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.

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.

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.