Введение
Расстройство метаболизма аминокислот
Признаки и симптомы
Нелеченная ФКУ может привести к интеллектуальной недостаточности, судорогам, поведенческим проблемам и психическим расстройствам. Если у ребенка не диагностируют ФКУ при проведении стандартного неонатального скрининга и не назначают диету с ограничением фенилаланина, уровень фенилаланина в крови будет постепенно повышаться. Токсичные уровни фенилаланина (и недостаток тирозина) могут нарушать развитие младенца, вызывая необратимые последствия. Клинически заболевание может проявляться судорогами, гипопигментацией (чрезмерно светлые волосы и кожа) и специфическим «мышиным запахом» пота и мочи (обусловленным фенилацетатом – карбоновой кислотой, образующейся при окислении фенилацетона). В большинстве случаев рекомендуется повторное тестирование примерно через две недели после рождения для подтверждения первоначального результата и выявления пропущенных случаев фенилкетонурии. Дети, которым не проводили лечение, часто отстают в раннем развитии, у них развивается микроцефалия и прогрессирующее ухудшение функций головного мозга. Гиперактивность, аномалии на ЭЭГ, судороги и серьезные нарушения обучения – основные клинические проблемы, возникающие в более позднем возрасте. Характерный «мышиный» запах кожи, а также предрасположенность к экземе сохраняются на протяжении всей жизни при отсутствии лечения. Повреждение мозга, вызванное нелеченной ФКУ в первые месяцы жизни, необратимо. Крайне важно тщательно контролировать диету младенцев с ФКУ, чтобы обеспечить нормальное развитие мозга. Дети, у которых ФКУ диагностирована при рождении и получают лечение, значительно реже сталкиваются с неврологическими проблемами, судорогами и интеллектуальной недостаточностью (хотя такие клинические проявления все же возможны, включая астму, экзему, анемию, набор веса, почечную недостаточность, остеопороз, гастрит, заболевания пищевода и почек, мочекаменную болезнь и гипертонию). Кроме того, частота тяжелых депрессивных расстройств выше на 230% по сравнению с контрольной группой, головокружение и предобморочные состояния – на 180%, хроническая ишемическая болезнь сердца, астма, диабет и гастроэнтерит – на 170%, а расстройства стресса и адаптации – на 160%. Однако в целом прогноз для пациентов с ФКУ, получающих лечение, благоприятный. У леченных пациентов могут полностью отсутствовать какие-либо обнаружимые физические, неврологические или отклонения в развитии.
Генетика
ФКУ – аутосомно-рецессивное метаболическое генетическое заболевание. Как аутосомно-рецессивное заболевание, для проявления симптомов необходимо наличие двух аллелей ФКУ. Для того чтобы ребенок унаследовал ФКУ, оба родителя должны быть носителями дефектного гена и передать его. Если оба родителя являются носителями ФКУ, то вероятность рождения ребенка с этим заболеванием составляет 25%, вероятность того, что ребенок будет носителем – 50%, а вероятность того, что ребенок не заболеет и не будет носителем – 25%. Этот фермент необходим для метаболизма аминокислоты фенилаланина (Фе) в аминокислоту тирозин (Тир). При снижении активности ФАГ фенилаланин накапливается и превращается в фенилпируват (также известный как фенилкетон), который можно обнаружить в моче. Носители одного аллеля ФКУ не проявляют симптомов заболевания, но, по-видимому, обладают некоторой степенью защиты от грибкового токсина охратоксина А. Луи Вулф предположил, что это объясняет сохранение аллеля в определенных популяциях. Ген ФАГ расположен на 12-й хромосоме в локусах 12q22-q24.2. По состоянию на 2000 год, в гене ФАГ было обнаружено около 400 мутаций, вызывающих заболевание. Это пример аллельной генетической гетерогенности.
The PAH gene is located on chromosome 12 in the bands 12q22 q24.2. As of 2000, around 400 disease causing mutations had been found in the PAH gene. This is an example of allelic genetic heterogeneity.
