儿童期α1-抗胰蛋白酶缺乏症

儿童期α1-抗胰蛋白酶缺乏症 儿童期α1-抗胰蛋白酶缺乏症 ? 66?ChineseHepatology,Feb.2008,Vol13,No.1 儿童期1一抗胰蛋白酶缺乏症 刘丽艳陆怡王建设 a1一抗胰蛋白酶(al—AT)是一种在肝脏合成并分泌入血的 糖蛋白,在血液中可阻止非特异性的中性粒细胞蛋白酶诱导宿 主组织损伤.人体每天可合成数克al—AT,作为一种单一蛋白 其血清浓度仅次于白蛋白.al—AT的常染色体共显性z等位 基因纯合突变,即wH0命名的"PIZZ"是al—AT缺乏的经典 类型.z基因突变的蛋白产物贮积在肝细胞内不能有效分泌, 结果导致血清中al—AT缺乏.PIZZ纯合突变成人患者肺循环 中al—AT不足而丧失抑制中性粒细胞蛋白酶降解结缔组织的 功能,因此患者发生肺气肿的风险显着增加.通过研究肝细胞 内贮积的突变蛋白z损伤肝细胞的独立机制发现,儿童和成人 PIZZ纯合型患者可发生肝病和肝细胞癌『1]. 一 ,遗传学 经典的PIZZ型al—AT缺乏症是由于al—AT基因的342 位发生纯合点突变使赖氨酸替代谷氨酸所致.长度为12.2kb 的al—AT基因位于染色体14q,编码相对分子质量为55000的 95个氨基酸.PIZZ纯合型在北美和欧洲混合人群的发生率为 1/1500,1/3500.斯堪的纳维亚,不列颠群岛,法国北部和意 大利南提洛尔地区的人群中z基因突变率最高.现已发现数 百种罕见突变类型,但如果是与野生型M等位基因共存的杂 合状态,大多数无健康隐患. 二,临床表现和自然病程 PIZZ型a1一抗胰蛋白酶缺乏症在婴儿期的典型表现为婴 儿胆汁淤积(婴儿肝炎综合征),可表现为黄疸,腹胀,瘙痒,纳 差,体重增长不良和肝脾大.实验室检查可表现为总胆红素和 结合胆红素升高,血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天冬氨酸氨 基转移酶(AST)升高,低白蛋白血症,维生素K缺乏或肝脏合 成功能障碍导致的凝血疾病.婴儿肝活检表现多样,包括巨细 胞变,小叶性肝炎,显着的脂肪变,纤维化,肝细胞坏死,小胆管 缺失或增生.单凭肝脏活检难与婴儿期胆道闭锁和其他代谢 性肝病区别.一般的HE染色可看到部分肝细胞内含有球型 嗜酸性包涵体,该特征显示膨胀的内质网膜内充满了al—AT 变异的蛋白z聚合体].淀粉酶消化后高碘酸一希夫(氏)染色 (PAS)(该技术显示糖蛋白为红色)可突出蓝色背景中的红色 小体.观察到PAS阳性小体时需谨慎,因为其他一些肝病也 会存在类似结构,该小体并非存在于所有的肝细胞中.虽然 PIZZ危及生命的肝病可发生在最初几个月或几年,但人群的 前瞻性研究显示80有胆汁淤积的PIZZ患者可健康成长到 18岁而无慢性疾病.该数据来源于由Sveger等『3作的一项具 作者单位:200032复旦大学附属儿童医院传染病学研究室 ? 儿童肝病专讨论? 有里程碑意义的研究,20世纪7()年代,他们筛查了瑞典20万 名新生儿,发现127例PIZZ患者,这些患者作为研究队列仍在 随访.这些数据显示儿童期危及生命的肝病发病率仅 3,5,但儿童发生不同程度肝功能障碍的风险为15, 60.该研究未明确婴儿期发生a1-AT相关肝炎的婴儿 在儿童期有肝脏炎症减轻或消失的表现.尽管这项瑞典的研 究是惟一无偏倚,基于人群的队列研究,但结果未必能说明纯 合突变率稍低的人群,如在北美,该人群携带不同的,更广泛的 修饰基因. 在幼儿和年长儿中,PIZZ型al—AT缺乏症可表现为生长 迟滞,纳差或肝大.有些儿童因常规体检时才发现无症状性肝 大或脾大而就诊.除轻度,无临床意义的血清AIT,AST升 高,许多孩子表现健康,无肝损伤迹象.少数未被识别的慢性 肝病和肝硬化患儿表现为腹水,胃肠道出血或肝功能衰竭. 年长儿童和成人的肝活检可表现为:小叶炎症,不同程度 的肝细胞坏死,纤维化,肝硬化,脂肪变性,大部分患者的肝细 胞内都会出现淀粉酶不能消化的PAS阳性小体. PIZZ型al—AT缺乏症患儿一般不发展为有临床症状的肺 气肿,但此类患儿在儿童期发生哮喘的风险增加.