9-2 生化遗传学

1人类疾病的生化和分子遗传学第二节先天性代谢病2先天性代谢缺陷（inbornerrorsofmetabolism）通常指由于基因突变而造成的酶蛋白结构或数量的异常所引起的疾病，又称遗传性酶病或先天性代谢病。先天性代谢病3本节内容提示先天代谢病的概念和一般发病机制几种疾病发病分子机制、疾病相关基因定位、疾病的遗传方式。氨基酸代谢病：白化病PKU糖代谢病：半乳糖血症糖原贮积症嘌呤代谢病：自毁容貌综合征受体蛋白病：家族性高胆固醇血症41908年，GarrodA在皇家伦敦医学院发表了题为“先天性代谢缺陷”的著名报告，他公布了四种人类罕见疾病：尿黑酸尿症戊糖尿症胱氨酸尿症白化病Garrod对尿黑酸尿症的开拓性的研究开辟了生化遗传学这一领域一、“先天代谢缺陷”概念提出5尿黑酸尿症临床特征：黑尿、大关节、脊柱椎间盘退行性关节炎——褐黄病。上腭出现兰色或黑色的色素斑，眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀（内源性尿黑酸自身氧化形成的产物沉淀所致）6临床症状新生儿和儿童期：尿黑酸尿是唯一的特点；成人期：除了尿黑酸尿以外，由于尿黑酸增多，并在结缔组织中沉着，而导致褐黄病（ochronosis），如果累及关节的话则进展为褐黄病性关节炎（ochronoticarthritis）。7推测病因代谢转化正常人：苯丙Aa、色Aa尿黑酸另一代谢产物→不蓄积尿黑酸患者：苯丙Aa、色Aa尿黑酸↑—//→另一代谢产物大量贮积，尿中排出8实验分析尿黑酸患者服食尿黑酸→尿中定量排出高蛋白饮食（含苯丙Aa、色Aa）→内源性尿黑酸↑受试者正常人→服食尿黑酸→不排出高蛋白饮食（含苯Aa、色Aa）→无尿黑酸检出9证实病因——尿黑酸氧化酶缺乏假设50年后被证实：患者的肝脏中检测不到尿黑酸氧化酶，此酶负责尿黑酸进一步代谢。苯丙Aa↓苯丙Aa羟化酶酪Aa↓酪Aa氨基转移酶p-羟基苯丙酮酸↓p-羟基苯丙酮酸氧化酶尿黑酸↓尿黑酸氧化酶延胡索酸+乙酰乙酸10尿黑酸症遗传学分析尿黑酸尿症呈现家族分布：17个尿黑酸尿症家庭中有8个父母是一级表兄妹。一级表兄妹婚配为一种罕见的隐性性状的表现提供了条件是第一种被确认的常染色体隐性遗传病。正常等位基因是未受累个体特异的酶产物所必需的，这是关于基因通过编码的酶施加其影响最初的线索。所以Garrod的工作预言了“一个基因一种酶”的假说。11二、先天代谢缺陷产生机制1酶蛋白结构基因突变——酶结构改变，稳定性降低，酶动力学改变2酶蛋白结构或合成率异常——酶活性降改变，增高或降低3代谢紊乱——形式多样4产生病理效应——发育性综合征12ＡEABＢEBCＣECDＤ酶典型代谢途径示意图ＦＧ13代谢底物Ａ细胞内含量水平应保持平中间产物ＢＣ衡，失衡达一定程度会产终产物Ｄ细胞毒性反馈抑制：维持代谢平衡的一种调节机制代谢旁路：正常下一般不开放副产物：Ｆ、Ｇ，一般有害或具有代偿作用14三、先天代谢缺陷代表疾病氨基酸代谢病：PKU白化病糖代谢病：半乳糖血症糖原贮积症嘌呤代谢病：自毁容貌综合征受体蛋白病：家族性高胆固醇血症15苯丙酮尿症发病环节：酶缺乏导致旁路代谢产物增多遗传方式：AR缺乏的酶：苯丙氨酸羟化酶遗传基因定位：PAH基因12q24.1。全长90Kb，13个外显子，12个内含子。目前已发现近200种错义突变☆16临床上表现为精神发育迟缓，皮肤、毛发和虹膜色素减退，头发呈赤褐色，癫痫，湿疹，特殊的鼠样臭味尿。患儿在出生后若不及早得到低苯丙氨酸饮食治疗，便出现不可逆的大脑损害和严重的智力发育障碍。17苯丙氨酸酪氨酸多巴儿茶酚胺苯丙酮酸苯乙酸苯乳酸尿黑酸乙酰乙酸黑色素甲状腺素苯丙氨酸、酪氨酸代谢18临床症状：本病经典型以智能发育不全为主要特征。旁路代谢产物苯丙酮酸↑苯乳酸↑苯乙酸↑从汗液尿液排出，毛发、皮肤和尿有特殊气味。黑色素生成减少，患者毛发和皮肤颜色浅,神经递质生成受影响，患儿智力低下。治疗：低苯丙氨酸饮食早期治疗以避免神经系统损伤，减少智力损害生化手段可作新生儿筛查19白化病Albinism发病环节：酶缺乏导致代谢终产物缺乏遗传方式：AR缺乏的酶：酪氨酸酶，导致终产物黑色素缺乏遗传基因OCA1定位：11q14-q21,白化病发病以点突变为主.☆20临床症状：皮肤呈白色，头发呈银白或淡黄色虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素视物模糊，眼球震颤，羞明易患皮肤癌21白化病Albinism22半乳糖血症（Galactosemia）发病环节：酶缺乏导致代谢中间产物堆积和排出遗传方式：AR临床表现：婴儿哺乳后呕吐、腹泻、对乳类不耐受，继而出现肝硬化、白内障、智力低下等症状☆23代谢途径：乳糖葡萄糖半乳糖1-磷酸半乳糖1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶半乳糖醇醛糖还原酶半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶（9p13），基因错义突变(如谷氨酰胺188→精氨酸)造成酶活性下降。