臨床遺傳學-遺傳代謝病篩查課件

1、第七講遺傳代謝病的篩查第二軍醫(yī)大醫(yī)學遺傳學教研室 遺傳病的分類染色體病單基因遺傳病多基因遺傳病線粒體遺傳病體細胞遺傳?。[瘤）遺傳病遺傳病的分類染色體病單基因遺傳病多基因遺傳病線粒體遺傳病體細胞遺傳病（腫瘤）遺傳病代謝相關基因遺傳病的分類染色體病單基因遺傳病多基因遺傳病線粒體遺傳病體細胞遺傳?。[瘤）遺傳病代謝相關基因遺傳代謝病一 遺傳代謝病概念代謝相關基因突變代謝相關的酶、受體等功能異常氨基酸代謝、糖代謝、脂肪酸代謝等紊亂異常代謝物體內(nèi)蓄積（有毒有害）神經(jīng)系統(tǒng)損傷、肝臟損傷 癡呆、嚴重嘔吐、腦癱、昏迷、死亡遺傳代謝病/先天性代謝病(inborn errors of metabolism)由于

2、遺傳原因（通常是基因突變）導致酶蛋白質(zhì)分子結構或數(shù)量的異常所引起的疾病稱為遺傳代謝病、先天性代謝病或遺傳性酶病。氨基酸代謝遺傳病糖代謝遺傳病脂類代謝遺傳病核酸代謝遺傳病維生素代謝遺傳病金屬代謝遺傳病藥物代謝遺傳病遺傳代謝病的類型苯丙酮尿癥半乳糖血癥雷-尼二氏綜合征二 遺傳代謝病發(fā)病情況和危害 遺傳代謝病病種繁多，醫(yī)學界目前已發(fā) 現(xiàn)近3000種 單基因隱性遺傳病 單病發(fā)病率低，但總體發(fā)病率可達活產(chǎn) 嬰兒的1/3000（1/500） 常見臨床癥狀具體描述神經(jīng)系統(tǒng)異常發(fā)育異常/倒退、智低、驚厥、共濟失調(diào)、椎體外系運動障礙等，是遺傳代謝病最常見的臨床癥狀代謝性酸中毒表現(xiàn)為嗜睡，喂養(yǎng)困難，發(fā)作性嘔吐，呼

3、吸異常等嚴重嘔吐常與進食蛋白質(zhì)有關，常見于氨基酸病、有機酸代謝病肝臟腫大或功能不全見于糖原病、半乳糖血癥、粘多糖病、肝豆狀核變性等特殊氣味如“鼠尿味”（PKU，尿、汗排出苯乙酸增多）；“楓糖漿味”（楓糖尿癥）等，主要見于氨基酸和有機酸代謝異常皮膚和毛發(fā)異常如色素減少（苯丙酮尿癥、白化病、同型胱氨酸尿癥等），皮膚粘膜色素加深（腎上腺腦白質(zhì)營養(yǎng)不良）；脫發(fā)（多種羧化酶缺乏）等遺傳學中的分支學科生化遺傳學（biochemical genetics)免疫遺傳學（immunogenetics)藥物遺傳學（pharmacogenetics)腫瘤遺傳學 (cancer genetics)臨床遺傳學 (cli

4、nical genetics)醫(yī)學遺傳學中的分類生化遺傳學：生化遺傳病免疫遺傳學：藥物遺傳學：腫瘤遺傳學：表觀遺傳學：染色體病單基因病多基因病線粒體病體細胞遺傳病AD ARXD XR生化遺傳學：用生物化學的原理與方法研究生物的遺傳物質(zhì)與遺傳性狀之間的關系，從而闡明基因的基本功能及其表達過程的一個遺傳學分支學科。 生化遺傳病可為 分子病和先天性代謝缺陷病 。絕大多數(shù)為常染色體隱性遺傳（AR)，少部分為X伴性隱性遺傳（XR)，極少部分為常染色體顯性遺傳（AD)。血紅蛋白病 (鐮狀細胞貧血癥，地中海貧血等)血漿蛋白?。ㄑ巡，血友病B等） 受體蛋白病 (家族性高膽固醇血癥等)膜轉(zhuǎn)運載體蛋白病(肝豆

5、狀核變性，胱氨酸尿癥等)結構蛋白缺陷病(肌營養(yǎng)不良癥DMD等)免疫球蛋白缺陷?。ㄐ月?lián)無丙種球蛋白血癥等） 基因突變使蛋白質(zhì)的分子結構或表達量發(fā)生異常，直接引起機體功能障礙的一類疾病。分子病 (molecular disease)先天性代謝缺陷(inborn errors of metabolism)基因突變導致酶蛋白質(zhì)分子結構或數(shù)量的異常所引起的疾病稱為先天性代謝病或遺傳性酶病。糖代謝遺傳病氨基酸代謝遺傳病核酸代謝遺傳病脂類代謝遺傳病維生素代謝遺傳病金屬代謝遺傳病藥物代謝遺傳病遺傳病染色體病單基因病多基因病線粒體病生化遺傳病分子病先天性代謝缺陷血紅蛋白?。貉獫{蛋白?。菏荏w蛋白?。耗まD(zhuǎn)運載體蛋白

