe S，McAndrew RP，Djouadi F，et al.Compared effects of missense mutations in Very-Long-Chain Acyl-CoA Dehydrogenasedeficiency:combined analysis by structural，functional and pharmacological approaches［J］.Biochim Biophys Acta，2010，1802(5):478-484.

［7］Purevsuren J，Fukao T，Hasegawa Y，et al.Clinical and molecular aspects of Japanese patients with mitochondrial trifunctional protein deficiency［J］.Mol Genet Metab，2009，98(4):372 -377.

［8］Das AM，Illsinger S，Hartmann H，et al.Isolated mitochondrial longchain ketoacyl-CoA thiolase deficiency resulting from mutations in the HADHB gene［J］.Clin Chem，2006，52(3):530 -534.

［9］Lovera C，Porta F，Caciotti A，et al.Sudden unexpected infant death(SUDI)in a newborn due to medium chain acyl CoA dehydrogenase(MCAD)deficiency with an unusual severe genotype［J］.Italian Journal of Pediatrics，2012，38:59.

［10］Derks TG，Touw CM，Ribas GS，et al.Experimental evidence for protein oxidative damage and altered antioxidant defense in patients with medium-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency［J］.J Inherit Metab Dis，2014，37(5):783 -789

［11］Saavedra-Matiz CA，Pass KA，Caggana M，et al.Novel mutations causing medium chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency:underrepresentation of the common c.985 A ＞ G mutation in the New York state population［J］.J Med Genet，2008，146(5):610 -619.

［12］Sturm M，Herebian D，Mueller M，et al.Functional Effects of Different Medium-Chain Acyl-CoA Dehydrogenase Genotypes and Identification of Asymptomatic Variants［J］.PLoS ONE，2012，7(9):e45110.

［13］Wen B，Dai T，Li W，et al.Riboflavin-responsive lipid-storage myopathy caused by ETFDH gene mutations［J］.J Neurol Neurosurg Psychiatry，2010，81(2):231 -236.

［14］Liang WC，Nishino I.State of the art in muscle lipid diseases［J］.Acta Myol，2010，29(2):351 -356.

［15］Xi J，Wen B，Lin J，et al.Clinical features and ETFDH mutation spectrum in a cohort of 90 Chinese patients with late-onset multiple acyl-CoA dehydrogenase deficiency［J］.J Inherit Metab Dis，2014，37(3):399 -404.

［16］Castellotti B，Mariotti C，Rimoldi M，et al.Ataxia with oculomotor apraxia type1 (AOA1):novel and recurrent aprataxin mutations，coenzyme Q10 analyses，and clinical findings in Italian patients［J］.Neurogenetics，2011，12(3):193 -201.

［17］Rahman S，Clarke CF，Hirano M.176th ENMC International Workshop:diagnosis and treatment of coenzyme Q10deficiency［J］.Neuromuscul Disord，2012，22(1):76 -86.

［18］Pineda M，Montero R，Aracil A，et al.Coenzyme Q(10)-responsive ataxia:2-year-treatment follow-up［J］.Mov Disord，2010，25(9):1262 -1268.

［19］Tavian D，Missaglia S，Redaelli C，et al.Contribution of novel ATGL missense mutations to the clinical phenotype of NLSD-M:a strikingly low amount of lipase activity may preserve cardiac function［J］.Hum Mol Genet，2012;21(24):5318 -5328.

［20］Lord CC，Brown JM.Distinct roles for a-b hydrolase domain 5 (ABHD5/CGI-58)and adipose triglyceride lipase (ATGL/PNPLA2)in lipid metabolism and signaling［J］.Adipocyte，2012，1(3):123 -131.