定義,分類,發病機制,治療,
定義
Citrin是一種線粒體內鈣結合天冬氨酸/谷氨酸載體(Aspartate/ Glutamate Carrier, AGC)蛋白，在尿素循環及其他代謝過程中發揮重要作用。Citrin缺乏症包含成年發作Ⅱ型瓜氨酸血症(Adult Onset Type Ⅱ Citrullinemia , CTLN2)和Citrin缺乏所致新生兒肝內膽汁淤積症( Neonatal Intrahepatic Cholestasis caused by Citrin Deficiency, NICCD)兩種不同表型，為常染色體隱性遺傳。
分類
1. NICCD和CTLN2概述
NICCD 和CTLN2均由SLC25A13基因突變導致Citrin缺陷，但臨床表現差異大，故分開概述。
1.1 CTLN2的定義及臨床表現
1968年Miyakashi等報導CTLN2，該病發病較遲（11～79 歲），故稱為成年發作瓜氨酸血症Ⅱ型[1]。臨床主要有突發意識障礙、精神錯亂等肝性腦病表現，實驗室檢查有肝功能損害及高氨血症，肝臟特異性精氨酸琥珀酸合成酶活性下降。發病前多有應激、感染、酒精或大量蛋白攝入等誘因，病情進展迅速，半數以上初次發作後存活不超過17個月，最終多死於腦水腫[2]。患者多有嗜食豆類、花生等，厭食碳水化合物的飲食傾向[3]。
1.2 NICCD的定義及臨床表現
2001年Ohura等發現了伴有高氨血症及半乳糖血症的肝內膽汁淤積患兒存在SLC25A13基因的突變，故將本病定義為Citrin缺乏導致的新生兒肝內膽汁淤積症[4]。NICCD多於生後數月內發病，最常見表現為黃疸、血瓜氨酸升高以及脂肪肝，此外還有半乳糖血症、低蛋白血症、出血傾向、低血糖以及甲胎蛋白明顯升高，可有瓜氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸等多種胺基酸升高 [5]。早期檢測並發現瓜氨酸升高對確診有重要意義，但並非所有NICCD患者均有瓜氨酸的升高。近來研究發現患兒有“Chubby Face”表現，面部豐滿指數顯著高於正常同齡兒，提示其面部特徵也可作為參考診斷指標[7]。NICCD患兒症狀多在1歲內消失，各項生化指標亦隨之趨於正常，此時患者的確診只能通過基因診斷或淋巴細胞及皮膚成纖維細胞的Citrin免疫雜交來明確。部分NICCD患兒仍留有易疲勞等非特異性症狀，少數有胰腺炎、高脂血症和癲癇樣發作，2歲起飲食有明顯嗜食豆類、花生等，厭食甜食及穀類的飲食傾向，極少數需肝移植治療。目前在我國對於NICCD的通過確診只能通過基因診斷。
1.3 NICCD與CTLN2的發病率及轉歸
Citrin缺乏症最初見於日本，近年來在中國、韓國、以色列、捷克、英國和美國等相繼發現，不同地區發病率明顯不同[8]。Kobayashi發現SLC25A13基因突變雜合子攜帶率在東亞各國分別為：日本1/69,中國1/79，韓國1/50，提示Citrin缺乏症在東亞廣泛存在，其他地區發病率明顯降低[3]。研究表明日本人群中NICCD發病率與計算的純合子比率基本一致，為1/17,000-34,000，男女發病率無明顯差異，而CTLN2發病率僅為1/100,000-230,000，男女發病率比為7:3[9]。
多數NICCD患兒通過代償適應臨床症狀可自行緩解[10]，但部分患者在十幾年後失代償發展為CTLN2，已有報導證實CTLN2患者嬰兒期存在NICCD典型症狀[11,12]。但CTLN2發病率明顯低於SLC25A13基因突變純合子比率，其原因部分可能與患者因肝腫瘤、胰腺炎或高脂血症等忽略了原發病的診斷，或被誤診為精神性疾病，也可能與NICCD患兒症狀緩解後終生未再發病有關。但至今對Citrin缺乏症的轉歸以及哪些因素可使NICCD發展為CTLN2尚不明確。
發病機制
2. Citrin及作用機制
2.1 SLC25A13基因及其突變
