多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症的研究进展

李艳，李元枭，徐晓楠，张妮

（兰州大学第二医院小儿消化科，甘肃 兰州 730030）

多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症（multiple acyl-CoA dehydrogenase deficiency，MADD）由Przyrembel等［1］于1976年首次报道，是电子转运黄素蛋白脱氢酶（electron transfer flavoprotein dehydrogenase，ETFDH）、电子转运黄素蛋白（electron transfer flavoprotein，ETF）或核黄素代谢、运输必需蛋白所对应的基因编码缺陷而引起的脂肪酸氧化代谢紊乱性疾病。因患者尿有机酸筛查排泄戊二酸、乙基丙二酸、2-羟基戊二酸、3-羟基异戊酸、丁酸、5-羟基己酸丁酸、异丁酸、2-甲基丁酸、异戊酸等，所以又称戊二酸尿症Ⅱ型［2］，也称戊二酸血症Ⅱ型，属常染色体隐性遗传性疾病。据发病时间及病情轻重，MADD分为3型：（Ⅰ）新生儿期发病伴先天畸形；（Ⅱ）新生儿期发病无先天畸形；（Ⅲ）轻型或晚发型。根据患者对核黄素治疗的反应性，分为核黄素反应型（riboflavin responsive MADD，RRMADD）、核黄素无反应型和核黄素部分反应型［3］。本文对MADD的遗传学背景、发病机制、临床表现、实验室检查及治疗进行综述，以期对MADD有更进一步的认识。

1 遗传学

MADDⅠ、Ⅱ型患者主要与ETFA、ETFB突变相关，Ⅲ型患者主要与ETFDH突变相关。突变类型以错义突变（73%）为主，其余为移码突变（13%）、剪接位点突变（8%）和无义突变（6%），所有MADDⅢ型患者都至少有一个错义突变［4-9］。我国90% MADD患者为RR-MADD晚发型，且与ETFDH突变有关，已报道的病例中有较多人群在福建、广东、潮汕等有闽南背景的地区，存在奠基者效应［10-11］。同时，研究发现ETFDH基因突变也存在地域分布差异，北方主要是c.770A＞G（p.G362R）和c.1277A＞C（p.L409F）［12］，南方主要是c.250G＞A（p.A84T）［13］。

核黄素（又称维生素B2）是黄素辅助因子黄素单核苷酸（flavine mono nucleotice，FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）的前体，其运输和代谢的先天性错误会导致人类黄酮蛋白质组深刻改变进而影响细胞生物能学，故被认为与严重的人类神经肌肉疾病有关。核黄素转运体（riboflavin transporter，RFVT）1、RFVT2和RFVT3（分别由SLC52A1，SLC52A2和SLC52A3编码）［14］介导人类核黄素吸收。SLC52A1位于17号染色体17p13.2，SLC52A2位于8号染色体8q24.3，SLC52A3位于20号染色体20p13［15］。RFVT1在胎盘和小肠中特别丰富；RFVT2普遍表达，尤其与大脑相关；RFVT3主要表达于肠道和睾丸。现已发现MADD的一种短暂形式与RFVT1的缺陷有关［16］。核黄素被吸收后通过核黄素激酶（riboflavin Kinase，RFK）和FAD合成酶（FAD synthetase，FADS，FLAD1编码）的顺序作用转化为FMN和FAD［14］。RFK基因位于第9染色体9q21.13，编码17.6 kDa的单域多肽RFK。RFK动力学很大程度上受底物／产物相对浓度的调节［17］，其缺乏在人类中从未被描述过，因此可能是致命的，正如之前在小鼠中的报道［18］。然而，RFK突变也可能导致与FADS缺陷患者相似的临床表现［19］。线粒体FAD 转运蛋白（SLC25A32或MFT编码）［20］是Rf／FAD循环的组成部分［21-22］。SLC25A32编码的特定内膜载体是人类FAD通过线粒体膜运输过程所必须的，它的缺陷是核黄素反应性运动不耐受的原因，并具有典型的MADD的生化特征［20，22］。

2 发病机制

2.1 电子传递障碍说MADD主要与ETF或ETFDH缺陷有关。ETF及ETFDH是脂肪酸β氧化电子传递过程中的关键转运体。ETF位于线粒体基质内，接受来自于脂肪酸β氧化过程中多种脱氢酶脱氢产生的电子，再转运至位于线粒体内膜的ETFDH，并经由ETFDH所结合的泛醌运至呼吸链复合体Ⅲ，产生ATP为机体供能［23］。ETF或ETFDH缺陷均可引起线粒体呼吸链多种酰基辅酶A脱氢酶功能受阻，使其脱氢产生的电子不能下传，导致脂肪酸、支链氨基酸、维生素B及能量代谢障碍［5］。