6、?。航Y構蛋白缺陷?。禾谴x遺傳?。喊被岽x遺傳?。汉怂岽x遺傳病：脂類代謝遺傳?。壕S生素代謝遺傳病：金屬代謝遺傳?。核幬锎x遺傳?。后w細胞遺傳病免疫球蛋白缺陷?。喝?常見遺傳代謝病1.出生時無異常，3-4個月癥狀，智力發(fā)育障礙；2.有錐體外系癥狀，易激動，好動，共濟失調(diào)等；3.有嘔吐，且較嚴重；4.皮膚、毛發(fā)和眼睛顏色變淺；5.小便有特殊的臭味（霉臭或鼠臭）；6.骨骼發(fā)育落后,門齒稀疏。1.氨基酸代謝障礙：苯丙酮尿癥氨基酸代謝障礙苯丙酮尿癥（Phenylketonuria，PKU） 苯丙氨酸,用于制造黑色素、甲狀腺素和腎上腺素。代 謝肝臟，苯丙氨酸羥化酶酪氨酸旁路代謝 苯丙氨酸、苯乳酸、苯乙

7、酸尿液，汗液（特殊氣味）抑制酪氨酸脫羧酶（黑色素合成減少）腦5-羥色胺脫羧酶 遺傳型：常染色體隱性遺傳AR； 致病基因：苯丙氨酸羥化酶基因； 基因定位： 12q24.1，長約90kb，13個外顯子； 突變類型：核苷酸取代和缺失； 國外發(fā)病率：約1/45001/100000； 中國發(fā)病率：約1/16500。氨基酸代謝障礙經(jīng)典型苯丙酮尿癥PKU早期診斷和早期干預治療的重要意義1.早期診斷和早期治療可使患兒智力發(fā)育正常；2.1975年起，美國43個州，PKU的普查法律化；3.我國也已開始普及新生兒PKU的篩查；4.一經(jīng)確診，立即給患兒停乳，喂給低苯丙氨酸水 解蛋白，禁葷食、乳類、豆類和豆制品，可以達

8、 到臨床痊愈。 分類疾病名發(fā)病期主要表現(xiàn)最適篩查方法氨基酸代謝異常苯丙酮尿癥楓糖尿癥同型半胱氨酸尿癥高酪氨酸血癥瓜氨酸血癥精氨酰琥珀酸尿癥精氨酸血癥Citrin缺陷病新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期抽搐、發(fā)育遲緩發(fā)育遲緩、昏睡、酸中毒發(fā)育遲緩、水晶體脫出、血栓肝硬化、腎性佝僂病興奮、發(fā)育遲緩、昏睡興奮、發(fā)育遲緩、昏睡興奮、發(fā)育遲緩、昏睡黃疸、發(fā)育遲緩GCMS/MSMSGCMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMS有機酸代謝異常甲基丙二酸血癥丙酸血

9、癥3-醛基硫解酶缺乏癥異戊酸血癥甲基巴豆酰甘氨酸尿癥羥甲基戊二酸血癥多種羧化酶缺乏癥戊二酸血癥I型新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-幼兒期代酸、發(fā)育落后代酸、發(fā)育落后酮癥酸中毒代酸、異味肌無力、Lei病Lei病、低血糖皮疹、乳酸血癥不隨意運動、發(fā)育遲緩GCMSGCMSGCMSGCMSGCMSGCMSGCMSGCMS脂肪酸代謝異常短鏈脂肪酸氧化異常中鏈脂肪酸氧化異常長鏈脂肪酸氧化異常極長鏈脂肪酸氧化異常長鏈羥基脂肪酸氧化異常肉堿轉(zhuǎn)運異常I型肉堿轉(zhuǎn)運異常II型肉堿傳遞異常全身性肉堿缺乏癥戊二酸血癥II型新生兒-乳兒期乳兒期-幼

10、兒期新生兒-乳兒期乳兒期-幼兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-乳兒期新生兒-幼兒期乳兒期-幼兒期新生兒-乳兒期Lei病、SIDSLei病、SIDSLei病、SIDS低血糖、骨骼肌心肌損傷Lei病、SIDSLei病、肝損傷Lei病、肌病改變Lei病、SIDSLei病、SIDSLei病、低血糖GCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSGCMS/MSMSMSMSMSMSMSMSMSMSGCMS/MSMSSIDS：嬰兒猝死癥 半乳糖和1-磷酸半乳糖在血中累積，部分隨尿排出。1-磷酸半乳糖在腦、肝、腎中累積可分別導致智力障礙、肝損傷甚至肝硬化及腎功能損傷等。糖代謝遺傳

