Phenylalanine hydroxylase deficiency 是什么?

是什么

苯丙氨酸羟化酶(Phenylalanine hydroxylase,PAH)缺乏症由PAH基因的致病变异引起,PAH基因编码苯丙氨酸羟化酶(PAH)。PAH酶负责将苯丙氨酸转化为酪氨酸。如果PAH酶的活性不足,苯丙氨酸就会在血液和其他机体组织中堆积。高水平苯丙氨酸会损害大脑。
严重型PAH缺乏症所引起的疾病称为苯丙酮尿症 (phenylketonuria,PKU)。经典的PKU表现为PAH酶活性的完全丧失或几乎完全丧失。经典的PKU在婴儿出生后几个月内出现,症状包括重度智力低下、小头畸形、惊厥发作、体位和步态异常、运动疾病、精神和行为问题、深部腱反射增强、湿疹、白内障以及白色素沉着。由于PKU可通过特殊饮食治疗,故而早期诊断至关重要。轻型PAH缺乏症称为非PKU高苯丙氨酸血症或变异型PKU,发生于PAH酶活性部分残留的情况。根据血液中的苯丙氨酸水平,轻型PAH缺乏症患者患有智力残疾、行为异常和其他问题的风险可能较低。血液和机体组织中高水平的苯丙氨酸还可对胚胎或胎儿产生致畸作用。如果患有PAH缺乏症的母亲在妊娠前或妊娠期内血液中苯丙氨酸水平升高,其生产的婴儿可能会出现PKU的症状,包括智力低下、小头畸形以及其他先天异常(包括先天性心脏缺损、宫内或出生后生长迟缓)。

如何遗传

PAH缺乏症是一种常染色体隐性遗传病。

该基因中存在致病变异意味着什么

对于本人:一般情况下,患者为纯合子,即在PAH基因的两个拷贝中均出现致病变异。携带者为杂合体,即在PAH基因的一个拷贝中存在致病变异。携带者通常不会出现症状。
对于生育的影响:PAH基因的两个拷贝中均出现致病变异的患者会将致病变异传给每一个子女,使其成为携带者。携带者将致病变异传给其子女的可能性是50%。夫妻均为同一基因致病变异携带者时,其子女成为患者的可能性为25%,携带者为50%,无致病变异者为25%。夫妻双方中,一方为患者而另一方是同一基因致病变异携带者时,其子女成为患者的可能性为50%,携带者为50%。

基本信息

外文名 phenylketonuria 就诊科室 儿科 常见病因 苯丙氨酸及其酮酸蓄积 常见症状 智力低下,精神神经症状,湿疹,皮肤抓痕征,色素脱失,鼠气味等

苯丙氨酸是人体必需的氨基酸之一。正常人每日需要的摄入量约为200~500毫克,其中1/3供合成蛋白,2/3则通过肝细胞中苯丙氨酸羟化酶(PAH)的转化为酪氨酸,以合成甲状腺素、肾上腺素和黑色素等。苯丙氨酸转化为酪氨酸的过程中,除需PAH外,还必须有四氢生物蝶呤(BH4)作为辅酶参与。基因突变有可能造成相关酶的活性缺陷,致使苯丙氨酸发生异常累积。

1.生长发育迟缓

除躯体生长发育迟缓外,主要表现在智力发育迟缓。表现在智商低于同龄正常儿,生后4~9个月即可出现。重型者智商低于50,语言发育障碍尤为明显,这些表现提示大脑发育障碍。

2.神经精神表现

由于有脑萎缩而有小脑畸形,反复发作的抽搐,但随年龄增大而减轻。肌张力增高,反射亢进。常有兴奋不安、多动和异常行为。

3.皮肤毛发表现

皮肤常干燥,易有湿疹和皮肤划痕症。由于酪氨酸酶受抑,使黑色素合成减少,故患儿毛发色淡而呈棕色。

4.其他

由于苯丙氨酸羟化酶缺乏,苯丙氨酸从另一通路产生苯乳酸和苯乙酸增多,从汗液和尿中排出而有霉臭味(或鼠气味)。

1.新生儿期筛查

新生儿喂奶3日后,采集足跟末梢血,吸收再生厚滤纸上,晾干后邮寄到筛查中心,采用Guthrie细菌生长抑制试验半定量测定,其原理是苯丙氨酸能促进已被抑制的枯草杆菌重新生长,以生长圈的范围测定血中苯病氨酸的含量,亦可在苯丙氨酸脱氢酶的作用下进行比色定量测定,其假阳性率较低。当苯丙氨酸含量>0.24mmol/L(4mg/dl)即两倍于正常参考值时,应复查或采静脉血定量测定苯丙氨酸和酪氨酸。正常人苯丙氨酸浓度为0.06~0.18mmol/L(1~3mg/dl)而患儿血浆苯丙氨酸可高达1.2mmol/L(20mg/dl)以上,且血中酪氨酸正常或稍低。