Классический PKU
Классическая ФКУ и ее менее тяжелые формы – "легкая ФКУ" и "легкая гиперфенилаланинемия" – вызываются мутировавшим геном фермента фенилаланингидроксилазы (ПАГ), который превращает аминокислоту фенилаланин ("Фе") в другие важные соединения в организме, в частности тирозин. Тирозин является условно незаменимой аминокислотой для пациентов с ФКУ, поскольку без ПАГ он не может синтезироваться в организме путем расщепления фенилаланина. Дефицит ПАГ вызывает спектр расстройств, включая классическую фенилкетонурию (ФКУ) и легкую гиперфенилаланинемию (также известную как "гиперфе" или "легкая ГФА"), характеризующуюся менее выраженным накоплением фенилаланина. По сравнению с пациентами с классической ФКУ, пациенты с "гиперфе" обладают большей активностью фермента ПАГ и способны переносить большие количества фенилаланина с пищей. Без диетической коррекции у пациентов с легкой ГФА уровень Фе в крови выше, чем у пациентов с нормальной активностью ПАГ. В настоящее время не существует международного консенсуса относительно определения легкой ГФА, однако она чаще всего диагностируется при уровнях Фе в крови от 2 до 6 мг/дл. Фенилаланин представляет собой крупную нейтральную аминокислоту (КНАА). КНАА конкурируют за транспорт через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) посредством крупнонейтрального аминокислотного транспортера (КНААТ). При избытке фенилаланина в крови транспортер насыщается. Повышенный уровень фенилаланина приводит к снижению концентрации других КНАА в мозге. Поскольку эти аминокислоты необходимы для синтеза белков и нейротрансмиттеров, накопление Фе препятствует развитию мозга и вызывает интеллектуальную недостаточность. Недавние исследования показывают, что нейрокогнитивные функции, психосоциальное благополучие, качество жизни, рост, питание и состояние костной ткани могут быть несколько ухудшены даже у пациентов, получающих лечение и поддерживающих уровень Фе в целевом диапазоне, если их диета не обогащена другими аминокислотами. Классическая ФКУ влияет на миелинизацию и белое вещество мозга у нелеченых младенцев, что может быть одной из основных причин неврологических проблем, связанных с фенилкетонурией. Различия в развитии белого вещества можно выявить с помощью магнитно-резонансной томографии. Также обнаруживаются аномалии в сером веществе, особенно в моторной и премоторной коре, таламусе и гиппокампе. Недавно было предположено, что ФКУ может быть схожа с амилоидными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, из-за образования токсичных амилоидоподобных агрегатов фенилаланина.
Тетрагидробиоптеринодефицитная гиперфенилаланинемия
Более редкой формой гиперфенилаланинемии является дефицит тетрагидробиоптерина, который возникает, когда фермент ФАГ функционирует нормально, а дефект заключается в биосинтезе или рециркуляции кофактора тетрагидробиоптерина (BH4). BH4 необходим для нормальной активности фермента ФАГ, и этот коэнзим может использоваться в качестве лечения. У людей с этой формой гиперфенилаланинемии может наблюдаться дефицит тирозина (который образуется из фенилаланина при участии ФАГ), в этом случае лечение предполагает добавление тирозина для компенсации этого дефицита. Уровни дофамина можно использовать для дифференциальной диагностики этих двух типов. Тетрагидробиоптерин необходим для превращения фенилаланина в тирозин и для превращения тирозина в L-ДОФА посредством фермента тирозингидроксилазы. L-ДОФА, в свою очередь, превращается в дофамин. Низкий уровень дофамина приводит к повышению уровня пролактина. В отличие от этого, при классической фенилкетонурии (без вовлечения дигидробиоптерина) уровень пролактина обычно остается в пределах нормы. По состоянию на 2020 год известно, что дефицит тетрагидробиоптерина обусловлен дефектами в пяти генах.
Метаболические пути
Фермент фенилаланингидроксилаза обычно преобразует аминокислоту фенилаланин в аминокислоту тирозин. Если эта реакция не происходит, фенилаланин накапливается, а тирозин вырабатывается в недостаточном количестве. Избыток фенилаланина может метаболизироваться в фенилкетоны по альтернативному пути – трансаминазному пути с участием глутамата. Среди метаболитов – фенилацетат, фенилпируват и фенилэтиламин. Повышенный уровень фенилаланина в крови и обнаружение фенилкетонов в моче являются диагностическими признаками, однако большинство пациентов диагностируют при скрининге новорожденных.
