槭糖尿病

(一)發(fā)病原因
本病呈常染色體隱性遺傳。由一組支鏈α酮酸脫氫酶活性缺乏(或酮酸脫羧酶缺乏)或不足所致，分為5型：經(jīng)典型、間歇型、中間型、維生素B反應(yīng)型和E3缺乏型。酶活性依次為正常人的0%～2%、2%～40%、5%～25%、20%～40%和5%～10%?；颊咭驀I吐，可造成嚴重脫水，導致酸中毒。
(二)發(fā)病機制
在哺乳類動物中，BCKD多酶復(fù)合體是一種存在于線粒體中的多酶復(fù)合體，其功能是催化從支鏈氨基酸降解而產(chǎn)生的3種支鏈α酮酸進行氧化性脫羧。酶復(fù)合體是圍繞一立方形核心。含有24個相同的以雙氫脂酰轉(zhuǎn)環(huán)酶(dihydrolipoyltranscylase，E2)亞基，通過離子相互作用，而連接在一起，此外還有支鏈α酮酸脫羧酶(E1)、特異性激酶(E3)和特異性磷酸酶。特異性激酶和磷酸酶通過可逆性磷酸化以調(diào)節(jié)BCKD復(fù)合物活性。E1是一個雜四聚體，由2個E1α和E1β亞基組成。E3為同種二聚體。E1α、E1β、E2和E3的編碼基因都可發(fā)生突變而導致BCKD多酶復(fù)合體活性減低。根據(jù)基因突變有人把楓糖尿病分為ⅠA型(E1α亞基突變)、ⅠB型(E1β亞基突變)、Ⅱ型(E2亞基突變)，Ⅲ型(E3亞基突變)，Ⅳ和Ⅴ則被保留作為特異性激酶和磷酸酶基因突變型，但迄今尚無報道。
本病是一遺傳性疾病，其遺傳方式為常染色體隱性遺傳。遺傳缺陷在線粒體中存在的BCKD多酶復(fù)合體中的E1、E2和E33個亞基的基因有突變。
BCKD多酶復(fù)合體的組成已如前述。E1是焦磷酸硫胺素(TPP)依賴性酶。由2E1α和2E1β形成α2β2四聚體，分子量為170kD。E1α和E1β基因座分別定位在19q和6p，均可發(fā)生突變，E1α基因突變則可阻礙其與正常的E1β聚合成四聚體，使E1α迅速被降解，從而使支鏈α酮酸脫羧酶活性降低或完全喪失，或只形成αβ二聚體，也可形成低分子量的四聚體。Wynn等研究了ⅠA型楓糖尿病病人中E1α與E1β的聚合障礙后指出：在被研究的E1α突變?nèi)绻窃诩俣ǖ慕沽姿崃虬匪亟Y(jié)合袋則對E1亞基的聚合無影響;牽涉到C末端芳香性殘基的突變則阻礙亞基聚合動力學和天然的α2β2結(jié)構(gòu)的形成。E1α亞基的突變使支鏈α-酮酸脫羧酶活性降低或完全喪失。該作者報道E1α突變ⅠA型楓糖尿病表型、聚合狀態(tài)和特異性活性總結(jié)。
Chinsky等對有BACK活性缺乏的羊水細胞的DNA進行突變分析，顯示E1α亞基基因的外顯子7有C→T轉(zhuǎn)變，結(jié)果E1α亞基有精氨酸R242X的無義突變，即E1α在242位精氨酸位點即停止編碼。這種妊娠發(fā)生于有多人患楓糖尿病的近親結(jié)婚的后裔中。
E1β亞基也可發(fā)生突變。McConnell等報道1例E1β亞基的2個等位基因有不同的突變，其中一個來自母親的突變基因，在核苷酸編碼序列的第526位有A→T突變，導致E1β蛋白有Asp126Tyr取代，這一突變可干擾E1β與輔因子硫胺素之間的相互作用而引起E1β滅活;另一突變的等位基因來自父親的突變基因。在第970位有C→T突變而形成終止密碼子，使E2β蛋白在274位精氨酸位置即被截短。這種突變使BOCK活性小于野生型E1β基因的1%。這種被截短了的E1β變得不穩(wěn)定。在病人的細胞線粒體中未發(fā)現(xiàn)有這種被截短了的E1β蛋白。
E2是24聚體，由載有相同的脂酸(lipoic acid)組成，排列成八面體(octahedral)并在4，3，2點有基團對稱。每個E2多肽含有3個獨立的折疊區(qū)，即載脂酰區(qū)(lipoyl-bearing)，E1/E3結(jié)合區(qū)和內(nèi)核心區(qū)。這3個區(qū)通過可變通的贅合區(qū)連接在一起。這個區(qū)在α-酮酸脫氫酶復(fù)合體的E2蛋白中是一高度保留區(qū)。E2基因座定位于1p31，有11個外顯子，長度88kb。文獻中已報道的E2基因突變有：插入突變，即在外顯子5′端插入17bp;外顯子2缺失2個bp,外顯子8的5′端的給(donor)位缺失1個bp，結(jié)果使外顯子8整個缺失;外顯子8最后1個核苷酸有G→A突變。其他點突變還有外顯子7有T→G突變，導致E2蛋白有Pro 215 Ile取代，外顯子6有G→T突變，使E2蛋白在谷氨酸處即終止編碼。Chuang等報道由于內(nèi)在性內(nèi)含子缺失而引起E2mRNA有失常的剪接者7人。這7例病人的等位基因、BCKD活性、殘余酶活性及病人來源。
除內(nèi)含子缺失突變外，還可有其他突變：
1.在內(nèi)含子8有A→G單個堿基取代而創(chuàng)造了5′端有1個新的剪接位點，使通過激活同一內(nèi)含子上游的隱性3位點而在外顯子8和9之間插入126個核苷酸。預(yù)測編碼具有包括在氨基末端4個新的氨基酸在內(nèi)總共只有280個氨基酸的截短的蛋白的mRNA，比具有420個氨基酸的正常E2蛋白少139個氨基酸，即E2蛋白被截短。體外實驗表明這種單個堿基取代負責把插入?yún)^(qū)合并到mRNA中去。
2.在外顯子11的第1463位核苷酸有G→T轉(zhuǎn)變而形成終止密碼子。這例病人為純合子，其父母為雜合子。
3.復(fù)合性雜合子，在外顯子A的第309位有G→A轉(zhuǎn)變，同時在外顯子9的1165位有C→G轉(zhuǎn)變，這兩種核苷酸突變導致E2蛋白分別有Ile 37 Met和Gly 323 Ser取代。以上3例臨床表型為間發(fā)型楓糖尿病，其BCKD復(fù)合體均有殘余功能。
E3是同源二聚體黃色素蛋白(flavoprotein)，為所有α-酮酸脫氫酶復(fù)合體成員所共有，可突變，比E1和E2少見，E3基因突變除支鏈α酮酸脫氫酶缺乏外還有丙酮酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶功能受損。
E1、E2和E3中任何一種酶蛋白基因發(fā)生突變，都可引起B(yǎng)CKD復(fù)合體活性缺乏而導致楓糖尿病的發(fā)生。在生化方面主要是支鏈氨基酸代謝過程中所產(chǎn)生的酮酸在體內(nèi)堆積而引起頻發(fā)的嚴重酮癥酸中毒，使神經(jīng)系統(tǒng)受損。