2.尿三氯化铁试验

用于较大婴儿和儿童的筛查。将三氯化铁滴入尿液,如立即出现绿色反应,则为阳性,表明尿中苯丙氨酸浓度增高。此外,二硝基苯肼试验也可以测尿中苯丙氨酸,黄色沉淀为阳性。

3.血浆氨基酸分析和尿液有机酸分析

可为本病提供生化诊断依据,同时,也可鉴别其他的氨基酸、有机酸代谢病。

4.尿蝶呤分析

应用高压液相层析测定尿液中新蝶呤和生物蝶呤的含量,用以鉴别各型PKU。典型PKU患儿尿中蝶呤总排出量增高,新蝶呤与生物蝶呤比值正常。DHPR缺乏的患儿蝶呤总排出量增加,四氢生物蝶呤减少,6-PTS缺乏的患儿则新蝶呤排出量增加,其与生物蝶呤的比值增高,GTP-CH缺乏的患儿其蝶呤总排出量减少。

5.酶学诊断

PAH仅存在于肝细胞,需经肝活检测定,不适用于临床诊断。其他3种酶的活性可采用外周血中红、白细胞或皮肤成纤维细胞测定。

6.DNA分析

近年来广泛用于PKU诊断,杂合子检出的产前诊断。但由于基因的多态性,分析结果务须谨慎。

7.其他辅助检查

(1)脑电图(EEG)主要是棘慢波,偶见高波幅节律紊乱。EEG随访研究显示,随年龄增长,EEG异常表现逐渐增多,至12岁后EEG异常才逐渐减少。

(2)产前检查由于绒毛及羊水细胞测不出苯丙氨酸羟化酶活性,所以产前诊断问题长期不能解决。目前我国已鉴定出25种中国人PKU致病基因突变型,约占我国苯丙氨酸羟化酶突变基因的80%,已成功用于PKU患者家系突变检测和产前诊断。

(3)X线检查可见小头畸形,CT和MRI可发现弥漫性脑皮质萎缩等非特异性改变。

经典型和辅因子缺乏引起的PKU患者均有高苯丙氨酸血症,但有高苯丙氨酸血症者不一定引起PKU,故PKU应与其他高苯丙氨酸血症者进行鉴别。

诊断一旦明确,应尽早给予积极治疗,主要是饮食疗法。开始治疗的年龄愈小,效果愈好。

1.低苯丙氨酸饮食

主要适用于典型PKU以及血苯丙氨酸持续高于1.22mmol/L(20mg/dl)的患者。由于苯丙氨酸是合成蛋白质的必需氨基酸,完全缺乏时亦可导致神经系统损害,因此对婴儿可喂给特制的低苯丙氨酸奶粉,到幼儿期添加辅食时应以淀粉类、蔬菜、水果等低蛋白食物为主。苯丙氨酸需要量,2个月以内约需50~70mg/(kg·d),3~6个月约40mg/(kg·d),2岁约为25~30mg/(kg·d),4岁以上约10~30mg/(kg·d),以能维持血中苯丙氨酸浓度在0.12~0.6mmol/L(2~10mg/dl)为宜。饮食控制至少需持续到青春期以后。

饮食治疗的目的是使血中苯丙氨酸保持在0.24~0.6mmol/L,患儿可以在低苯丙氨酸食品喂养的基础上,辅以母乳和牛奶。每100毫升母乳含苯丙氨酸约40mg,每30ml牛乳含50mg。限制苯丙氨酸摄入的特制食品价贵,操作起来有一定困难。至于饮食中限制苯丙氨酸摄入的饮食治疗,到何时可停止,迄今尚无统一意见,一般认为要坚持10年。在限制苯丙氨酸摄入饮食治疗的同时,联合补充酪氨酸或用补充酪氨酸取代饮食。饮食中补充酪氨酸可以使毛发色素脱失恢复正常,但对智力进步无作用。在限制苯丙氨酸摄入的饮食治疗过程中,应密切观察患儿的生长发育营养状况,及血中苯丙氨酸水平及副作用。副作用主要是其他营养缺乏,可出现腹泻、贫血(大细胞性)、低血糖低蛋白血症和烟酸缺乏样皮疹等。