11、病2. 半乳糖血癥 (galactosemia) 臨床表現(xiàn) 患兒對乳糖不耐受，嬰兒出生后喂乳汁（母乳、牛奶、羊奶）幾天即可出現(xiàn)嘔吐、腹瀉、拒食、倦怠，一星期后出現(xiàn)肝臟損壞癥狀如肝腫大、黃疸、腹水，12月內(nèi)可出現(xiàn)白內(nèi)障。如不控制乳汁攝入，幾月后出現(xiàn)智力發(fā)育障礙，肝臟損壞更為嚴重。最終因肝功能衰竭或感染致死。半乳糖血癥 (galactosemia)診斷實驗室檢查測定酶活性血和尿中半乳糖濃度預防及治療確診后應立即停乳，代之豆?jié){。嚴重者應逐日監(jiān)測尿內(nèi)半乳糖水平。新生兒篩查可早期診斷?？捎醚蛩毎蚪q毛細胞培養(yǎng)物做酶學分析行產(chǎn)前診斷。 核酸代謝遺傳病3.Lesch-Nyhan綜合征（雷-尼二氏綜合征）自

12、殘綜合征（self-mutilation syndrome）致病基因：次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶基因；次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶臨床癥狀高尿酸血和尿酸尿，痛風性關節(jié)炎；大腦癱瘓，智力遲鈍；舞蹈動作，有強迫性自殘行為（咬嘴唇和手指）；酶部分缺乏：痛風，無其他；可活至20歲左右，多死于感染和腎功能衰竭。致病基因：次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶基因； (HGPRT)基因定位：Xq26-q27；遺傳方式：XR;突變類型：核苷酸取代、插入、缺失和移碼；產(chǎn)前診斷：DNA水平上產(chǎn)前診斷。Lesch-Nyhan綜合征遺傳特性四 應對策略新生兒遺傳代謝病篩查目前，已發(fā)現(xiàn)的遺傳代謝病 超過3000種全世界

13、每天約有400，000新生兒降生如何準確快速地從中找出患兒新生兒遺傳代謝病篩查傳統(tǒng)篩查方法一種疾?。?一個方法 一份樣本現(xiàn)代篩查方法多種疾?。?一個方法 一份樣本串聯(lián)質(zhì)譜檢測法串聯(lián)質(zhì)譜檢測與新生兒篩查近10多年來,國際上已有30余個發(fā)達國家對新生兒開展了20余種IMD篩查,覆蓋率達95%以上；美國、加拿大、英國、德國、澳大利亞、日本、韓國等，串聯(lián)質(zhì)譜已成為國家法定的新生兒疾病技術；上海、杭州為本市新生兒免費開展串聯(lián)質(zhì)譜遺傳代謝病的檢測。新生兒遺傳代謝病篩查的意義 有效預防新生兒數(shù)十種遺傳代謝性疾?。?降低新生兒的致殘率和死亡率； 明確新生兒死亡原因，對不能明確診斷新生兒常規(guī)尸 檢提供“代謝性尸

14、檢”的支持； 對有過死胎、死產(chǎn)、新生兒/嬰幼兒夭折的家庭指導 生育； 對不良孕產(chǎn)史產(chǎn)婦產(chǎn)后新生兒進行遺傳代謝病篩查, 對可能出現(xiàn)的狀況,提前采取措施。串聯(lián)質(zhì)譜技術質(zhì)譜儀：通過檢測物質(zhì)的質(zhì)量與電荷比(m/z)， 對物質(zhì)進行定性和定量的分析儀器。 MS/MS： 由2個質(zhì)譜儀經(jīng)1個碰撞室串聯(lián)而成。 （tandem mass spectrometry，MS/MS)串聯(lián)質(zhì)譜應用于代謝病篩查的原理1、對體內(nèi)數(shù)十個代謝物質(zhì)進行定性定量檢測，分析機體代謝 狀態(tài)及其變異。（檢測A、B、C等物質(zhì)）2、進行氨基酸、有機酸、脂肪酸、游離肉堿和?；鈮A代謝 評價，綜合判斷40余種遺傳代謝病的發(fā)病情況。串聯(lián)質(zhì)譜遺傳代謝病