2.2 黄素网络紊乱、核黄素不足说细胞核、细胞质和线粒体的黄素辅助因子及调节酶形成了黄素网络。在细胞内，RFK将核黄素转化为FMN，FMN被FADS腺苷化为FAD。FAD在FAD焦磷酸酶和FMN磷酸水解酶顺序作用后完成裂解及和黄酮类蛋白的转换［24］。黄素酶活性和黄素供应／代谢的损伤参与了核黄素反应性肌病的发病［25］。核黄素／黄素辅助因子可调控脂肪酸辅酶a并协调氨基酸代谢中多肽的水平，增加RR-MADD患者已知被改变的酶的数量［26］。FAD作为黄素蛋白ETF、ETFDH的辅助因子和分子伴侣，对它们折叠、稳定性和酶的催化活性十分重要，由此可知FAD结合区域位点的突变可造成严重的临床表型。现FADS基因FLAD的突变已被证明会导致MADD且FAD 焦磷酸酶改变已在RR-MADD 患者中被发现［27］。

游离核黄素通过载体介导在细胞内运输，进入细胞后经历ATP依赖的磷酸化形成FMN，其中大部分进一步转化为FAD［25］。体内核黄素储存很少或没有，而超过肾脏再吸收能力的过量摄入的核黄素则会以原型或其分解代谢物在尿液中排出［19］。同时，核黄素结构类似物和代谢抑制剂会抑制核黄素的转运，故核黄素易缺乏。当体内核黄素不足时势必影响到FAD，进而影响到黄素网络稳态。

2.3 活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生过多电子传递链受损使电子泄露产生过多ROS，影响细胞稳态调节，可能通过MnSOD、sirtuins和PGC-1α的信号通路而致MADD表型［28］。Liang等［29］研究证实活性氧ROS的产生增加可明显缩短神经突。

2.4 泛素化与类泛素化失衡泛素样蛋白NEDD8与底物蛋白中的某些赖氨酸共价连接，非常类似于泛素化，这个过程被称为类泛素化修饰。类泛素化修饰的最佳表征底物是Cullins，它是Cullin-RING E3泛素连接酶复合物的必要成分［30-31］。Cullins类泛素化增强了Cullin-RING E3泛素连接酶复合物的活性，从而促进了细胞周期。ETFA和ETFB亦是类泛素化底物，类泛素化作用控制它们的稳定性、亚细胞定位或活性［32-34］，防止其泛素化和随后的降解。在MADD患者中发现某些ETFA和ETFB突变阻碍了这些底物的类泛素化，进而导致泛素-蛋白酶体依赖性降解增强，使得ETF蛋白表达显著降低［35］，从而诱发临床表型。Zhang等［35］已在小鼠中证实肝类泛素化可靶向稳定黄酮蛋白的电子转移，促进脂肪酸β氧化。

上述机制间互不独立且相互交织，形成网络关联：ETF／ETFDH可破坏电子通量，引起黄素稳态的二次紊乱，产生“黄素恶性循环”［14］。黄素蛋白分布在线粒体、过氧化物酶体、质膜和细胞核中，参与生成和清除ROS和活性氮［36］。而细胞核中FAD依赖的氧化酶控制参与能量代谢的基因的表达［37-38］。可见MADD的作用机制极其复杂，需更多研究进一步明确。

3 临床表现

MADDⅠ、Ⅱ型多发生在新生儿期，Ⅰ型常伴有多囊肾、面中部发育不全、脑发育不良等畸形。新生儿期起病者一般临床表现较重，可出现低血糖、嗜睡、代谢性酸中毒、高氨血症，部分患儿类似Reye综合征样发作，甚至急性脑病，在感染、饥饿、腹泻、药物等应激状态诱发或加重，甚至猝死［39］。部分新生儿在出生后代谢病筛查时发现，但仍预后不佳，病死率高。MADDⅢ型多发生在年长儿、成人，患者多为隐匿起病，不明原因慢性疲劳、肌肉无力、肌酶升高、体质量减轻、肝酶增高、肝大、恶心、呕吐、心慌、胸闷、心肌酶谱异常等均是MADD患者就诊原因，且在感染、饥饿、腹泻、药物、怀孕等应激状态后加重。其中肌无力多累及四肢近端肌肉、躯干肌、颈伸肌，患者可出现翼状肩、垂头征、运动不耐受。总之，MADD临床表现异质性大，轻重不一。

