Choroba syropu klonowego
Etiologia i przyczyny
Choroba syropu klonowego (MSUD) to autosomalnie recesywne zaburzenie metaboliczne wynikające z defektu kompleksu enzymatycznego dehydrogenazy alfa-ketokwasów o rozgałęzionych łańcuchach (BCKAD), prowadzącego do upośledzonego metabolizmu aminokwasów rozgałęzionych: leucyny, izoleucyny i waliny. Mutacje w genach BCKDHA, BCKDHB, DBT oraz rzadziej DLD i PPM1K powodują zmniejszenie lub brak aktywności BCKAD, co skutkuje akumulacją toksycznych aminokwasów i ich alfa-ketokwasów (BCKA) we krwi i tkankach. Szczególnie niebezpieczne jest stężenie leucyny przekraczające 1 mM, które wywołuje ciężkie objawy neurologiczne. Patofizjologia obejmuje m.in. hamowanie mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej, dehydrogenazy pirogronianowej i alfa-ketoglutaranowej, indukcję apoptozy, zaburzenia syntezy mieliny oraz zmniejszoną syntezę neuroprzekaźników, co prowadzi do encefalopatii, obrzęku mózgu i deficytów neurologicznych. MSUD manifestuje się klinicznie w pięciu podtypach, w tym klasycznej postaci noworodkowej, postaci pośredniej, przerywanej, wrażliwej na tiaminę oraz z niedoborem E3 i kwasicą mleczanową.
Etiologia Choroby Syropu Klonowego
Choroba syropu klonowego (Maple Syrup Urine Disease, MSUD) to rzadkie dziedziczne zaburzenie metaboliczne, które charakteryzuje się niezdolnością organizmu do prawidłowego przetwarzania niektórych aminokwasów. Jest spowodowana zmniejszoną aktywnością kompleksu enzymatycznego dehydrogenazy alfa-ketokwasów o rozgałęzionych łańcuchach (BCKAD, ang. branched-chain alpha-ketoacid dehydrogenase), który katalizuje drugi etap enzymatyczny w szlaku degradacji aminokwasów o rozgałęzionych łańcuchach (BCAA): leucyny, izoleucyny i waliny.12
Podłoże genetyczne
MSUD jest chorobą dziedziczoną w sposób autosomalny recesywny, co oznacza, że dziecko musi odziedziczyć dwa zmutowane allele genu – po jednym od każdego z rodziców – aby rozwinęła się choroba.34 Rodzice są zazwyczaj nosicielami jednej kopii zmutowanego genu i jednej kopii prawidłowego genu, co sprawia, że nie wykazują objawów choroby, ale mogą przekazać zmutowany gen potomstwu.5
Choroba syropu klonowego jest spowodowana mutacjami w jednym z trzech głównych genów:67
- BCKDHA – kodujący podjednostkę E1-alfa kompleksu BCKAD8
- BCKDHB – kodujący podjednostkę E1-beta kompleksu BCKAD9
- DBT – kodujący podjednostkę E2 kompleksu BCKAD10
Rzadziej mutacje mogą występować również w genie DLD, kodującym podjednostkę E3 kompleksu BCKAD, powodując nakładający się, ale cięższy fenotyp znany jako niedobór dehydrogenazy dihydrolipoamidowej (DLDD), czasami określany jako MSUD3.11 Istnieją również doniesienia o przypadkach łagodnej postaci MSUD spowodowanej homozygotycznymi wariantami w genie PPM1K kodującym fosfatazę BCKDC.1213
Mechanizm powstawania choroby
Mutacje w genach BCKDHA, BCKDHB lub DBT prowadzą do zmniejszenia lub całkowitego braku aktywności kompleksu enzymatycznego BCKAD.14 W rezultacie organizm nie jest w stanie prawidłowo metabolizować trzech aminokwasów o rozgałęzionych łańcuchach: leucyny, izoleucyny i waliny.15
Brak rozkładu tych aminokwasów prowadzi do ich gromadzenia się we krwi wraz z odpowiadającymi im alfa-ketokwasami (BCKA). Wysokie poziomy tych substancji są toksyczne dla mózgu i innych narządów, co prowadzi do poważnych problemów zdrowotnych charakterystycznych dla MSUD.1617
