多酰基辅酶A脱氢缺陷症研究进展

崔文豪 瞿千千 吕海东

焦作市人民医院，河南 焦作 454002

多酰基辅酶A脱氢缺陷(multiple acyl coenzyme A dehydrogenation deficiency，MADD)又称戊二酸尿症Ⅱ型(glutaric aciduria type Ⅱ，GAⅡ)，是一种影响脂肪酸、氨基酸和胆碱代谢的常染色体隐性遗传病，主要由电子转运黄素蛋白(electron transfer flavoprotein，ETF)基因或电子转运黄素蛋白脱氢酶(electron transfer flavoprotein dehydrogenase，ETFDH)基因突变引起[1-2]。ETF和ETFDH是脂肪酸β氧化电子传递过程中关键的转运体，作用于酰基辅酶A脱氢反应，将电子转运至辅酶Q进入线粒体呼吸链。脂肪酸在细胞线粒体基质中通过β氧化生成大量ATP，为机体大多数组织如肝脏、心肌、骨骼肌等提供所需要的能量。脂肪酸氧化障碍导致细胞能量供给不足和上述多器官脂质的堆积。因此，ETF或ETFDH基因突变会导致电子传递障碍和脱氢反应受损，反应底物和中间产物在体内蓄积，引起血中各种长度的脂酰肉碱升高，尿中检测出多种有机酸，肌细胞内大量脂质堆积。MADD细胞-动物模型的建立，对于阐明疾病的发病机制以及治疗药物的作用机制方面有着长远意义，也促使了目前国内外人们对MADD的认识已深入到了分子生物学水平，但一些确切的分子机制仍未完全明确。本文在结合前人的研究基础上对MADD的分子病理学机制、临床特点及治疗进行综述。

1 MADD的分子病理和遗传学研究

电子转运黄素蛋白(ETF)的异常是导致发生多酰基辅酶A脱氢缺陷(MADD)的重要环节，ETF位于线粒体基质，是一个由α(30 kD)和β(28 kD)亚单位构成的异二聚体，其包含一个黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和一个单磷酸腺苷(AMP)[3]。电子转运黄素蛋白脱氢酶(ETFDH)位于线粒体内膜，是一个64 kD单体，有3个功能结构域：FAD结构域、4Fe-4s簇和泛醌(UQ)结构域[4]。ETF的α和β亚单位分别由ETFA和ETFB基因编码，ETFDH由ETFDH基因编码。

有关MADD的基因型和临床表型之间的相关性，是目前人们关注的热点之一。OLSEN等[1]研究表明，临床表型的严重程度，在一定程度上取决于编码ETF或ETFDH基因突变的位置和性质，如无义突变、框移突变或导致mRNA严重降解的剪接突变，均与严重的临床表型相关，而错义突变有残留ETF/ETFDH酶的活性，可阻止先天畸形的发生，故临床表型相对较轻。FAD作为黄素蛋白ETF、ETFDH的辅助因子和分子伴侣，对黄素蛋白的折叠、稳定性和酶的催化活性十分重要，由此得出FAD结合区域位点的突变，可能会造成更严重的临床表型[1，5]。另外，基因突变后酶残余活性还受到温度和分子伴侣等的影响。HENRIQUES等[5]模拟了发热条件下，能使FAD与黄素蛋白结合不紧密，降低了蛋白构象的稳定性及生物学活性，由此可以解释MADD患者发热时临床症状会加重的现象。SONG等[6]利用MADD斑马鱼突变体模型研究，发现有包括氧化磷酸化减少、糖酵解增加和异常的神经增殖现象，表明线粒体功能障碍导致糖酵解增加，是通过PPARG-ERK通路影响神经功能而产生的，提示PPARG-ERK通路可能是治疗干预的潜在靶点。CORNELIUS等[7]提出，ETFDH基因突变可导致变异的ETFDH蛋白折叠缺陷，进一步阐明了核黄素和温度调节与临床表型的相关性，取决于变异的ETFDH蛋白的遗传折叠特性。当细胞温度升高如发热，或者生理应激如怀孕、禁食和病毒感染，均可能使较温和的变异ETFDH蛋白，甚至野生型ETFDH走向非生产性折叠途径。虽然FAD能促进黄素蛋白构象的稳定性，但不能完全纠正由变异体引起的结构缺陷，此时核黄素的临床治疗效果较差。

