谷胱甘肽遗传代谢性疾病

谷胱甘肽是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。在大多数哺乳动物细胞中谷胱甘肽以毫摩尔水平存在，参与几种基本的生物学功能，包括自由基清除，外源性化学物质和致癌物质的解毒，DNA、蛋白质和白细胞三烯的生物合成，及神经传递/神经调节。谷胱甘肽经γ－谷氨酰循环代谢，由六种酶催化。

到目前为止，已经发现人类的6种酶中有5种具有遗传差异。谷胱甘肽合成酶缺乏症是最常诊断的疾病，最严重的表现形式与溶血性贫血、代谢性酸中毒、5-氧脯氨酸、中心神经系统损伤（CNS）和再发性细菌感染相关。γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶缺乏也与溶血性贫血相关，一些患有这种疾病的患者缺乏神经肌肉功能及全氨基酸尿症。在受累于中枢神经系统和γ-谷氨酰(基)转肽酶缺乏症的患者中曾检查到γ-谷氧酰转肽酶缺乏。5-氧合脯氨酸酶缺乏与5-氧合脯氨酸尿症相关，但与其他症状无明显相关性。

已报道1例二肽酶缺乏症患者。所有类型的病症都很少见，属常染色体隐性遗传。大多数突变不完全，因此许多患者有残留的酶活性。通过测定γ-谷氨酰循环中不同代谢物的浓度、酶活性完成诊断。对于谷胱甘肽合成酶和γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏症，也采用突变分析进行诊断。

目前可对谷胱甘肽合成酶缺乏症患者完成产前诊断。由于此类患者非常少，预后难，但是不同患者之间差别非常显著。治疗谷胱甘肽合成缺乏应避免溶血危象和增加抗活性氧簇的防御能力。无γ-谷氨酰转肽酶、5-氧脯氨酸酶和二肽酶缺乏症治疗的建议。

1. γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏症 

γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏症，又称谷氨酸-胱氨酸连接酶缺乏症，是罕见的常染色体隐性遗传性疾病，特征是溶血性贫血，有些病例有神经学症状。世界上仅报道过9例此类患者。

1.1确诊原则

⑴ 红细胞、粒细胞和/或培养的皮肤成纤维细胞中低活性的γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶；

⑵ 细胞和/或培养的皮肤成纤维细胞中低水平的谷胱甘肽和γ-谷氨酰半胱氨酸； 

⑶ γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶基因存在突变。已报道患者编码酶基因的重要亚单位发生同源突变。在红细胞中杂合子携带者的酶活性大约是谷胱甘肽正常平均值和正常水平的50％。

1.2 临床表现 

γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏症患者都表现为溶血性贫血，一般表现轻微。另外，有两个同胞也有脊髓小脑变性、周围神经变、肌变、氨基酸尿症。其中的一位使用氨苯磺胺治疗精神病和显著的溶血性贫血。一例患者表现为学习无能中的诵读困难，也被认为智能发育迟缓[1]，另一例有迟发精神运动发育和下肢进行性感觉神经病，共济失调、反射亢进、发音困难和脊髓小脑变性征象的特殊步态[2]。γ-谷氧酰半胱氨酸合成酶缺乏症患者的其他症状有暂时性黄疸、网状细胞增多和肝脾大。 

1.3 病因学 

γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶在谷胱甘肽(GSH)合成中催化第一步和限速步骤。遗传性γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏是常染色体隐性遗传。人类γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶是一种二聚体，由重（催化）和轻（调控）亚单位组成。催化亚单位的人类基因位于染色体6p12，调控亚单位位于染色体1p21。催化亚单位(分子量大约73 kDa)发挥天然酶的催化活性，也负责GSH的反馈抑制。调控亚单位(分子量大约28kDa)无催化活性，但是发挥重要的调控作用。在受到γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏影响的4个家庭中已鉴定了催化亚单位的四种不同突变。目前已经建立催化亚单位和调控亚单位的γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶敲除小鼠。敲除催化亚单位纯合子小鼠胚胎不能形成原肠，在妊娠8.5天前死亡。调控亚单位的敲除鼠能存活和生育，表型不显著[3]。