2.BH4、5-羟色胺和L-DOPA

主要用于BH4缺乏型PKU,除饮食控制外,需给予此类药物。

1、遗传咨询:本病为常染色体隐性遗传。根据遗传规律可推断患儿的父母为杂合子(即致病基因携带者)患儿为纯合子,其发病率为25%。若本病息者选择配偶亦是此病患者,则后代100%为患者;若一方为患者,一方为携带者则子代50%为患者;若一方为患者或为杂合子,而另一方正常,则后代表现型正常,但是100%或50%为致病基因携带者。故本病的遗传咨询极为重要。

2.产前诊断:即在胎儿出生前能对该病作出诊断的技术。在我国已能应用重组DNA技术作苯丙酮尿症的产前诊断。

3,早期诊断:诊断本病的简便方法是,对于出生5~8天小孩的尿液与三氯化铁试剂作用后,观察是否变绿色,可作初步诊断;亦可通过测定血清苯丙氨酸浓度,如大于15mg~20mg,结合临床表现可以诊断本病。最好能复查,结合家系调查达到准确诊断之目的。

4.杂合子检查:对于那些无症状的致病基因携带者的诊断不仅有助于采取预防措施,而且有利于开展遗传咨询,对于婚姻、计划生育指导亦有重大意义。但目前认为检测杂合子方法,以苯丙氨酸负荷实验后、测定苯丙氨酸/酪氨酸的比值较准确。

5.筛选措施:由于本病是先天性代谢缺陷中发病率较高的一种疾病,现在全国十一个省市已开展了本病的筛选工作,一般采用细菌抑制分析法或三氯化铁试剂法。 [2] 

参考资料
  • 1    关于公布第一批罕见病目录的通知   .医政医管局[引用日期2018-06-11]
  • 2    苯丙酮尿症的预防和治疗--《中国农村医学》1987年02期   .知网[引用日期2022-09-27]

专家解读

胡章雪 | 副主任医师,第三军医大学大坪医院儿科副主任。

苯丙氨酸羟化酶 (英语:Phenylalanine hydroxylase,简称PheOH,或者PheH、PAH) (EC 1.14.16.1) 是一种将苯丙氨酸侧链上的苯环羟基化为酪氨酸的羟化酶。 PheOH是使用四氢生物蝶呤(BH4,蝶啶类辅因子)和亚铁离子(Fe2+)作为辅酶的单加氧酶类蛋白质三种中的一种。在反应中,一个氧分子的两个氧原子被分别加入到BH4和苯丙氨酸中。[1]

苯丙氨酸羟化酶
Phenylalanine hydroxylase deficiency 是什么?

苯丙氨酸羟化酶的三维结构预测

有效结构
PDB直系同源检索:PDBe, RCSB
PDB查询代码列表

1DMW, 1J8T, 1J8U, 1KW0, 1LRM, 1MMK, 1MMT, 1PAH, 1TDW, 1TG2, 2PAH, 3PAH, 4ANP, 4PAH, 5PAH, 6PAH

标识
代号 PAH; PH; PKU; PKU1
扩展标识 遗传学:612349 鼠基因:97473 同源基因:234 ChEMBL: 3076 GeneCards: PAH Gene
EC编号 1.14.16.1
基因本体论描述
分子功能· phenylalanine 4-monooxygenase activity

· iron ion binding

· amino acid binding
细胞成分· cytosol
生物过程· L-phenylalanine catabolic process

· cellular amino acid biosynthetic process
· cellular nitrogen compound metabolic process
· neurotransmitter biosynthetic process
· catecholamine biosynthetic process

· small molecule metabolic process
Sources: Amigo / QuickGO
RNA表达模式
Phenylalanine hydroxylase deficiency 是什么?
Phenylalanine hydroxylase deficiency 是什么?
更多表达数据
直系同源体
物种 人类 小鼠
Entrez 5053 18478
Ensembl ENSG00000171759 ENSMUSG00000020051
UniProt P00439 P16331
mRNA序列 NM_000277 NM_008777
蛋白序列 NP_000268 NP_032803
基因位置 Chr 12:
103.23 – 103.35 Mb
Chr 10:
87.52 – 87.58 Mb
PubMed查询 [1] [2]

Phenylalanine hydroxylase deficiency 是什么?