吸烟,职业 性肺病,环境大气污染物都会显着增加发生进行性不可逆肺病 的风险,因为这些因素会增加蛋白水解对肺结缔组织的损伤. 除哮喘或其他呼吸系统疾病在儿童期需要治疗外,PIZZ患儿 18岁时应到呼吸科进行基线评估. 三,诊断 诊断al—AT缺乏症的金是用等电聚焦凝胶电泳测定 患者血清中al—AT蛋白表型.若凝胶中只出现PI型z蛋白 带,提示该患者携带两个拷贝的突变Zal—AT基因.杂合子同 时出现野生型M和突变蛋白z条带.这种表型凝胶需要 一 定的技术,因此最好在有经验的相关实验室进行.由于a1一 AT缺乏症的临床表现多样,因此把血清送到相关实验室进行 表型检测在多种情况下可提供有价值的信息(见表1).测定 外周血中al—AT水平可作为辅助检查,用于比较表型结果和 预测蛋白水平(见表2),并有助于阐明罕见等位基因蛋白产物 导致的难以区分的表型结果. 表1a1-AT缺乏症检测指征 婴儿:胆汁淤积性黄疸 儿童:原因不明的生长迟滞或纳差 任何年龄:原因不明的无症状肝大或AST/AIT升高 原因不明的肝病,肝硬化或肝细胞癌 成人:严重哮喘,<50岁或任何年龄非吸烟者的肺气肿 肝脏2008年2月第13卷第1期 a1-AT是已知的急性期反应蛋白,在全身炎症期血清 a卜AT水平也会适度升高.尽管在一些病例中肝活检可评价 病程进展或发现其他共存疾病,但并非诊断a1-AT缺乏症所 ?67? 必需.最近一项新的PCR分析血白细胞或口腔黏膜细胞的基 因组DNA方法已上市,但只能检测最常见的S和z突变等位 基因. 表2a1一AT表型与相应的a卜AT血清水平 ,uM转换为mg/dl则乘以5.2. 20世纪70年代初,许多地方尤其是瑞典曾进行过短暂,初 步的新生儿筛查研究.尽管瑞典的经验提示新生儿筛查极有 可能减少成人期吸烟和患肺病的概率,但进行早期,无症状前 的诊断益处仍有争议.在慢性肺病成人中进行针对性筛查是普 遍采用的措施,患者可通过蛋白置换减缓肺气肿的进展. 四,管理 a1一AT缺乏症相关肝病无特异治疗方法,重点是预防发生 慢性肝病的并发症,如出血,腹水,瘙痒,营养不良,脂溶性维生 素缺乏,感染,恶性肿瘤,生长障碍或系统反射衰减.许多患者 无症状,需随访保守监测.考虑到肝脏癌变风险的增高,一些 有经验的临床医生开展常规影像学或AFP生化监测进行筛 查.a1,AT缺乏症的儿童和成人都应绝对避免吸烟,吸二手烟 和环境肺暴露因素.前瞻性研究表明,儿童期确诊的a1一AT缺 乏症患者其成人吸烟率显着降低,从而降低了肺病的发病率和 病死率.外源性a1一AT蛋白置换可作为治疗成人a1一AT缺乏 症相关性肺气肿的方法,然而其疗效存在争议.外源性a卜AT 蛋白置换对肝病无效,因为肝脏损伤是由于a1一AT突变蛋白z 在肝细胞累积所致,而非循环中抗蛋白酶活性缺乏. 五,病理生理学 a1一AT缺乏症病理生理学的关键步骤是新合成的突变蛋 白z贮积在肝细胞内质网.生化合成过程中,新生突变z多肽 链在核糖体上进行组装并转运至内质网腔内.然而在内质网 内,突变蛋白z分子折叠缓慢,不能形成分泌构象,而是变成各 种异常构象,内质网内有一种称为"质量监控"的蛋白系统能把 这些突变z分子识别为异常蛋白,并直接运送至蛋白水解酶系 统而非分泌通路,从而导致血清a1一AT水平显着下降,约为正 常值的15.突变蛋白z分子在肝细胞内累积导致肝损伤,贮 留的--II,部分分子仍保持多聚体构象,并在内质网扩张部位聚 集.这些聚集物可变得很大,在光显微镜下可看到经HE染色 的嗜酸性肝细胞包涵体,或淀粉酶不能消化的PAS阳性小体, 这是该病肝细胞的经典表现. 该病的许多具体发病机制仍在研究,但认为a1一AT突变蛋 白z聚合构象是导致该病的重要因素.z突变导致的单个氨 基酸替代发生在活性环底部,预示这部分蛋白的分子活动度发 生改变,使得单个分子的突出活性环插入另一个相邻z分子p 折叠的凹槽中,从而发生无共价键紧密结合的构象改变.a1一 AT突变z分子的遗传突变研究显示,多数破坏聚合体构象的 突变也会影响细胞内贮积.