Szczególnie toksyczny jest podwyższony poziom leucyny i jej ketokwasu (alfa-izocaproate, KIC), który związany jest z najcięższymi objawami neurologicznymi, zwłaszcza gdy stężenie przekracza 1 mM.18 Z kolei nagromadzenie izoleucyny w osoczu wiąże się z charakterystycznym zapachem klonowego syropu w moczu.19
Patofizjologia
Patofizjologia MSUD jest złożona i obejmuje szereg mechanizmów:20
- Hamowanie funkcji mitochondrialnych – bezpośrednia konkurencja alfa-ketokwasów o rozgałęzionych łańcuchach z normalnymi substratami mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej, prowadząca do wyczerpania pirogronianu i ATP21
- Hamowanie dehydrogenazy pirogronianowej (PDH) przez alfa-KIC, prowadzące do akumulacji mleczanu (zwłaszcza w mózgu) i zwiększenia stężenia alaniny22
- Hamowanie dehydrogenazy alfa-ketoglutaranowej (alfa-KGDH) przez alfa-KIC, powodujące akumulację alfa-KG, zmniejszony przepływ cyklu Krebsa i wyczerpanie ATP23
- Indukcja apoptozy oraz produkcja reaktywnych form tlenu24
- Konkurencja leucyny z innymi dużymi neutralnymi aminokwasami o transport przez barierę krew-mózg, zmniejszająca syntezę neuroprzekaźników i białek mózgowych25
- Zakłócenia w syntezie mieliny, które mogą być wtórne w stosunku do zmniejszonej produkcji ketonów z BCAA26
- Zmniejszone wiązanie receptorów alfa-adrenergicznych i beta-adrenergicznych w synaptosomach27
- Zmiany fosforylacji filamentów pośrednich28
- Zwiększone wydzielanie neurotroficznej cytokiny S100B29
Podwyższone poziomy BCAA zakłócają również normalne funkcjonowanie układu odpornościowego, mięśni szkieletowych i ośrodkowego układu nerwowego, wywierając bezpośrednie i pośrednie działanie neurotoksyczne poprzez obrzęk tkanek, zaburzenie homeostazy glutaminianu i względny niedobór dużych neutralnych aminokwasów, powodując zmniejszoną syntezę neuroprzekaźników, w tym dopaminy i serotoniny.30
Czynniki wyzwalające objawy
Objawy MSUD mogą być wyzwalane przez różne czynniki:31
- Spożywanie pokarmów bogatych w BCAA, takich jak produkty mleczne, mięso i niektóre zboża32
- Stresujące wydarzenia, takie jak infekcje, zabiegi chirurgiczne lub urazy, które mogą zwiększać zapotrzebowanie organizmu na BCAA3334
- Nieprzestrzeganie leczenia, co może prowadzić do nagromadzenia tych aminokwasów i ich produktów rozpadu, powodując objawy i długoterminowe powikłania35
- Niektóre leki i suplementy zawierające BCAA, zwiększające ryzyko powikłań u osób z MSUD36
- Głodzenie lub długotrwałe okresy niejedzenia, które mogą zwiększać katabolizm białek i uwalniać większe ilości BCAA37
Epidemiologia i występowanie
Choroba syropu klonowego występuje z częstością około 1 przypadku na 185 000 żywych urodzeń na całym świecie.3839 Jako zaburzenie autosomalnie recesywne, MSUD występuje częściej w populacjach o wysokim stopniu pokrewieństwa.40
W Stanach Zjednoczonych choroba występuje najczęściej w niektórych społecznościach menonitów, gdzie częstość nosicielstwa wynosi około 4,17% w populacji menonickiej w porównaniu do 7,96% w ściśle izolowanych społecznościach Starego Zakonu Menonitów.4142 W tej populacji mutacja powodująca MSUD związana jest z podstawieniem asparaginy na tyrozynę.43