Проверка
Фенилкетонурия (ФКУ) обычно включается в панель скрининга новорожденных во многих странах, с использованием различных методов обнаружения. Большинство детей, рожденных в Европе, Северной Америке и Австралии, проходят скрининг на ФКУ вскоре после рождения. Скрининг на ФКУ проводится с помощью бактериального ингибирующего анализа (теста Гатри), иммуноанализа с флуорометрическим или фотометрическим детектированием, или измерения аминокислот с использованием тандемной масс-спектрометрии (МС/МС). Анализы, выполненные с помощью МС/МС, определяют концентрацию фенилаланина и соотношение фенилаланина к тирозину, которое будет повышено при ФКУ.
Лечение
ФКУ неизлечим. Однако, при достаточно ранней диагностике ФКУ, новорожденный может нормально развиваться, контролируя уровень фенилаланина ("Фе") посредством диеты или комбинации диеты и медикаментов. Если диетическое лечение не начато в течение 2 недель после рождения, у ребенка, вероятно, разовьется стойкая интеллектуальная недостаточность, даже если диетические вмешательства начнутся вскоре после этого. Для людей с ФКУ рекомендуется 200–500 мг/сутки для детей до 10 лет и менее 600 мг/сутки для детей старшего возраста и взрослых. Конкретный диапазон зависит от массы тела, возраста и контроля концентрации в крови. Оптимальные целевые диапазоны составляют от 120 до 360 мкмоль/л, что эквивалентно 2–6 мг/дл. Важно достичь этих показателей, по крайней мере, в течение первых 10 лет жизни, чтобы обеспечить нормальное развитие мозга. Диета требует ограничения или исключения продуктов с высоким содержанием Фе, таких как соя, яичные белки, креветки, куриная грудка, спирулина, водный кресс, рыба, орехи, раки, лобстер, тунец, индейка, бобовые и обезжиренный творог. Крахмалистые продукты, такие как картофель и кукуруза, обычно допустимы в умеренных количествах, но потребление Фе из этих продуктов необходимо контролировать. В некоторых случаях может быть назначена диета без кукурузы. Обычно ведется пищевой дневник для записи количества потребляемого Фе с каждым приемом пищи, перекусом или напитком. Для расчета количества Фе в порции продукта можно использовать систему "обмена", основанную на содержании белка, указанном на этикетке пищевой ценности. Часто вместо обычного хлеба, макарон и других зерновых продуктов, содержащих значительное количество Фе, используются низкобелковые продукты специального назначения ("медицинское питание"). Многие фрукты и овощи содержат меньше Фе и могут употребляться в больших количествах. Младенцев можно продолжать кормить грудью, чтобы обеспечить все преимущества грудного молока, но необходимо контролировать количество и дополнять рацион недостающими питательными веществами. Следует избегать подсластителя аспартама, содержащегося во многих диетических продуктах и безалкогольных напитках, поскольку он содержит фенилаланин. Аминокислота тирозин становится незаменимой для людей с дефицитом фенилаланингидроксилазы. Таким образом, помимо тщательного снижения потребления Фе, необходимо принимать добавки тирозина для удовлетворения потребностей организма. Диета с низким содержанием фенилаланина, но без белковых заменителей, также может оказаться неэффективной в снижении уровня Фе в крови, поскольку недостаточное питание может спровоцировать катаболизм. По этим причинам специализированная смесь является важной частью лечения пациентов с классической ФКУ. Имеются данные, подтверждающие пользу добавления в рацион больших нейтральных аминокислот (LNAA). LNAA (например, лейцин, тирозин, триптофан, метионин, гистидин, изолейцин, валин, треонин) могут конкурировать с фенилаланином за специфические транспортные белки, переносящие LNAA через слизистую оболочку кишечника в кровь и через гематоэнцефалический барьер в мозг. В США использование LNAA ограничено из-за высокой стоимости, но в большинстве стран они доступны в составе диеты с низким содержанием белка/Фе для восполнения недостающих питательных веществ. Другая перспективная стратегия лечения – казеин гликомакропептид (CGMP), молочный пептид, который в чистом виде не содержит Фе. CGMP может заменить основную часть свободных аминокислот в рационе при ФКУ и обладает рядом полезных питательных свойств по сравнению со свободными аминокислотами. Тот факт, что CGMP является пептидом, обеспечивает более медленное всасывание аминокислот по сравнению со свободными аминокислотами, что приводит к улучшению удержания белка и повышению чувства сытости. Важным преимуществом CGMP является улучшение вкусовых качеств. Он предназначен для взрослых, у которых лечение другими методами неэффективно.