因此需进一步研究是细胞内质量 控制器的活性,还是聚合体构象的影响,还是两者都有,使得分 子在肝细胞内贮积. a1一AT突变蛋白z贮积的肝损伤机制有待进一步阐明. 研究显示突变蛋白在内质网内的贮积使多条细胞内通路激活, 可能包括半Caspase活化,内质网应激反应和自噬反应.自噬 是一种高度保守的细胞功能,通过蛋白水解系统降解靶物,如 在生长发育,应激,营养剥夺的情况下,可通过特殊的囊泡降解 系统降解线粒体,胞浆碎片及其他分子等衰老的细胞器.自噬 可能是处理贮积a1一AT突变蛋白Z的一种细胞机制.研究表 明,在a1一AT缺乏时,刺激肝细胞自噬作用导致的线粒体损伤是 导致肝细胞死亡的一种机制.有证据显示,a1一AT缺乏时凋亡活 化也会导致肝细胞损伤.现已提出一种损伤级联学说,即a1一AT 突变蛋白z细胞内贮积会刺激自噬作用,线粒体损害,细胞凋亡 及肝细胞死亡和再生的慢性循环.据推测,在这种慢性代谢性 肝病中,肝细胞死亡的慢性负荷将导致器官损伤和肝硬化. 一 些试验研究蛋白酶体和其他蛋白水解系统的作用来解 释具有严重肝病的a1一AT缺乏症患者临床表现的多样性,一些 PIZZ个体不会发生肝病是由于内质网质控系统保证了贮积 a1一AT突变蛋白z的相对有效降解.然而,部分患者易发生肝 脏损害,这是因为内质网质控器的改变使贮积的a1一AT突变蛋 白z不能被有效降解,从而形成较大负荷,进而增加肝脏损伤 可能.目前已明确肝细胞内的几种基因和基因产物是导致这 些病变发生的关键,涉及内质网质控和应激反应等一系列途 径.个体差异预示可能存在影响病理生理级联反应其他部分 的一些重要因素,如酒精,病毒感染,环境毒素或遗传性疾病修 饰因子.最近一项动物模型研究显示,非甾体类抗炎药可增加 胞内a1一AT变异蛋白z的贮积,造成肝脏损伤l_4]. 六,杂合子和其他等位基因 携带一个正常M等位基因和一个突变z等位基因的a1一 AT杂合个体的肺和肝脏通常被认为是无症状和健康的.限制 的非选择性人群研究还未证实PIMZ会增加患肝病的风险. 在成人,认为PIMZ表型是导致病因不明肝病的原因也不被普 遍接受. 一 般认为a1-ATS和z等位基因的复合杂合突变(PISZ) 可导致与PIZZ患者相同的肝病,包括出现淀粉酶不能消化的 PAS阳性小体.S等位基因在北美和西欧人群也较常见,尤其 ?68? 在伊伯利亚半岛.物理化学研究显示,只有当同时存在突变蛋 白z时,突变蛋白s在胞内才能与之形成异聚体,这可以解释 PISZ患者会发生肝脏损伤而PISS个体不会.已报道了1O0多 种罕见a1一AT基因突变.表型检测时,有些突变基因产物可表 现为正常M型,但当合并Z等位基因突变而处于杂合状态时, 其产物就会在肝脏中聚集导致肝病.这样的患者往往外周血 a1一AT明显下降,与表型结果不一致. 总之,a1一AT缺乏症是累及儿童及成人的常见代谢性肝 病,同时也增加成人肺气肿的风险,临床表现多样.肝细胞内 突变蛋白z堆积所激活的细胞内损伤级联反应包括自噬作用, 线粒体损害和Caspase活化.基因和环境的疾病修饰因子可能 起重要作用,但仍需进一步研究. 参考文献 1ErikssonS.DiscoveryofAlpha1-antitrypsindeficiency.Lung, ChineseHepatology,Feb.2008,Vol13,No.1 1990,168:34—39. 2AnJK,BlomenkampK,LindbladD,eta1.Quantitativeisolation ofalphalATmutantZproteinpolymersfromhumanandmouse liversandtheeffectofheat.Hepatology,2005.41:160—167. 3SvegerT.Liverdiseaseinalphal-antitrypsindeficiencydetectedby screeningof200,000infants.NEnglJMed,1976,294:1316— 1321. 