串联质谱和气相色谱质谱技术在遗传代谢病病的诊治中的应用.doc

串联质谱和气相色谱质谱技术在遗传代谢病病的诊治中的应用 遗传性代谢病包括氨基酸、有机酸、脂肪酸和糖代谢异常及溶酶体贮积病等。既往由于检测方法的限制，使这类遗传性代谢病患儿不能够得到及时确诊，认为是“罕见”的疾病。近年来国际上开展的串联质谱技术(tandem mass spectrometry, MS/MS)，能够检测干血滤纸片中的氨基酸谱和酰基肉碱谱，为临床快速诊断氨基酸、有机酸和脂肪酸代谢性疾病提供了技术支持，结合气相色谱-质谱（gas chromatography mass spectrometry，GC-MS）尿有机酸检测，使诊断更加可靠，推动了遗传性代谢病的筛查、诊断和治疗。上海新华医院小儿内科韩连书 串联质谱技术是通过检测样品中物质的质荷比（相对分子质量），对物质进行定性和定量分析，可同时检测一滴血中70余种氨基酸和酰基肉碱，可以对40余种氨基酸、有机酸和脂肪酸氧化代谢病进行快速的筛查和诊断，这些疾病的患病率见表1。目前已有许多国家利用串联质谱进行新生儿筛查及临床疑似患者检测，使相关疾病的患病率显著增加。气相色谱-质谱技术主要通过检测尿液中有机酸，对氨基酸、有机酸和脂肪酸氧化代谢病进行辅助或鉴别诊断。我们国家于2000年开始使用气相色谱-质谱技术进行遗传代谢病检测，2002年开始使用串联质谱进行遗传代谢病新生儿筛查和临床疑似遗传代谢病患者检测，使我国的遗传代谢病的筛查、诊断及治疗技术有了显著提高。上海新华医院利用串联质谱技术筛查269341例新生儿，筛查出14种74例遗传代谢病，阳性率为1/3640，见表2。联合气相质谱技术共检测12100例临床疑似遗传代谢病患儿，确诊遗传代谢病703例，诊断率5.8%，其中以苯丙酮尿症和甲基丙二酸血症常见，见表3。 氨基酸代谢病主要是由于氨基酸代谢途径受阻导致体内相应氨基酸水平的增高或降低，其旁路代谢产物有机酸相应增加，对机体造成损伤。串联质谱通过检测血滤纸片中氨基酸水平及相关氨基酸之间的比值对氨基酸代谢病进行检测。气相色谱-质谱则检测患者尿中有机酸辅助诊断。串联质谱对高苯丙氨酸血症、枫糖尿病、瓜氨酸血症、酪氨酸血症、瓜氨酸血症和精氨酸血症的检测具有特异性。由于氨甲酰磷酸合成酶缺乏症和鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症(OTCD)均表现为瓜氨酸降低，故对于串联质谱检测血瓜氨酸降低需者，结合气相色谱-质谱检测尿乳清酸和尿嘧啶水平进行鉴别，升高者为OTCD，正常者为氨甲酰磷酸合成酶缺乏症。酪氨酸血症有3种类型，串联质谱均表现为酪氨酸增高，气相色谱-质谱检测琥珀酸丙酮、4-羟基苯丙酮酸、4-羟基苯乳酸增高者为I型,仅4-羟基苯丙酮酸和4-羟基苯乳酸增高者为II型或III型。 有机酸血症是一组遗传代谢病，括MMA、PA、IVA、MCC、HMG、GA-I、GA-II、生物素酶缺乏症和全羧化酶合成酶缺乏症等10余种疾病。由于机体蛋白质、脂肪或糖代谢过程中产生有机酸进一步代谢途径受阻，体内有机酸大量增加，对机体产生危害，体内过多的有机酸一方面与游离肉碱结合，形成不同碳链长度的酰基肉碱，一方面通过尿液排出，患者尿中有机酸水平大量增加。串联质谱通过检测血酰基肉碱水平对有机酸血症进行检测，气相色谱-质谱通过检测尿有机酸水平进行有机酸血症的检测。在有机酸血症中我们国家MMA最常见。 脂肪酸氧化代谢病是指脂肪酸进入线粒体途径或脂肪酸在b氧化过程中，由于所需酶的功能障碍导致脂肪酸氧化受阻所导致的一组疾病。由于这些疾病缺乏特异的临床表现和常规实验室检查方法，诊断比较困难。游离肉碱和酰基肉碱是脂肪酸氧化代谢的必需物质及中间产物，故脂肪酸氧化代谢障碍导致体内游离肉碱或酰基肉碱的增高或减少，故可通过串联质谱检测血中游离肉碱或酰基肉碱水平，根据不同长度碳链的酰基肉碱水平的变化可对脂肪酸代谢病进行筛查和诊断。脂肪酸b氧化受阻后，w氧化途径增强，故尿中出现二羧酸尿，但不具特异性。脂肪酸b氧化代谢病在欧美国家的患病率较高,中链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症最多见，在高加索人群中的患病率达1:8 100～1:20 000。 