4 实验室检查

4.1 生化检测疾病发作期可出现低血糖、肝酶升高、肌酶升高、心肌酶谱升高、高血氨、高乳酸、高脂血症，稳定期可无明显异常。

4.2 血酰基肉碱、氨基酸检测研究显示短中长链酰基肉碱升高（C4、C5、C5- dc、C6、C8、C10、C12、C14∶1、C16、C18∶1等）［40-41］。可见赖氨酸、5-羟赖氨酸、色氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、肌氨酸、脯氨酸和4-羟脯氨酸及相关中间体的积累，一般新生儿起病的MADD患者以脯氨酸、4-羟脯氨酸升高为主；Ⅲ型MADD患者以肌氨酸的浓度升高为特征［41］。在疾病稳定期检测阳性率低。

4.3 尿有机酸检测疾病发作期可检出戊二酸、乙基丙二酸、2-羟基戊二酸、3-羟基异戊酸、丁酸、5-羟基己酸丁酸、异丁酸、2-甲基丁酸、异戊酸、己二酸、亚丙二酸、癸二酸、十二烷二酸等大量排泄［2］。当患者处于疾病稳定期时可无异常。

4.4 组织活检肌肉活检可见脂质沉积性肌病表现，受累个体肌纤维中脂滴的积聚［6］。肝活检可显示脂肪变性。

4.5 酶学检测通过肝活检或成纤维细胞脂肪酸氧化探针分析进行，可检出 ETF／ETFQO 酶活性下降［42-43］。

4.6 影像学检查肝脏影像学检查可见肝肿大或脂肪肝。肌肉MRI检查可见明显水肿样改变和脂肪浸润。Hong等［44］和Zhao等［9］的研究在评估了大腿每一块肌肉后发现脂肪浸润主要累及股骨长肌、半膜肌和大收肌。水肿样改变同时大腿比目鱼+／腓肠肌-或股长二头肌+／半腱肌-的脂肪浸润特征，有助于诊断Ⅲ型MADD。部分患者头颅MRI可见脑白质病变［45］。肌电图检查结果以Ⅰ型肌纤维肌源性损害为主［46］。

4.7 基因检测对常见致病基因（ETFA、ETFB、ETFDH）进行高通量测序的结果是确诊MADD的重要依据。其中，ETFDH变异最常见；ETFA、ETFB变异少见，多在新生儿起病［43］。

5 诊断

参照2019年罕见病指南［42］MADD诊疗流程，对有上述临床症状或代谢病筛查阳性者首先完善相关检查排除其他系统疾病，再进行血酰基肉碱、氨基酸及尿有机酸检测排除其他遗传代谢病，最后通过酶学／基因检测明确诊断。Van等［47］开发的多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症严重程度评分系统也可作为参考来进一步评估该病严重程度。

6 治疗

6.1 调整饮食、生活方式调整为低脂高碳水化合物饮食，保证充足热量，避免空腹、饥饿、低血糖等应激情况诱发疾病症状。避免剧烈、过量运动。

6.2 药物核黄素是治疗MADD的主要药物，摄入充足的核黄素是维持FAD稳态的前提。高剂量的核黄素可提高FAD浓度并促进其与ETFDH结合［10］，促进许多黄素蛋白构象稳定和正确折叠，从而改善患者临床症状。目前，我国《多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症的筛查与诊治共识》［43］建议用量为每日100～300 mg。

当患者存在继发性肉碱缺乏时，每日需补充左卡尼汀50～100 mg·kg-1；当患者合并辅酶Q10缺乏时，建议每日补充辅酶Q10（儿童4～10 mg·kg-1，成人60～240 mg·kg-1）［46-47］。若患者对核黄素治疗无反应，每日使用苯扎贝特10～20 mg·kg-1［43］。最近还证实了每日100～2 600 mg·kg-1D，L-3-羟基丁酸（口服或通过鼻胃／胃造瘘管）绕过酮生成紊乱治疗MADD的有效性和安全性［48］。

7 结语

MADD是可以治疗的遗传代谢病之一，当患者有反复疲劳、肌肉无力、肌酶异常、不明原因恶心、呕吐、肝酶增高、脂肪肝、肝大、高血氨、心慌、胸闷、心肌酶谱异常、不明原因昏迷、酸中毒、体质量减轻等警惕症状时，完善检查并及早进行诊断至关重要。新生儿期发病者虽预后不佳，但通过代谢病筛查早发现、早诊断、早治疗仍有积极的意义。检测ETFA、ETFB、ETFDH有助于确诊MADD。核黄素是目前治疗MADD的最主要药物，绝大多数MADD患者为核黄素反应型。识别MADD并早期诊断、治疗对提高患者生活质量有重要意义。未来随着致病机制的进一步明晰，MADD的诊疗将会更加完善。