1.4 诊断

红细胞中谷胱甘肽和巯基化合物可使用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)测定，而成纤维细胞中谷胱甘肽可采用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)谷胱甘肽再循环，或应用HPLC测定。红细胞和/或培养的成纤维细胞中γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的测定如Manu等所述[2]。可应用PCR技术和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶基因序列分析(GLCLC, GLCLR)可完成序列分析。 

在鉴别诊断方面，需要注意谷胱甘肽合成酶缺乏也可导致GSH水平降低。

目前还没有产前诊断的相关报道。实际上，通过测定绒毛膜绒毛或培养的羊水细胞γ-谷氧酰半胱氨酸合成酶活性或突变分析可实现产前诊断。

1.5 遗传学咨询

测试γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏症家庭，目的是分析酶活性及其突变。可获得有限的突变分析数据，但是需要测定潜突变，从而了解关于突变酶更多的功能性质。家庭应该进行遗传学咨询。

1.6 治疗 

γ-谷氧酰胱氨酸合成酶缺乏症患者应避免使用已知促成葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症患者溶血危象的药物，如苯巴比妥、阿司匹林、磺胺类药物。使用抗氧化剂治疗对患者有利，但是没有相关研究。

2. 谷胱甘肽合成酶缺乏症 

当涉及谷胱甘肽合成酶缺乏症时，有时采用5-羟脯氨酸尿症(焦谷氨酸尿症)；事实，其他原因也可能导致5-羟脯氨酸尿症。遗传性谷胱甘肽合成酶缺乏症是很罕见的常染色体遗传性疾病，特征是溶血性贫血、代谢性酸中毒、5-羟脯氨酸尿症、进行性神经学症状和再发性细菌感染。在世界上已报道50多个家族患有此病，多于70个病人。

2.1 确诊原则

⑴ 培养的皮肤成纤维细胞和/或红细胞中低活性谷胱甘肽合成酶；

⑵ 培养的皮肤成纤维细胞和/或红细胞中低水平谷胱甘肽；

⑶ 尿5-氧脯氨酸(>1 g/kg/day)；

⑷ 谷胱甘肽合成酶(GSS) 基因突变。杂合子携带者的酶活性大约是谷胱甘肽正常平均值和正常水平的55%。 T

2.2 临床表现

  根据临床症状，谷胱甘肽合成酶缺乏症可分为轻微、中度和严重。轻微谷胱甘肽合成酶缺乏症：患者仅表现出轻微的溶血性贫血。只在较少的情况下，尿中排泄出过量的5-氧脯氨酸 (参考范围< 0.1 mol/mol肌酐)，但细胞中谷胱甘肽水平通常充足，防止5-氧脯氨酸在体液内蓄积。中度谷胱甘肽合成酶缺乏症：通常新生儿期发病，有严重和慢性代谢酸中毒，5-羟脯氨酸尿症，和轻微/中度溶血性贫血。严重谷胱甘肽合成酶缺乏症：与中度谷胱甘肽合成酶缺乏症患者症状相同，另外，还显现出进行性神经学症状，如精神运动障碍、精神发育迟缓、癫痫、痉挛、共济失调和意向性震颤。一些谷胱甘肽合成酶严重缺乏的患者也表现为再发性细菌感染，原因可能是粒细胞功能有缺陷。在成人患者中观察到视网膜营养不良。一些患者早年死亡。