这些疾病除少数氨基酸疾病外，大部分氨基酸、有机酸和脂肪酸b氧化代谢病缺乏特异的临床症状和体征，新生儿期以喂养困难、呕吐、嗜睡、昏迷和抽搐为主，婴幼儿以运动语言发育落后、智力落后、抽搐、肌张力低下和反复呕吐较常见。体检以小头畸形、肝肿大、心肌肥厚为常见。常规实验室检查以酸中度、高血氨、乳酸增高、低血糖、肌酸激酶增高常见。故当遇到上述临床表现原因不明的患儿，应考虑到遗传性代谢病的可能，留取血样或尿样进行氨基酸、酰基肉碱和有机酸分析特异性检测，以免延误诊治。另外，串联质谱检测采用干血滤纸片，气相质谱可利用新鲜尿液，也可用干尿滤纸片，故样品采集及传递方便，有利于远程递送标本，有助于为外地患者提供服务。 表1  氨基酸、有机酸、脂肪酸氧化代谢病患病率 病名 发生率 氨基酸代谢病 苯丙酮尿症 1/10，000 枫糖尿病 1/60,000－1、200，000 同型胱氨酸尿症 1/100,000－1/150,000 高甲硫氨酸血症 不详 酪氨酸血症I型 1/100,000-1/120,000 酪氨酸血症II型 1/250,000－/310,000 高脯氨酸血症型 不详 鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症 1/50,000－1/60,000 高鸟氨酸血症 不详 瓜氨酸血症I型 1/57,000 瓜氨酸血症II型 1/40,000－1/60,000 精氨琥珀酸尿症 1/70,000-1/190.000 精氨酸血症 1/350,000－1/1,000,000, 高鸟氨血症、高氨血症、同型瓜氨酸尿症综合症 不详 有机酸血症 甲基丙二酸血症 1/20,000-1/75,000 丙酸血症 1/30,000-1/750,000 异戊酸血症 1/80,000－1/100,000 戊二酸血症I型 1、50，000－1/190,000 3-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶缺乏症 1/36,000-1/75,000 3-甲基戊烯二酰辅酶A 水解酶缺乏症 <1/1000,000 3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A裂解酶缺乏症 1、100，000 生物素酶缺乏症 1/60,000 全羧化酶合成酶缺乏症 1/40,000－80,000 b-酮硫解酶缺乏症 1/100,000-1/470,000 脂肪酸氧化代谢病 肉碱转运障碍 1/400,000－1/1,000,000 肉碱棕榈酰转移酶I缺乏症 1/100,000－1/1,000,000 肉碱棕榈酰转移酶II缺乏症 1/100,000－1/1,000,000 肉碱/酰基肉碱移位酶缺乏症 1/1000,000 短链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 1/75,000-1/100,000 中链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 1/13,000 极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 1/79,000 短链羟酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 1/130,000 长链羟酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 1/75,000-1/300,000 多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 1<1,000,000   表2  上海新华医院新生儿串联质谱筛查疾病阳性率 筛查数量 269341 患病率 高苯丙氨酸血症 29 9288 高甲硫氨酸血症 3 89780 枫糖尿病 3 89780 瓜氨酸血症-II型 2 134671 酪氨酸血症 2 134671 精氨酸血症 1 269341 同型半胱氨酸血症 