Wzajemne krzyżowanie się w populacjach izolowanych genetycznie zwiększa częstość występowania homozygotycznych genotypów i zmniejsza częstość występowania genotypów heterozygotycznych, co prowadzi do wyższej zachorowalności na chorobę w populacji.44 Krzyżowanie się z osobami spoza populacji może znacznie zmniejszyć występowanie homozygotycznych chorób recesywnych.45
Typy kliniczne MSUD
Na podstawie prezentacji klinicznej i odpowiedzi biochemicznej na podawanie tiaminy wyróżnia się 5 podtypów klinicznych MSUD:46
- Klasyczna postać noworodkowa – najcięższa forma, charakteryzująca się niewielką (mniej niż 2%) lub zerową aktywnością BCKD47
- Postać pośrednia – rzadka forma z częściową aktywnością enzymu48
- Postać przerywana – aktywność BCKD jest zmniejszona, ale nie nieobecna49
- Postać wrażliwa na tiaminę – charakteryzuje się zmniejszeniem objawów po leczeniu dużymi dawkami tiaminy (witaminy B1)50
- Postać z niedoborem E3 i kwasicą mleczanową – spowodowana wyłącznie mutacją w genie DLD51
Wszystkie te podtypy mogą być spowodowane mutacją w genach BCKDHA, BCKDHB lub DBT, z wyjątkiem postaci z niedoborem E3, która jest spowodowana wyłącznie mutacją w genie DLD.52 Nie ma wyraźnej korelacji genotyp-fenotyp między molekularnymi a klinicznymi fenotypami, z wyjątkiem mutacji w E2, które powodują MSUD wrażliwy na tiaminę.53
Konsekwencje nieleczonej choroby
Nieleczona choroba syropu klonowego może prowadzić do poważnych konsekwencji zdrowotnych:5455
- Encefalopatia i deficyty neurologiczne56
- Obrzęk mózgu (szczególnie niebezpieczny u noworodków)57
- Opóźnienie rozwojowe fizyczne i intelektualne58
- Śpiączka i w skrajnych przypadkach śmierć59
Wszystkie dzieci z MSUD są narażone na zwiększone ryzyko metabolicznej dekompensacji podczas okresów zwiększonego katabolizmu białek (np. choroby współistniejące, urazy, zabiegi chirurgiczne).60 Nawet w najłagodniejszej postaci, powtarzające się okresy stresu fizjologicznego mogą powodować niepełnosprawność intelektualną i wysokie poziomy leucyny.61
Pomimo ścisłej terapii dietetycznej lub przeszczepu wątroby, które przywracają obwodową homeostazę BCAA, pacjenci z MSUD są narażeni na większe ryzyko zaburzeń neuropsychologicznych, w tym deficytów poznawczych i chorób psychicznych (lęk, depresja, ADHD i OCD) w porównaniu do zdrowych osób kontrolnych.62
Podsumowanie etiologii
Choroba syropu klonowego jest rzadkim zaburzeniem dziedziczonym autosomalnie recesywnie, spowodowanym mutacjami w genach kodujących podjednostki kompleksu enzymatycznego dehydrogenazy alfa-ketokwasów o rozgałęzionych łańcuchach. Defekt ten uniemożliwia prawidłowy metabolizm aminokwasów o rozgałęzionych łańcuchach (leucyny, izoleucyny i waliny), prowadząc do ich gromadzenia się we krwi i tkankach.63
Wysokie stężenia tych aminokwasów i ich metabolitów są toksyczne dla mózgu i innych narządów, prowadząc do różnych objawów neurologicznych i metabolicznych. Wczesna diagnoza i leczenie są kluczowe dla zapobiegania nieodwracalnym uszkodzeniom mózgu i innym powikłaniom.64 Przy ścisłym przestrzeganiu diety i dobrej opiece medycznej, dzieci z MSUD mogą prowadzić względnie normalne życie.65
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.