细胞内活性氧(reactive oxygen species，ROS)在细胞的调节机制中发挥重要作用，ROS的增加源于受损的电子传输链的电子泄露，异常的ROS水平和氧化应激，可导致线粒体介导的细胞发生凋亡[8]。目前对ROS和氧化应激反应的探索也是MADD分子机制研究的热点。

由于大多数MADD患者经核黄素治疗后疗效显著，所以这类患者被称为核黄素反应性MADD(riboflavin responsive-MADD，RR-MADD)。2007年OLSEN等[9]首次证实了大多数RR-MADD是由ETFDH基因突变所引起，而且不同种族ETFDH基因的突变谱亦不尽相同。我国的脂质沉积性肌病(LSM)患者多数为晚发型RR-MADD，且存在一定地域相关的ETTDH基因突变热点[10-13]，如c.250G>A突变在我国南方发生频率较高，而c.770A>G 和c.1227A>C突变在南北方均较常见。最近一项关于ETFDH基因突变的遗传流行病学的研究中[14]，纳入了381例ETFDH基因突变相关的MADD，共发现有113种ETFDH基因的突变类型。其中c.250G>A突变107例(28.1%)，c.770A>G 和c.1227A>C分别为49例(12.9%)和34例(8.9%)。c.250G>A突变频率最高的地区是福建、广州和潮汕地区，以及台湾和海南岛屿，这些地区的患者都有很强的闽南背景，考虑该地区人群存在c.250G>A突变的奠基者效应。并强调在中国南方特别是具有闽南背景的患者中，当出现波动性肌肉无力和运动不耐受时，RR-MADD的诊断和ETFDH基因c.250G>A突变的筛查显得尤为重要。

2 MADD的临床特点

MADD的临床表现具有高度异质性，可依据发病年龄分为三种类型[15-16]：新生儿伴先天畸形(Ⅰ型)、新生儿不伴先天畸形(Ⅱ型)和晚发型(Ⅲ型)。Ⅰ型和Ⅱ型，又称为新生儿型，通常病情危重，可以出现肌张力低下、非酮症低血糖、肝肿大和代谢性酸中毒等，部分伴有心肌病[17]，可累及体内多个系统，多于新生儿早期死亡。Ⅲ型(晚发型)最为多见，一般在青少年或成年早期发病，尤其是10～40岁为好发年龄。晚发型MADD患者起病隐匿，主要临床表现为肌无力症状，如四肢近端骨骼肌、躯干中轴肌和颈伸肌无力，也可累及吞咽咀嚼肌、甚至呼吸肌引起相应的临床症状[18]。其中颈伸肌无力是晚发型MADD的重要特征，严重的患者就诊时往往头部低垂，称为“垂头”征。一般晚发型MADD患者的肌肉萎缩不明显，部分病程较长和临床症状较重的患者可见肢体近端和躯干椎旁肌有肌肉萎缩。部分MADD患者伴纳差、恶心、呕吐等胃肠道症状[19-20]，易被误诊为胃肠道疾病。MADD患者的临床症状可有一定的波动性，部分患者在休息数周后，肌无力症状可有减轻或缓解现象。但在感染、寒冷、禁食或剧烈运动等因素下，可以诱发患者临床症状加重。临床上晚发型MADD患者早期常被误诊为多发性肌炎、重症肌无力、线粒体肌病、肌营养不良症等，及时进行肌肉活检、尿有机酸和相关的基因检测，对诊断MADD具有重要的临床意义。

3 实验室检查

在MADD的实验室检查中，血清肌酶是一个重要指标，MADD患者血清肌酶均不同程度升高，以肌酸激酶(CK)升高最为明显，一般为正常值的2～10倍，部分患者同时伴有乳酸脱氢酶(LDH)升高。血清肌酶升高的水平和临床症状的轻重有一定相关性，随着临床症状的减轻，血清肌酶水平可逐渐下降，症状缓解期血清肌酶可以正常。神经电生理检查也是诊断MADD的常用方法，肌电图检查多数可见低波幅短时限多相运动单位电位的肌源性损害[4]，少数为正常或伴神经源性损害。部分MADD患者伴有周围神经病变，其发生机制可能与脂质代谢障碍累及施万细胞有关。研究发现，表达ETFDH突变的细胞产生的过量ROS，以及中间有机酸代谢物的积累可导致神经毒性损害，使轴突生长受损从而出现周围神经病变[21]。

