卟啉病是由于血紅素生物合成途徑中的酶缺乏引起的一組疾病。
卟啉或其前體[如δ-氨基-r-酮戊酸(ALA)和膽色素原(PBG)]生成,濃度異常升高,并在組織中蓄積,由尿和糞中排出。臨床表現(xiàn)主要累及神經(jīng)系統(tǒng)和皮膚。
血紅素生物合成途徑
血紅素,一種含鐵的色素,參與血紅蛋白的組成,存在于機(jī)體內(nèi)所有組織。
不同的酶參與8步合成步驟,第1個酶和最后3個酶存在于線粒體中,而中間步驟中的酶存在于胞液中。
1.ALA合成酶,是血紅素生物合成途徑的第一個酶,它催化甘氨酸和琥珀酰輔酶A聚合成ALA.該酶積聚在線粒體的內(nèi)膜且需要5′-磷酸吡哆醛作為輔酶,不同的基因把紅細(xì)胞和非紅細(xì)胞的ALA合成酶進(jìn)行編碼。
2.ALA脫水酶,存在于胞液中,它使2分子的ALA脫去2分子的水而合成單吡咯——PBG.鉛抑制ALA脫水酶,是由于它取代了酶中的鋅(酶活性所必需的金屬)。琥珀酰丙酮是一種ALA的結(jié)構(gòu)類似物,它是最強(qiáng)的酶抑制劑,可見于遺傳性酪氨酸血癥病人的尿和血中。
3.PBG脫氨酶催化4分子PBG聚合產(chǎn)生線性四吡咯,即HMB.有兩個PBG脫氨酶的同功酶:一個只存在于紅細(xì)胞中,而另一個則存在于非紅細(xì)胞中。這兩種PBG脫氨酶的同功酶是由不同的信使RNAs(mRNAs)進(jìn)行編碼,這些mRNAs是由一個單基因通過交替的轉(zhuǎn)錄和嫁接而被轉(zhuǎn)錄。
4.尿卟啉原Ⅲ聚合酶催化HMB形成尿卟啉原Ⅲ,這涉及分子內(nèi)重排和影響D環(huán)的定向大環(huán)閉合形成尿卟啉原Ⅲ。當(dāng)該酶缺乏時,HMB則自發(fā)環(huán)化,沒有反向的D環(huán),而形成尿卟啉原Ⅰ。
5.胞液中,尿卟啉原脫羧酶催化尿卟啉(8個羧基的卟啉)中羧甲基側(cè)鏈的4個羧基連續(xù)脫去產(chǎn)生7個羧基卟啉,6個羧基卟啉,5個羧基卟啉,最后形成糞卟啉原Ⅲ(一個4個羧基的卟啉)。此酶也能催化尿卟啉原Ⅰ形成糞卟啉原Ⅰ。
6.哺乳動物細(xì)胞中的糞卟啉原氧化酶是一種線粒體酶,它催化糞卟啉原Ⅲ的吡咯環(huán)A和B上的丙基脫去羧基和2個氫成為這些位置上的乙烯基而形成原卟啉原。這種酶不能代謝糞卟啉原Ⅰ。
7.原卟啉原Ⅸ氧化為原卟啉Ⅸ是由原卟啉原氧化酶起中介作用,該酶催化原卟啉原Ⅸ中心脫去6個氫原子。
8.亞鐵螯合酶,催化鐵嵌入原卟啉,是血紅素生物合成的最后一步。該酶并非對鐵有特異性,它也能催化一些其他金屬的嵌入例如鋅。
代謝途徑的中間體僅存在于細(xì)胞內(nèi),正常排泄的量很少。他們的分子大小,溶解度和其他的性質(zhì)相互間差異很大。ALA,PBG和卟啉原是無色和無熒光的。原卟啉,最后的中間體,唯一被氧化的卟啉。氧化的卟啉受到長波紫外線照射時呈紅色熒光。漏到細(xì)胞外液的卟啉原自動氧化為卟啉而排泄。然而,一定量的未氧化的糞卟啉原可能排泄在尿中。ALA,PBG,尿卟啉,7羧基,6羧基和5羧基的卟啉是水溶性的,大部分排泄在尿中。糞卟啉(一個4羧基卟啉)是排泄在尿和膽汁中。硬卟啉(一種3羧基卟啉)和原卟啉(一種2羧基卟啉)很難溶解于水中,而不能由腎臟排泄。它們出現(xiàn)在血漿中,被肝臟攝取,然后排泄在膽汁和糞中,它們也可積聚在骨髓。
血紅素合成的控制
血紅素合成最多在骨髓,在那里血紅素和有氧轉(zhuǎn)輸功能的血紅蛋白結(jié)合,而在肝臟,則多數(shù)和細(xì)胞色素結(jié)合,它是電子轉(zhuǎn)輸?shù)鞍。在肝臟大多數(shù)細(xì)胞色素是細(xì)胞色素P-450酶,它代謝藥物和許多其他外源的和內(nèi)源的化學(xué)品。
血紅素生物合成在肝臟和骨髓的調(diào)控機(jī)制是不同的。在肝臟血紅素合成是限速的,它受到第一個酶,ALA合成速度的控制。正常肝細(xì)胞中酶活性十分緩慢,在肝臟為應(yīng)答各種化學(xué)療法而需要制造更多的血紅素時,酶的濃度顯著地上升。酶的合成也受細(xì)胞內(nèi)血紅素量的反饋控制,當(dāng)游離的血紅素濃度高時,合成就降低。某些藥物和激素誘導(dǎo)肝細(xì)胞制造更多的ALA合成酶,血紅素及細(xì)胞色素P-450.