苯丙氨酸羟化酶是体内过量苯丙氨酸分解代谢的限速酶。Seymour Kaufman关于苯丙氨酸羟化酶的研究使一种新的生物辅酶四氢生物蝶呤被发现。[2] 此酶受到人类健康方面的关注是因为编码该酶的PAH基因如果发生突变,会造成严重的代谢紊乱即苯丙酮尿症

酶反应机制编辑

反应认为是按照以下步骤进行:

  1. 形成 Fe(II)-O-O-BH4 桥.
  2. O-O键异裂产生铁氧羟化中间体 Fe(IV)=O.
  3. attack on Fe(IV)=O to hydroxylate phenylalanine substrate to tyrosine.[3]

酶调控编辑

该酶可能以morpheein模式进行别构调节。[4]

结构编辑

51.9千道尔顿的PheOH蛋白质分子单体可以分为三个结构域: N端结构域 (氨基酸残基1-117), 催化结构域 (残基118-427), 以及负责相同单体聚合的C端结构域 (残基428-453) 。

生物学功能编辑

PheOH是苯丙氨酸完全分解代谢为二氧化碳和水这一过程的关键酶,催化限速步骤。[5]

有关酶编辑

苯丙氨酸羟化酶与以下两种酶密切相关:

  • 色氨酸羟化酶 (EC编号 1.14.16.4),调控大脑与消化系统中的血清素水平。
  • 酪氨酸羟化酶 (EC编号 1.14.16.2), 调控大脑与肾上腺髓质中的多巴胺、肾上腺素与去甲肾上腺素水平。

这三种酶是同源的,由共同的祖先古羟化酶进化而来。

参考文献编辑

  1. ^ Fitzpatrick PF. Tetrahydropterin-dependent amino acid hydroxylases. Annu. Rev. Biochem. 1999, 68: 355–81. PMID 10872454. doi:10.1146/annurev.biochem.68.1.355.
  2. ^ KAUFMAN S. A new cofactor required for the enzymatic conversion of phenylalanine to tyrosine. J. Biol. Chem. February 1958, 230 (2): 931–9. PMID 13525410.
  3. ^ Fitzpatrick PF. Mechanism of aromatic amino acid hydroxylation. Biochemistry. December 2003, 42 (48): 14083–91. PMC 1635487  . PMID 14640675. doi:10.1021/bi035656u.
  4. ^ T. Selwood and E. K. Jaffe. Dynamic dissociating homo-oligomers and the control of protein function.. Arch. Biochem. Biophys. 2011, 519 (2): 131–43 [2013-04-28]. PMC 3298769  . PMID 22182754. doi:10.1016/j.abb.2011.11.020. (原始内容存档于2007-05-12).
  5. ^ Kaufman S. A model of human phenylalanine metabolism in normal subjects and in phenylketonuric patients. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. March 1999, 96 (6): 3160–4. PMC 15912  . PMID 10077654. doi:10.1073/pnas.96.6.3160.

扩展阅读编辑

  • Eisensmith RC, Woo SL. Molecular basis of phenylketonuria and related hyperphenylalaninemias: mutations and polymorphisms in the human phenylalanine hydroxylase gene.. Hum. Mutat. 1993, 1 (1): 13–23. PMID 1301187. doi:10.1002/humu.1380010104.
  • Konecki DS, Lichter-Konecki U. The phenylketonuria locus: current knowledge about alleles and mutations of the phenylalanine hydroxylase gene in various populations.. Hum. Genet. 1991, 87 (4): 377–88. PMID 1679029. doi:10.1007/BF00197152.
  • Cotton RG. Heterogeneity of phenylketonuria at the clinical, protein and DNA levels.. J. Inherit. Metab. Dis. 1991, 13 (5): 739–50. PMID 2246858. doi:10.1007/BF01799577.
  • Erlandsen H, Fusetti F, Martinez A; et al. Crystal structure of the catalytic domain of human phenylalanine hydroxylase reveals the structural basis for phenylketonuria.. Nat. Struct. Biol. 1998, 4 (12): 995–1000. PMID 9406548. doi:10.1038/nsb1297-995.
  • Waters PJ, Parniak MA, Nowacki P, Scriver CR. In vitro expression analysis of mutations in phenylalanine hydroxylase: linking genotype to phenotype and structure to function.. Hum. Mutat. 1998, 11 (1): 4–17. PMID 9450897. doi:10.1002/(SICI)1098-1004(1998)11:13.0.CO;2-L.
  • Waters PJ. How PAH gene mutations cause hyper-phenylalaninemia and why mechanism matters: insights from in vitro expression.. Hum. Mutat. 2003, 21 (4): 357–69. PMID 12655545. doi:10.1002/humu.10197.

外部链接编辑

  • GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Phenylalanine Hydroxylase Deficiency (页面存档备份,存于互联网档案馆)
  • PAHdb - online locus-specific mutation database of the human phenylalanine hydroxylase gene
  • Molecule of the Month: Phenylalanine Hydroxylase (页面存档备份,存于互联网档案馆)