肌肉活检病理检查是诊断MADD的重要手段，在肌肉病理HE染色上可见肌纤维内有大量均匀分布的细小空泡，严重者可融合成大的空泡。油红O染色可见肌纤维中细小空泡被大量红染的脂滴充填，两型肌纤维均受累，但以Ⅰ型肌纤维受累为主。改良Gomori三色(MGT)染色偶尔可见不整红边纤维(RRF)，提示MADD患者的肌纤维内有异常线粒体的堆积。少部分MADD患者肌肉病理可见有少量肌纤维坏死，可能与患者病程进展的阶段和在肌纤维中的分布有关。肌肉MRI作为一种无创性检查，能够清晰显示肌肉病变范围和严重程度，现已广泛应用于各种肌肉疾病的诊断。晚发型MADD患者肌肉MRI显示病变主要选择性累及股二头肌、半膜肌等大腿后组肌群，小腿病变主要为比目鱼肌和胫骨后肌[22]。国外有报道MADD患者头颅MRI在T2加权像和液体衰减反转恢复序列(FLAIR)上显示脑白质和胼胝体压部散在高信号[23-24]，但在我国晚发型MADD多不伴中枢神经系统受累。

生化代谢检测有助于MADD的诊断，如血脂酰肉碱谱分析，可见中、长链脂酰肉碱增高。尿有机酸分析显示，MADD患者的戊二酸、异丁酸、乙基丙二酸、己二酸、癸二酸、3-羟基异戊酸、2-羟基戊二酸等有机酸浓度均有不同程度的升高[3，9，16]，所以尿有机酸检测对诊断MADD有一定的临床意义。但在发病间期或治疗后，患者尿有机酸的检测结果有时可表现为正常，此时进行ETFA、ETFB和ETFDH基因检测，是诊断MADD最可靠的方法。

4 MADD的临床治疗

核黄素(维生素B2)是体内黄素单核苷酸(FMN)和FAD的前体，补充核黄素可提高FAD的含量，以增强突变的ETFDH蛋白构象的稳定性。几乎所有晚发型MADD患者单用核黄素(30～120 mg/d)治疗，可显著改善患者的临床症状，而且在多数患者的随访中发现，核黄素治疗3～6个月后可停药且无复发。其原因可能是补充核黄素后，使得结合FAD的黄素蛋白增加，可以在降解过程中向线粒体基质释放更多的FAD，即使在停止核黄素治疗后也能保持较大的FAD循环池[25]。左旋肉碱可作为核黄素治疗的辅助用药，但不增加疗效。苯扎贝特是一种过氧化物酶体增殖物激活受体激动剂，可诱导多种参与线粒体脂肪酸氧化的酶的转录，降低人体血清脂质水平，改善临床症状[26-27]。辅酶Q10可以通过接受来自ETFDH的电子，并将其传递给呼吸链复合体Ⅲ，将线粒体脂肪酸β氧化与呼吸链连接起来[28-29]。由于部分MADD患者可有继发性辅酶Q10缺乏，补充辅酶Q10可减少ROS产生，减轻线粒体氧化应激[30]，所以给予辅酶Q10治疗，可促进MADD患者临床症状的恢复。

在人们发现核黄素能有效治疗MADD以前，临床常应用糖皮质激素治疗MADD患者，而且多数患者在应用激素治疗1～2周后，临床症状可以得到减轻和短期内症状缓解[11，13]，但MADD患者使用糖皮质激素的合理性尚不清楚。LIU等[31]将45例晚发型MADD患者分为糖皮质激素组[1 mg/(kg·d)]和核黄素组(90～120 mg/d)，治疗至少1个月，对两种药物的疗效进行队列研究，结果发现糖皮质激素组在改善肌力和降低肌酶方面，均未达到与核黄素组相同的效果。因此核黄素仍是目前治疗晚发型MADD的首选药物，且能避免应用激素带来的不良反应。除了药物治疗，生活方式的干预同样重要，饮食中限制脂肪的摄入，保持正常的碳水化合物的摄入量，同时注意避免受凉、劳累等诱发因素，可使MADD患者症状得到长期缓解。

5 结语

通过对MADD分子生物学的深入研究，拓展了我们对其临床表型和基因异质性的认识。MADD作为一种可治性代谢性肌病，早期诊断显得尤为重要。当患者出现波动性肌无力和运动不能耐受时，应高度警惕MADD的可能，及时进行肌肉病理和血尿生化检测，有助于早期诊断。对阴性患者可进行MADD相关基因检测，以减少误诊或漏诊的发生。核黄素是目前MADD最有效的治疗药物。