15、檢測流程結果評價 新生兒（出生48h后）或 臨床疑似者 采血，制作濾紙干血片 送實驗室檢測 40余種IMD陰陽性結果報告（5個工作日）串聯(lián)質(zhì)譜遺傳代謝病檢測流程1. 標本的采集1、確定采血部位2、按摩或熱敷采血部位3、消毒并拭干采血部位4、針刺采血，拭去第一滴血5、單面輕壓濾紙，取血浸透點樣環(huán)6、按采血卡要求連續(xù)采血說明：新生兒以外的對象可以是手指末梢血、靜脈血制成的濾紙干血片。2. 串聯(lián)質(zhì)譜技術檢測的參數(shù)氨基酸（22項）?；鈮A（共43項）通過計算的指標（35）丙氨酸(Ala)游離肉堿(C0)Arg/Orn精氨酸(Arg)乙?；鈮A(C2)Cit/Arg天冬氨酸(Asp)丙酰基肉堿(C3)O

16、rn/Cit瓜氨酸(Cit)丙二?；鈮A(C3DC)Met/Phe谷氨酸(Glu)丁?；鈮A(C4)Leu/Phe甘氨酸(Gly)丁二?；鈮A(C4DC)亮氨酸(Leu)異戊?；鈮A(C5)C3/C2甲硫氨酸(Met)3-羥基異戊?；鈮A(C5-OH)C3DC/C2鳥氨酸(Orn)異戊烯酰基肉堿(C5:1)C4/C2苯丙氨酸(Phe)戊二?；鈮A(C5DC)C4-OH/C2酪氨酸(Tyr)己酰基肉堿(C6)C5/C23.串聯(lián)質(zhì)譜技術檢測的遺傳代謝病病種及對應指標遺傳代謝病病種對應的串聯(lián)質(zhì)譜檢測參數(shù)18種氨基酸代謝癥：高苯丙氨酸血癥 Phe，Phe/Tyr酪氨酸血癥 I、II、III型Tyr，M

17、et楓糖尿病Leu, Val瓜氨酸血癥-ICit瓜氨酸血癥II型Cit,Met,Tyr,Ser,Thr14種有機酸血癥：甲基丙二酸血癥C3,C3/C2丙酸血癥 C3,C3/C2異戊酸血癥C5,C5/C214種脂肪酸氧化缺陷疾病：肉堿轉(zhuǎn)運障礙 C0降低肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶缺乏癥 I型C0肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶缺乏癥II型C16,C18,C14,C12最新新生兒篩查儀器平臺Waters新生兒篩查的優(yōu)勢工作流程軟件儀器ACQUITY TQDWaters新生兒篩查解決方案工作流程樣本采集樣本處理質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)分析1. 樣本采集采集出生后25天內(nèi)的血樣用無菌采血針穿刺足跟采集將一滴血滴在甘氏采血卡上用打孔器制成3

18、mm的血片 (3 mm 3.2 uL)Waters新生兒篩查解決方案工作流程樣本采集樣本處理質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)分析2.樣本處理 兩種樣本處理方法可選 非衍生法 NeoBase TM (PerkinElmer) 樣本處理更簡單 衍生法 NeoGram TM (PerkinElmer) 正丁基衍生物使定量靈敏度更高 商品化試劑盒提供23種內(nèi)標與21種對照品，可測定40種氨基酸與肉堿 自配試劑：甲醇，正丁醇，乙酰氯，乙腈，同位素內(nèi)標2.樣本處理步驟Waters新生兒篩查解決方案工作流程樣本采集樣本處理質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)分析3. 質(zhì)譜分析 氨基酸氨基酸代謝病有機酸代謝病脂肪酸氧化缺陷病 酰基肉堿線粒體“肉堿穿梭”

19、ACOUITY TQDWaters新生兒篩查解決方案工作流程樣本采集樣本處理質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)分析What Diseases Can Be Detected With MSMS ?Amino Acid Metabolism DisordersMajor MarkersPhenylketonuria (PKU)PHE, TYR, PHE/TYRMaple Syrup Urine Disease (MSUD)LEU/ILE, VALHomocystinuria (cynthathione synthase deficiency)METHypermethioninemiaMetCitrullinemiaC

20、itArgininosuccinic aciduria (ASA)CitTyrosinemia Type ITyrFatty Acid Oxidations DisordersMajor markersMedium Chain Acyl CoA Dehydrogenase Deficiency (MCAD)C6, C8,C10,C10:1, C8/C10 Very Long Chain Acyl CoA Dehydrogenase Deficiency (VLCAD) C14:1,C14:2, C14, C16 Short Chain Acyl CoA Dehydrogenase Deficiency (SCAD) C4, C4/C2, C4/C3 Multiple Acyl CoA Dehydrogenase Deficiency (MADD or GA-II) C4, C5, C8:1, C8, C12, C14, C16, C5/C3 Carnitine Palmitoyl Transferase Deficiency (CPT-II) C5DC, C14, C16, C16:1, C18:1, C18:2, Carnitine/Acylcarnitine Translocase Defect