第二章　质谱技术在有机酸血症诊断中的应用

第一节　概　　述

一、有机酸血症简介

有机酸血症（organic academia/aciduria，OA）主要是指由于氨基酸、脂肪酸和糖代谢异常导致中间代谢产物——有机酸增加，从而引起一系列病理生理改变。多数为常染色体隐性遗传病，包括甲基丙二酸血症、丙酸血症、异戊酸血症、生物素酶缺乏症和多种羧化酶缺乏症。有机酸是氨基酸、脂肪酸、类固醇、碳水化合物或者某些药物在体内代谢的中间产物，由于代谢途径中某种酶的缺陷，导致其中间代谢产物和旁路代谢产物增加，最终导致有机酸血症。由于代谢过程中大部分有机酸需与辅酶A结合成酰基辅酶A才能逐步代谢，而有机酸血症的患者体内大量酰基辅酶A累积，酰基辅酶A与肉碱结合形成酰基肉碱，故有机酸血症患者体内相应的酰基肉碱也会大量增加。

二、目前临床诊断有机酸血症的方法

1.酶学分析法

常用培养外周血白细胞或皮肤成纤维细胞的方法进行酶活性测定，以确定酶缺陷类型。

2.基因检测

根据基因突变分析进行确诊。

3.其他

辅助诊断方法包括影像学检查、脑电图和产前诊断等。

三、质谱技术在有机酸血症诊断中的应用

近年液相色谱-串联质谱技术和气相色谱-串联质谱技术已广泛应用于遗传代谢病的诊断和新生儿筛查中，通过监测干血滤纸片中氨基酸和酰基肉碱的水平来筛查不同的氨基酸、有机酸和脂肪酸代谢病。美国北卡罗来纳大学最先将串联质谱分析技术应用到新生儿疾病筛查中，并于1997年开始成立一个试点项目，在全州范围内研究脂肪酸氧化、有机酸和氨基酸酸紊乱的发病率和筛查情况。串联质谱主要通过监测血液中不同的酰基肉碱浓度来进行诊断和筛查有机酸血症，对于仅有丙酰肉碱（propinoylcanIitine，C3）增高的患儿，应首先分析是否伴有游离肉碱（C3/C0）（C0为游离肉碱）或乙酰肉碱（C3/C2）（C2为乙酰肉碱）比值的增高，以便排除C3增高的假阳性；其次分析是否伴有甘氨酸（glycine，Gly）增高，若伴有Gly增高可能为丙酸血症（propionic acidemia，PA），若不伴有Gly增高则可能为甲基丙二酸血症（methylmalonic acidemia，MMA）。如图2-1所示为正常儿童和丙酸血症（propionic acidemia，PA）、甲基丙二酸血症（methylmalonic acidemia，MMA）、异戊酸血症（isovaleric acidemia，IVA）、戊二酸血症（glutaric acidemia，GA）Ⅰ型患儿的串联质谱图，疾病对应参数的离子峰强度显著增高，与定量结果一致，PA和MMA均表现为C3离子峰强度增高，PA患儿C3增高更显著。

为了探讨串联质谱技术在遗传性代谢病高危儿童有机酸血症筛查和诊断应用中的意义，韩连书等人使用串联质谱技术对1000例遗传性代谢病高危儿童的血样进行了监测，在1000例高危儿童的筛查中确诊有机酸血症的有40例，如表2-1所示。其中甲基丙二酸血症最多，为20例（50%）；其次为PA 6例（15%），异戊酸血症（isovaleric acidemia，IVA）3例（7.5%），戊二酸血症（glutaric acidemia，GA）Ⅰ和Ⅱ型各3例（7.5%），生物素酶缺乏症2例（5%），3-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶缺乏症（3-methylcrotonyl-CoAcarboxylase deficiency，3-MCC）、3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A裂解酶缺乏症（3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoAlyase deficiency，3-HMC）及β-酮硫解酶缺乏症各1例（2.5%）。

根据有机酸血症的发病机制，对于一些有机酸血症，使用串联质谱技术可明确诊断。例如C5显著增高可诊断为IVA，C5DC单独增高可诊断为GA-Ⅰ型，多种酰基肉碱增高可诊断为GA-Ⅱ型（又称为多种酰基辅酶A脱氢酶缺乏症），甲基丙二酰肉碱（methyl malonyl carnitine）和C3同时增高可诊断为MMA，C5-OH和C3同时增高可诊断为多种羧化酶缺乏症。有些不同有机酸血症可能表现出同一种酰基肉碱增高的情况，如PA和MMA均为C3增高，但根据发病机制可加以排除，由于PA直接引起C3增高，而MMA间接引起C3增高，所以理论上当PA发病时C3增高更显著，这在研究串联质谱的C3检测结果中得到证实。当C3>30μmol/L时基本可排除MMA，诊断为PA；当C3<15μmol/L时基本可排除PA，诊断为MMA；当C3介于15～30μmol/L时需进行尿有机酸分析来鉴别。至于MMA患儿，甲基丙二酰肉碱（C4DC）不增高的原因可能与甲基丙二酰辅酶A不易与肉碱结合有关。虽然生物素酶缺乏症或多种羧化酶缺乏症中也有C3增高的情况，但会同时伴有3-羟基异戊酰肉碱（C5-OH）增高，且以C5-OH增高为主，C3-C0和C3-C2正常，而MMA和PA患儿则C3-C0和C3-C2显著增高，故易与PA或MMA相鉴别。对于3-MCC、3-甲基戊烯二酰辅酶A水解酶缺乏症和3-HMC疾病，串联质谱分析均表现为C5-OH增高，且增高的程度无显著性差别，故单用串联质谱仅可提示为这三种疾病中的一种，需要对尿液进行气相色谱分析进行鉴别。

由于血中的酰基肉碱属微量物质，结合其结构特点，常规的实验室方法较难测定。目前临床主要采用气相色谱-质谱对尿液样品进行分析进而对疾病进行诊断。