2.3 病因学 

谷胱甘肽合成酶催化谷胱甘肽合成的最后一步，缺乏将导致谷胱甘肽水平降低。γ-谷氨酰循环中γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的反馈抑制降低将引起酸中毒，最终导致5-氧脯氨酸的生产过剩和蓄积。人类谷胱甘肽合成酶是一种同型二聚体，亚单位大小是52 kDa。谷胱甘肽合成酶的三维结构已经确定，基因位于染色体20q11.2，已完成结构测定。由于人类基因组只包含一个谷胱甘肽合成酶基因，谷胱甘肽合成酶缺乏患者的不同临床表现反映了谷胱甘肽合成酶基因的不同突变或后天修饰。代谢性酸中毒和5-羟脯氨酸尿症的机制如下：细胞谷胱甘肽的水平下降，导致γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的反馈抑制降低，从而过度形成二肽γ-谷氨酰半胱氨酸，其在γ-谷氨酰环化转移酶作用下转换为5-氧脯氨酸。5-氧脯氨酸生产过剩，超过5-氧脯氨酸酶的能力，结果5-氧脯氨酸在体液内蓄积，从尿液排泄。谷胱甘肽合成酶缺乏症患者成纤维细胞中积聚二肽γ-谷氨酰半胱氨酸和半胱氨酸。由于γ-谷氨酰半胱氨酸包含谷胱甘肽的两个反应基团(i.e.巯基和γ-谷酰基)，它在某种程度上补偿谷胱甘肽发挥细胞防御氧化应激能力。谷胱甘肽参与白三烯C4(LTC4)合成，主要是半胱氨酰白细胞三烯的合成。已有的研究结果显示谷胱甘肽合成酶缺乏症患者的半胱氨酰白细胞调理素的合成受损[4]。 

2.4 诊断 

GC/MS可用于测定尿5-氧脯氨酸。红细胞中谷胱甘肽和巯基可使用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)测定，而成纤维细胞中谷胱甘肽可应用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)谷胱甘肽再循环试验测定，或使用HPLC方法测定。红细胞和/或培养的成纤维细胞谷胱甘肽合成酶可采用Ristoff等描述的方法测定[5]。谷胱甘肽合成酶基因的突变分析(GSS)可采用Shi等描述的方法测定[6]。

表1列出了除谷胱甘肽合成酶缺乏和5-氧脯氨酸缺乏症外引起5-羟脯氨酸尿症的其他因素。

目前可实现其产前诊断，依据以下方法进行确定：绒毛膜绒毛的突变分析(已知家族突变选择这种方法)；羊水中5-氧脯氨酸分析；在培养的羊水细胞和绒毛膜绒毛中进行谷胱甘肽合成酶活性分析。

2.5 遗传学咨询 

将谷胱甘肽合成酶缺乏症家族作为参考进行测定，目的是分析酶活性和突变，对于确定基因型和表型是否相关是必须的。 

2.6 治疗 

临床治疗目标是纠正酸中毒和早期补充维生素C (抗坏血酸) 和维生素E (α生育酚)。使用重碳酸盐纠正酸中毒。维生素C的建议剂量是100 mg/kg/day，维生素E是10 mg/kg/ day。建议使用N-乙酰半胱氨酸，原因是可保护细胞不受到氧化应激。事实上，谷胱甘肽合成酶缺乏症患者组织中–至少在培养的成纤维细胞中已显示半胱氨酸蓄积。过量半胱氨酸具有神经毒性，不建议谷胱甘肽合成酶缺乏症患者使用N-乙酰半胱氨酸治疗，原因是其能大量增加细胞内半胱氨酸的水平。谷胱甘肽合成酶缺乏症患者应避免使用已知促葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏患者溶血危象的药物。28名谷胱甘肽合成酶缺乏患者的长期随访研究结果显示影响患者存活和疾病长期发展变化的最重要措施是早期诊断、纠正酸中毒和早期补充维生素C和维生素E[7]。 

3. γ-谷氧酰转肽酶缺乏症 

γ-谷氧酰转肽酶缺乏症是罕见的常染色体隐性遗传病，特征是血和尿中谷胱甘肽浓度升高。也累及中枢神经系统。在世界上报道有这种疾病的患者仅有7例。

3.1 确诊原则 

⑴ 有核细胞如粒细胞和/或培养的皮肤成纤维细胞中低活性的γ-谷氨酰转肽酶。正常情况下红细胞也缺乏γ-谷氨酰转肽酶。

⑵ 血和尿中高水平的谷胱甘肽 (尿中>1g/day；对照<10 mg)。细胞中谷胱甘肽水平正常。 

3.2 临床表现 

已报道的7例患者中，有5例累及中枢神经系统。这些症状是否是临床现象的一部分仍需进一步确定。所有患者都有谷胱甘肽尿