Optimal health ranges (or "target ranges") are between 120 and 360 μmol/L or equivalently 2 to 6 mg/dL. This is optimally to be achieved during at least the first 10 years, to allow the brain to develop normally. The diet requires restricting or eliminating foods high in Phe, such as soybeans, egg whites, shrimp, chicken breast, spirulina, watercress, fish, nuts, crayfish, lobster, tuna, turkey, legumes, and lowfat cottage cheese. Starchy foods, such as potatoes and corn are generally acceptable in controlled amounts, but the quantity of Phe consumed from these foods must be monitored. A corn free diet may be prescribed in some cases. A food diary is usually kept to record the amount of Phe consumed with each meal, snack, or drink. An "exchange" system can be used to calculate the amount of Phe in a portion of food from the protein content identified on a nutritional information label. Lower protein "medical food" substitutes are often used in place of normal bread, pasta, and other grain based foods, which contain a significant amount of Phe. Many fruits and vegetables are lower in Phe and can be eaten in larger quantities. Infants may still be breastfed to provide all of the benefits of breastmilk, but the quantity must also be monitored and supplementation for missing nutrients will be required. The sweetener aspartame, present in many diet foods and soft drinks, must also be avoided, as aspartame contains phenylalanine. The amino acid tyrosine becomes essential in people with phenylalanine hydroxylase deficiency. Thus, in addition to the careful reduction of Phe in the diet, Tyr must be supplemented to ensure that nutritional needs are met. A diet that is low in phenylalanine but does not include protein substitutes may also fail to lower blood Phe levels, since a nutritionally insufficient diet may also trigger catabolism. For all these reasons, the prescription formula is an important part of the treatment for patients with classic PKU. Evidence supports dietary supplementation with large neutral amino acids (LNAAs). The LNAAs (e. g. leu, tyr, trp, met, his, ile, val, thr) may compete with phe for specific carrier proteins that transport LNAAs across the intestinal mucosa into the blood and across the blood–brain barrier into the brain. Its use is limited in the US due to the cost but is available in most countries as part of a low protein / PHE diet to replace missing nutrients. Another interesting treatment strategy is casein glycomacropeptide (CGMP), which is a milk peptide naturally free of Phe in its pure form CGMP can substitute for the main part of the free amino acids in the PKU diet and provides several beneficial nutritional effects compared to free amino acids. The fact that CGMP is a peptide ensures that the absorption rate of its amino acids is prolonged compared to free amino acids and thereby results in improved protein retention and increased satiety compared to free amino acids. Another important benefit of CGMP is that the taste is significantly improved It is for adults who are poorly managed on other treatments.
Мамы
Для женщин с ФКУ важно для здоровья их детей поддерживать низкий уровень Фениламинокислоты (ФА) до и во время беременности. Хотя развивающийся плод может быть лишь носителем гена ФКУ, внутриматочная среда может содержать очень высокий уровень фенилаланина, который способен проникать через плаценту. Это может привести к развитию у ребенка врожденных пороков сердца, задержки роста, микроцефалии и интеллектуальной недостаточности. Сами женщины с ФКУ не подвергаются повышенному риску осложнений во время беременности. В большинстве стран женщинам с ФКУ, планирующим беременность, рекомендуется снизить уровень Фениламинокислоты в крови (обычно до 2–6 мг/дл) до зачатия и тщательно контролировать его на протяжении всей беременности. Это достигается путем регулярного проведения анализов крови и строгого соблюдения диеты, как правило, под ежедневным контролем специалиста-диетолога по метаболическим нарушениям. Во многих случаях, по мере развития печени плода и начала нормальной выработки фенилаланингидроксилазы (ФАГ), уровень Фениламинокислоты в крови матери снижается, что требует увеличения ее потребления для поддержания безопасного диапазона 2–6 мг/дл. В результате суточная потребность матери в Фениламинокислоте может удвоиться или даже утроиться к концу беременности. При снижении уровня Фениламинокислоты в крови матери ниже 2 мг/дл, по имеющимся сообщениям, у нее могут возникать неблагоприятные эффекты, такие как головные боли, тошнота, выпадение волос и общее недомогание. При поддержании низкого уровня Фениламинокислоты на протяжении всей беременности риск врожденных дефектов не превышает риск у ребенка, рожденного от матери, не страдающей ФКУ.