在骨髓,血紅素由成紅細(xì)胞和仍保留有線粒體的網(wǎng)織紅細(xì)胞制造,然而循環(huán)中的紅細(xì)胞沒有線粒體則不能形成血紅素。紅細(xì)胞系內(nèi)血色素合成至少部分受到細(xì)胞攝取鐵過程的調(diào)節(jié)。骨髓細(xì)胞表達(dá)某些途徑中酶的紅細(xì)胞系的特異形式。紅細(xì)胞系的特異ALA合成酶受到在mRNA中的鐵應(yīng)答元素的調(diào)節(jié),它也部分受到為形成血紅蛋白而合成血紅素的組織特異調(diào)節(jié)。
病因?qū)W和發(fā)病機(jī)制
血紅素生物合成途徑中的8個酶已全部被克隆,定序和染色體定位。某些X連鎖鐵粒幼紅細(xì)胞性貧血已被發(fā)現(xiàn)有紅細(xì)胞系特異形式的ALA合成酶的突變。卟啉癥和相關(guān)疾病和其他7個酶的缺乏有關(guān),這些酶的突變基因已被確定。雖然各種類型的遺傳性卟啉病和特異的酶缺乏有關(guān),但是有一定量酶缺乏的病人來源于同一家庭,似乎酶有不同的突變基因。因此,這些疾病在分子水平上有不均一性。
當(dāng)血紅素生物合成途徑的酶缺乏時,其底物和血紅素前體可積聚在骨髓或肝臟。血液中這些血紅素前體增多,并被轉(zhuǎn)運至其他組織,隨尿和糞排出體外。
某些卟啉病,尤其是早期卟啉前體ALA,PBG升高的卟啉病,可損害神經(jīng),出現(xiàn)多種癥狀,如腹痛,肌無力,后者可發(fā)展為肌麻痹。推測神經(jīng)癥狀的發(fā)病機(jī)制有過多血紅素中間產(chǎn)物在神經(jīng)系統(tǒng)作用,或神經(jīng)系統(tǒng)缺乏血紅素合成。但ALA和其他血紅素代謝產(chǎn)物未證明有神經(jīng)毒性,病人神經(jīng)組織未發(fā)現(xiàn)有血紅素缺乏。確切發(fā)病機(jī)制還不清楚。
引起組織和血漿中卟啉(如尿卟啉,糞卟啉,原卟啉)升高的卟啉病可有光敏感性。在有O2 條件下,當(dāng)這些卟啉在波長400nm光線照射下可產(chǎn)生帶電不穩(wěn)定氧,稱為單線態(tài)氧(singletoxygen),可引起組織損傷。因為皮膚是暴露在光線下最多的組織,故皮膚特別敏感。
分類
卟啉病可根據(jù)特異酶缺乏來準(zhǔn)確分類。其他根據(jù)臨床特征來分類,有臨床實用性但互相有重疊交叉。急性卟啉病引起神經(jīng)癥狀,往往是間歇性的;皮膚卟啉病引起皮膚光敏感。急性間歇性卟啉病,ALA脫水酶缺乏卟啉病,遺傳性糞卟啉病和肝卟啉病組成急性卟啉病。遲發(fā)性皮膚卟啉病,遺傳性糞卟啉病,肝卟啉病,紅細(xì)胞生成性原卟啉病,先天性紅細(xì)胞生成性卟啉病和肝紅細(xì)胞生成性卟啉病組成皮膚卟啉病。肝性卟啉病,過多的血紅素前體主要來自肝臟;紅細(xì)胞生成性卟啉病,過多的血紅素前體主要來自骨髓。
本節(jié)中首先討論三種最常見的卟啉病,按照血紅素生物合成途徑中酶缺乏順序來描述。
實驗室檢查
卟啉病癥狀與其他疾病相似。某些實驗室檢查對診斷卟啉病敏感且特異,疾病發(fā)作時實驗結(jié)果明顯異常。當(dāng)懷疑卟啉病存在時,必須合適選擇實驗檢查項目,以提供特異性診斷信息。最好依靠少數(shù)敏感和特異的試驗來進(jìn)行篩查。大多數(shù)情況下,急性卟啉病的篩查試驗僅僅是檢測尿中ALA及PBG含量。Watson-Schwartz試驗是定性試驗,已被廣泛用于檢測尿中過多PBG.更受歡迎的快速檢測尿PBG的方法是使用試劑盒,常用離子交換樹脂塑料筒。Mauzerall和Granick定量檢測法用于證實PBG和ALA篩選試驗的陽性結(jié)果。疑診皮膚性卟啉病時應(yīng)檢測血卟啉。紅細(xì)胞酶測定是第二線試驗,平常不作,只在相關(guān)篩查試驗異常時才作。測定尿,糞和紅細(xì)胞卟啉也是第二線試驗,因為缺乏特異性(如其他情況下,它們亦可異常),故不適合作篩查試驗。
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