CTLN2 的致病基因SLC25A13是1999 年由Kobayashi等克隆，位於染色體7q21.3，含18個外顯子，長約200kb, 編碼一種線粒體內鈣結合天冬氨酸/谷氨酸載體(Aspartate/ Glutamate Carrier, AGC)蛋白Citrin[13]。現已報導54種SLC25A13基因突變，包括13種無義，17種錯義，5種插入，5種缺失，14種剪下突變 [14,15]。正常人群SLC25A13基因突變篩查結果顯示851del4(20%)、S225X(25%)、IVS11+1G﹥A（45%）在日本人中常見，851del4(70%)、1638ins23(3%)和IVS6+5G﹥A（23%）在中國人中常見。其中，851del4、IVS16ins3kb幾乎在所有東亞患者中都有，提示這兩種突變遺傳學上在東亞地區較早出現。
2.2 Citrin的結構和功能
Citrin分子量約為74kDa，含675個胺基酸，在肝臟、腎臟及心臟中均有表達，位於線粒體內膜。Citrin的N端有4個EF手型結構域，可結合鈣離子，C端作為線粒體載體活性部位有6個跨膜結構。研究還發現，Citrin的類似物－Aralar，同為天冬氨酸/谷氨酸載體蛋白，雖胺基酸序列與Citrin有77.8%的同源性，但組織分布明顯不同，Citrin主要在肝臟而Aralar 主要在骨骼肌和腦中表達，提示Citrin缺乏症是一種局限於肝臟的疾病[10]。
Citrin作為肝內主要的天冬氨酸/谷氨酸載體蛋白，其功能有3方面，其一，將線粒體中天冬氨酸轉運至胞漿中，參與尿素、蛋白和核酸的合成。其二，將天冬氨酸轉運至胞漿，作為蘋果酸/天冬氨酸穿梭的一個環節，將胞漿中糖酵解生成的NADH還原當量運至線粒體內，參與能量、胺基酸、糖和脂代謝。其三，在NADH形成及利用的同時促進乳糖糖異生[5]。
2.3 Citrin缺乏症的發病機制
Citrin缺乏時，一方面可使尿素循環受阻，導致瓜氨酸積聚及高氨血症。另一方面天冬氨酸減少將使草醯乙酸生成減少，造成NADH/NAD+升高，引發各種代謝紊亂，抑制了糖酵解、糖異生、UDP半乳糖差向異構酶，擾亂了蛋白質及核酸合成，同時抑制脂肪酸氧化, 促進脂肪合成[10]。
Citrin缺乏所造成的代謝紊亂及NICCD和CTLN2的各種症狀的發生機制分述如下：
Citrin缺乏症患者瓜氨酸等胺基酸代謝異常和高氨血症主要與尿素循環受阻有關。正常人天冬氨酸與瓜氨酸在精氨酸琥珀酸合成酶（Argininosuccinate Synthetase, ASS）作用下生成精氨酸琥珀酸，並通過精氨酸琥珀酸裂解酶（ASL）生成精氨酸。Citrin缺乏時，線粒體內轉入的天冬氨酸減少，尿素循環受阻，瓜氨酸蓄積。在高濃度瓜氨酸刺激下腎臟及小腸內精氨酸合成增加並代償性升高[8]。Citrin缺乏症患者喜食豆類及花生等富含天冬氨酸和精氨酸的食物，這可能與攝入此類食物可刺激尿素合成，降低血氨，改善其症狀有關。對於緩解後的NICCD患兒的飲食情況調查也發現，患兒與對照組相比每日攝入總能量無明顯差別，但脂類（45%），蛋白質（20%）在飲食中供能比例顯著升高，碳水化合物（35%）則較同齡兒明顯降低[6]。
NICCD患兒甲胎蛋白升高與低蛋白血症同時存在。一般認為蛋白的表達模式反映了肝臟發育的成熟程度，而甲胎蛋白與白蛋白具有極高的同源性和相似的保守序列，從甲胎蛋白到白蛋白的延遲轉化過程說明NICCD患兒的肝臟發育不夠成熟 [16]。
NICCD患兒有低血糖發作和半乳糖血症，低血糖發作主要與NADH/NAD+升高抑制了糖酵解和糖異生有關，升高的NADH/NAD+抑制UDP-半乳糖表位酶，引起半乳糖蓄積[17]。患者雖有低血糖發作，但過多食用甜食及穀類將增加胞漿中NADH/NAD+，加重其代謝紊亂，因此患者厭食甜食及穀類。CTLN2患者發作時高糖治療會加重其高氨血症，飲酒可誘發CTLN2的發作，也與上述發病機制有關。