1 269341 甲基丙二酸血症 8 33668 3-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶缺乏症 9 29927 丙酸血症 1 269341 戊二酸血症－I型 1 269341 短链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 3 89780 肉碱转运蛋白缺陷 8 33668 中链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 3 89780 合计 74 3640   表3  临床疑似遗传代谢病患者中氨基酸代谢病疾病种类 氨基酸代谢病 n 占氨基酸代谢病患者比(%) 占确诊患者比(%) 占检测患者比(‰) 高苯丙氨酸血症 203 56.9 28.9 16.8 Citrin蛋白缺乏症 64 17.9 9.1 5.3 鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症 26 7.3 3.7 2.1 枫糖尿病 23 6.4 3.3 1.9 酪氨酸血症II型或III型 12 3.4 1.7 1.0 瓜氨酸血症-I型 10 2.8 1.4 0.8 酪氨酸血症-I型 5 1.4 0.7 0.4 同型半胱氨酸血症 4 1.1 0.6 0.3 非酮性高甘氨酸血症 4 1.1 0.6 0.3 高甲硫氨酸血症 3 0.8 0.4 0.2 精氨酸血症 2 0.6 0.3 0.2 氨甲酰磷酸合成酶缺乏症 1 0.3 0.1 0.1 合计 357 100.0 50.8 29.5     表4  临床疑似遗传代谢病患者中有机酸血症疾病种类 有机酸血症 n 占有机酸代谢病患者比(%) 占确诊患者比(%) 占检测患者比(‰) 甲基丙二酸血症 145 55.1 20.6 12.0 丙酸血症 35 13.3 5.0 2.9 多种酰基辅酶A羧化酶缺乏症 29 11.0 4.1 2.4 戊二酸血症-I型 19 7.2 2.7 1.6 异戊酸血症 15 5.7 2.1 1.2 酮硫解酶缺乏症 7 2.7 1.0 0.6 3-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶缺乏症 4 1.5 0.6 0.3 3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A裂解酶缺乏症 3 1.1 0.4 0.2 canavan病 2 0.8 0.3 0.2 丙二酸血症 1 0.4 0.1 0.1 甲羟戊酸尿症 1 0.4 0.1 0.1 延胡索酸尿症 1 0.4 0.1 0.1 甘油激酶缺乏症 1 0.4 0.1 0.1 合计 263 100.0 37.4 21.7     表5  临床疑似遗传代谢病患者中有机酸血症疾病种类 脂肪酸代谢病 n 占脂肪酸代谢病患者比(%) 占确诊患者比(%) 占检测患者比(‰) 多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 43 51.8 6.1 3.6 中链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 12 14.5 1.7 1.0 极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 11 13.3 1.6 0.9 肉碱转运障碍 8 9.6 1.1 0.7 短链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 5 6.0 0.7 0.4 肉碱棕榈酰转移酶I缺乏症－I型 2 2.4 0.3 0.2 肉碱棕榈酰转移酶I缺乏症－II型 2 2.4 0.3 0.2 合计 83 100.0 11.8 6.9 附：氨基酸、有机酸及脂肪酸代谢病概述（各选2种疾病） 苯丙酮尿症 苯丙酮尿症（Phenylketonuria，PKU）是是由于体内苯丙氨酸羟化酶活性降低或其辅酶四氢生物喋呤缺乏，导致苯丙氨酸向酪氨酸代谢受阻，体内苯