24半乳糖血症分类分型缺陷酶基因定位临床表现Ⅰ型（经典型）半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶9q13低血糖，肝硬化，智力障碍，白内障。Ⅱ型半乳糖激酶17q21-q22主要表现为青年型白内障。肝脾大，可有黄疸，智力正常或迟缓。Ⅲ型半乳糖尿苷-2-磷酸-4-异构酶1p36-p35可无临床症状或类似经典型1.喂乳后几天出现呕吐、拒食、腹泻、失重。2.一周后，肝脏损害症状：黄疸、肝肿大、腹水。3.几个月后，智力发育障碍，蛋白尿，氨基酸尿，白内障。26半乳糖血症(galactosemia)糖原贮积症Ⅰ（vonGierke病）缺乏的酶：葡萄糖-6-磷酸酶遗传方式：AR基因定位：17q21糖原葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶☆28临床表现：⑴肝糖原合成过多，引起患儿肝肿大⑵G-6-Pase缺乏，葡萄糖供应不足，易发生低血糖，长期可致患儿发育不良，消瘦，身体矮小⑶动用脂肪供能可以出现酮血症。⑷G-6-P无氧酵解生成大量乳酸，导致酸中毒。2930嘌呤代谢病自毁容貌综合征(Lesch-Nyhansyndrome,LNS)缺乏的酶：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(HGPRT)遗传方式：X连锁隐性遗传。基因定位：Xq26-q27。主要的突变类型有：核苷酸取代、插入、缺失和移码突变，可在DNA水平上作产前诊断。☆31发病机理HGPRT催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)上的磷酸核糖基转移到鸟嘌呤和次黄嘌呤上，使之成为鸟苷酸和次黄苷酸，而它们又可反馈抑制嘌呤前体5-磷酸核糖-1-胺的生成。此酶如缺乏，则鸟苷酸和次黄苷酸合成减少，嘌呤合成加快，致使尿酸增高，代谢紊乱而致病。3233临床表现：1、高尿酸血症和高尿酸尿症2、痛风性关节炎3、智力迟钝，大脑瘫痪4、舞蹈样动作，自残行为34家族性高胆固醇血症（FH）遗传方式：常染色体显性遗传病，发病率：1/500临床特点：血清胆固醇增高（300~600mg/dl，正常人230），低密度脂蛋白（LDL）胆固醇增高（＞200mg/dl）。大约50%的患者出现伸肌腱的胆固醇沉积（黄色瘤）发病机理：低密度脂蛋白受体缺陷☆351、胆固醇调节正常人——LDL受体与LDL颗粒结合→内在化→LDL颗粒中胆固醇降解为游离胆固醇→细胞内游离胆固醇的氧化衍生物启动调节过程：1）HMG-CoA还原酶↓↓，胆固醇合成↓2）胆固醇酯化和储存增加3）LDL受体合成减少，对外源胆固醇摄取减少36患者：LDL受体合成减少引起细胞对外源性胆固醇的摄取减少372、LDL受体基因定位：19chr上，长约45kb，18个外显子，mRNA5.3kb对基因的分析表明：配体结合区，由5个Exon编码（2~6个外显子）EGF前体同源区，由8个Exon编码。糖基化部分，由1个Exon编码。跨膜区，由第16个Exon和17Exon的部分编码。胞浆内的尾部，由Exon17剩于的部分和E18的一部分编码。LDL受体在内质网合成，再经过高尔基复合体时糖基化，分子量为160kDa，是插入C膜的整合膜蛋白。38LDL受体结构393、LDL受体的突变在家族性高胆固醇血症中，鉴定了150种不同的突变，并发现有多种突变和高度的等位基因异质性。多数突变为受体基因不同等位基因杂合子---既复合杂合子。40LDL受体基因突变可分为5个功能类型：1、突变发生在启动子区，不产生mRNA和蛋白；2、突变阻断新生的LDL受体蛋白从ER转运到GO；3、突变编码的受体可以到达C的表面，但不能正常地结合配体；4、突变编码的受体可以到达C的表面，也能正常地结合LDL，但不能集中在网络蛋白包被小窝。5、再循环缺陷型突变，突变编码的受体可以结合并内在化LDL。但不能释放内含体中的受体，和回到C的表面。基于上述的研究，从DNA水平对FH进行筛查和产前诊断已成为可能。4142本节要求掌握：几种常见代谢病氨基酸代谢病：白化病PKU糖代谢病：半乳糖血症糖原贮积症嘌呤代谢病：自毁容貌综合征受体蛋白病：家族性高胆固醇血症什么病、缺什么酶、何种遗传方式？