Citrin缺乏症患者存在脂代謝異常，包括脂肪合成過多、脂肪酸氧化障礙和脂肪肝。當胞漿內NADH/NAD+升高時，刺激了檸檬酸/蘋果酸穿梭（Citrate/ Malate Shuttle, CMS），促進了3-磷酸甘油的合成；CMS激活後，檸檬酸被催化生成草醯乙酸及乙醯輔酶A，這些產物的生成促進脂肪合成。同時，胞漿中NADH/NAD+增高可使乙醯輔酶A產生的丙二酸單醯轉醯輔酶A累積，抑制了脂肪酸氧化，並造成酮體合生成受損及短鏈、長鏈醯基肉鹼的升高。異常增加的脂質沉積在人體深部脂肪組織，肝及面頰，造成高脂血症、脂肪肝以及Chubby Face[7]。
CTLN2患者多死於腦水腫，腦損傷機制尚不明確，高血氨並非唯一致病因素，局部缺血、能量耗竭、神經毒性及代謝失調引起氧化應激反應，均可加速腦損傷[2]。CTLN2患者多並發肝臟腫瘤，其中大部分為肝細胞癌 [18]。體外研究提示瓜氨酸的積聚對肝細胞的增生有促進作用，游離脂肪酸聚集造成的氧化應激和脂質過氧化反應對腫瘤發生也有重要作用。
2.4 Citrin基因敲除的小鼠模型
1999年，Sinasac等建立了Citrin基因敲除小鼠模型，該小鼠的離體肝灌流研究顯示其存在尿素合成和乳酸糖異生缺陷，肝灌流液乳酸/丙酮酸的升高，對Citrin基因敲除小鼠治療研究顯示外源性的丙酮酸可通過使NADH再氧化及供量的兩種途徑改善Citrin缺乏症的高血氨及尿素生成缺陷，具體來說，丙酮酸不僅可以降低乳酸/丙酮酸比例，降低肝細胞內NADH/NAD+比例，還可通過提供胞漿內草醯乙酸和天冬氨酸來減輕對糖酵解的抑制並激活尿素生成途徑[19,20]，這為Citrin缺乏症的治療提供了新思路。但Citrin基因敲除小鼠缺乏CTLN2的症狀，可能由於小鼠肝內甘油3磷酸脫氫酶（mGPD）活性遠高於人類，過多的NADH可通過甘油磷酸穿梭運至線粒體，代償了Citrin缺乏引起的蘋果酸天冬氨酸穿梭的缺陷。2007年，Saheki等建立了mGPD與Citrin雙敲小鼠模型，該模型鼠具有高血氨、瓜氨酸血症、低血糖以及脂肪肝等的CTLN2臨床表現[21]。
治療
3. Citrin缺乏症的治療及相關機制
NICCD患兒多數在一歲內有自然緩解，而CTLN2患者發病後卻呈快速進展過程，因此對於Citrin缺乏症的兩種不同表型的治療有所不同。
對於NICCD患兒，飲食方面給予高蛋白高脂低碳水化合物飲食，有研究表明，不應限制或糾正其嗜食富含高脂高蛋白而厭食穀類的飲食傾向[6,22]。飲食中成分比例由於存在血半乳糖及短鏈、長鏈醯基肉鹼增高，無乳糖奶粉、富含中鏈脂醯肉鹼的配方奶被廣泛套用於改善症狀，苯巴比妥和熊脫氧膽酸用於黃疸對症處理，適當給與補充維生素E可改善氧化應激，有出血傾向患兒給予維生素K治療。少數病情嚴重患兒需進行肝移植。
對於CTLN2患者，因其存在明顯的高氨血症，為減輕高血氨對神經系統的毒性作用，應長期堅持低碳水化合物飲食[23,24]，可給與苯甲酸鈉、苯乙酸鈉等降低血氨。精氨酸可改善線粒體尿素循環酶的活性，故也可用於降低血氨，但有報導認為精氨酸的使用與CTLN2患者的脊髓病變發生相關，使用量需慎重，同時可加入肌酐以減少過量精氨酸產生的胍基乙酸的毒性作用[2]。對於伴有肝性腦病的CTLN2患者，使用甘油及果糖會使體內NADH/NAD+升高，進一步加重高血氨及其他有毒物質的代謝，加重腦損傷，應選用甘露醇減輕腦水腫 [25]。目前對Citrin缺乏症唯一有效的治療方法仍為肝移植，但對於移植後患者生存質量及時間缺乏相關調研，因此對於肝移植後的效果尚難評價。
Citrin缺乏症是一種發病率較高的遺傳代謝病，尤其常見於東亞。部分NICCD患兒表現不典型，如未檢測到血瓜氨酸的升高，通過生化指標難以最終確診，而基因診斷是Citrin 缺乏症的有效檢測手段，值得推廣。其發病機制尚待進一步闡明，多數治療限於對症處理。應加強對該病的宣傳，及早發現並及時治療，加強對患者的長期隨訪，並進一步明確其發病和進展機制。