История
До того, как причины ФКУ были выяснены, это заболевание приводило к тяжелой инвалидности у большинства людей, унаследовавших соответствующие мутации. Лауреат Нобелевской и Пулитцеровской премий Перл С. Бак имела дочь по имени Кэрол, которая жила с ФКУ до появления лечения, и описала его последствия в книге под названием «Ребенок, который никогда не вырос». Многие нелеченые пациенты с ФКУ, родившиеся до внедрения массового скрининга новорожденных, до сих пор живы, в основном в домах престарелых/учреждениях для людей с ограниченными возможностями. Фенилкетонурия была впервые обнаружена норвежским врачом Иваром Асбьёрном Фёллингом в 1934 году, когда он заметил связь между гиперфенилаланинемией (ГФА) и интеллектуальной недостаточностью. В Норвегии это заболевание известно как болезнь Фёллинга, в честь его первооткрывателя. Фёллинг был одним из первых врачей, применивших детальный химический анализ для изучения заболеваний. В 1934 году в больнице Рикшгоспитале Фёллинг осмотрел молодую женщину по имени Боргни Эгеланд. У нее было двое детей, Лив и Даг, которые родились здоровыми, но впоследствии развили интеллектуальную недостаточность. Когда Дагу было около года, мать заметила сильный запах мочи. Фёллинг взял образцы мочи у детей и, после многочисленных исследований, обнаружил, что вещество, вызывающее запах, – это фенилпируват. Он заключил, что у детей в моче повышенное содержание фенилпирувата, состояние, которое впоследствии получило название фенилкетонурия (ФКУ). В 1954 году Хорст Бикель, Эвелин Хикманс и Джон Джеррард опубликовали статью, в которой описали разработанную ими диету с низким содержанием фенилаланина, после которой состояние пациента улучшилось. ФКУ стало первым заболеванием, которое начали регулярно диагностировать с помощью массового скрининга новорожденных. Роберт Гатри внедрил тест для новорожденных на ФКУ в начале 1960-х годов. Благодаря пониманию того, что ФКУ можно выявить до появления симптомов и начать лечение, скрининг быстро распространился по всему миру. Ирландия первой ввела национальную программу скрининга в феврале 1966 года, Австрия начала скрининг также в 1966 году, а Англия – в 1968 году. В 2017 году были опубликованы европейские рекомендации, инициированные пациентскими организациями, такими как Европейское общество по фенилкетонурии и сопутствующим заболеваниям, лечащимся как фенилкетонурия. Они вызвали неоднозначную реакцию.
Этимология и произношение
Слово фенилкетонурия образовано сочетанием форм фенил + кетон + урия; произносится как /ˈfɪnaɪlˌkiːtoʊˈnjʊəriə/, /ˈfenɪlˌkiːtoʊˈnjʊəriə/, /ˈfenɪlˌkeɪtoʊˈnjʊəriə/.
Исследования
Исследуются и другие методы лечения, включая генную терапию. BioMarin проводит клинические испытания для изучения PEG PAL (пегилированная рекомбинантная фенилаланин-аммиак-лиаза или "PAL") – терапии энзимной заместительной терапии, при которой недостающий фермент ФАГ замещается аналогичным ферментом, который также расщепляет фенилаланин (Phe). По состоянию на 2015 год PEG PAL находился на 2-й фазе клинической разработки, но в сентябре 2021 года клинические испытания были приостановлены. В феврале 2022 года FDA опубликовало заявление, требующее предоставления дополнительных данных из доклинических исследований для оценки онкогенного риска, связанного с лечением PEG PAL.