4RudnickDA,ShikapwashyaO,BlomenkampK,eta1.Indometha— cinincreaseliverdamageinamurinemodelofliveri~uryfromal— pha-I,antitrypsindeficency.Hepato[ogy,2006,44:976—982. 5AmericanThoracicSociety/EuropeanRespiratorySocietyState— ment.Standardsforthediagnosisandmanagementofindividuals withalpha一1antitrypsindeficiency.AmJRespirCritCareMed, 2003,168:818—900. (收稿日期:2007—12—10) (本文编辑:陈成伟) 线粒体缺陷所致肝脏疾病 刘丽艳王建设 线粒体肝病的临床表现主要在儿童早期表现出来,但继发 性疾病可发生在任何年龄. 一 ,线粒体的结构,功能和遗传学 ATP是由存在于线粒体内膜的呼吸链通过氧化磷酸化产 生的.此过程中,由碳水化合物,蛋白,脂质的中间代谢物产生 的还原型辅助因子(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,还原型黄 素腺嘌呤二核苷酸,电子传递黄素蛋白)提供电子给复合物I, ?和辅酶Q,辅酶Q再顺电化学梯度把电子传递给复合物?和 细胞色素c,最后传递给复合物?,最终使质子H从线粒体基 质移至膜间隙,从而形成电化学梯度.通过复合体V质子又返 回到线粒体基质并释放能量,用于合成ATP. 哺乳动物细胞线粒体的独特之处在于具有自己的基因组, 即线粒体DNA(mtDNA),独立于细胞核外.一个典型的肝细 胞含有多至1000拷贝的mtDNA.细胞核和mtDNA的基因 都参与编码呼吸链肽组分的合成.13种必需多肽由16.5kb 的小双链环状mtDNA编码合成;而7O多种呼吸链亚基,一系 列的酶以及维持mtDNA所需的一些辅助因子则由核基因编 码产生.mtDNA编码产生DNA聚合酶7(POLG),胸腺嘧啶 核苷激酶2(TK2),脱氧鸟苷激酶(DGUOK),同时也编码线粒 体内蛋白合成所需要的24种转移RNA(t—RNAs). 线粒体的一个重要特征是所有mtDNA都来源于未受精 的卵母细胞.这种mtDNA疾病的母系遗传对遗传咨询有重 作者单位:200032复旦大学附属儿童医院传染病学研究室 要意义. 二,原发性线粒体肝病的流行病学 最近研究显示,16岁以下儿童中所有类型的线粒体氧化 呼吸链疾病的发病率是1/20000.在瑞典一项基于人群的线 粒体脑肌肉疾病(encephalomyopathies)发病率的研究显示. 20累及肝脏.另一项研究调查了三级医疗中心的1041例 儿童,其中234例呼吸链缺陷的儿童中有22例(10)发生肝 功能障碍,且10例肝脏疾病始于新生儿期.考虑到临床特征 的多样性及确立诊断的困难,真实发病率的数据可能被低估. 三,线粒体肝病的分类 线粒体疾病的突出特点是临床特征多样性,可表现为单器 官受累,也可表现为严重的多系统受累.线粒体疾病的肝脏表 现包括肝脏脂肪变性,胆汁淤积和由隐匿性起病致新生儿发生 肝功能衰竭的慢性肝脏疾病,常有神经肌肉症状.Sokol和 Treem曾提出一个线粒体肝病的分类,包括原发性和继发 性(见表1).原发性指线粒体功能缺陷是肝病的原发病因,继 发性指因非线粒体蛋白基因缺陷或线粒体的获得性(外源性) 损伤导致的线粒体继发损伤.Leonard和Shapiro把原发性线 粒体疾病进一步分为由mtDNA基因突变所致的1a类和由编 码线粒体呼吸链蛋白或辅助因子的核基因突变所致的1b类. 四,原发性线粒体肝病的临床特征 线粒体肝病的临床特征多种多样,包括新生儿急性肝功能 衰竭,线粒体DNA缺失综合征,迟发性肝脏疾病,Pearson's综 合征以及Navajo神经肝病等(见表2).由呼吸链复合物和分 子原因引起的线粒体肝病见表3.