Kwasica glutarowa typu 1
Etiologia i przyczyny
Kwasica glutarowa typu 1 (GA1) jest autosomalnie recesywnym zaburzeniem metabolicznym spowodowanym mutacjami w genie GCDH na chromosomie 19p13.2, prowadzącym do deficytu dehydrogenazy glutarylo-CoA. Enzym ten katalizuje oksydacyjną dekarboksylację glutarylo-CoA do krotonylo-CoA w katabolizmie L-lizyny, L-hydroksylizyny i L-tryptofanu. Deficyt GCDH skutkuje akumulacją neurotoksycznych metabolitów, takich jak kwas glutarowy i kwas 3-hydroksyglutarowy, których stężenia w mózgu mogą przekraczać stężenia w osoczu nawet 10- do 1000-krotnie. Fenotyp choroby jest zmienny i nie koreluje bezpośrednio z typem mutacji, co potwierdza heterogeniczność kliniczną nawet w obrębie jednej rodziny. Najczęstsze mutacje, takie jak p.Arg402Trp w Europie, wykazują zróżnicowanie geograficzne i populacyjne, co ma znaczenie dla diagnostyki molekularnej i poradnictwa genetycznego.
Etiologia Kwasicy Glutarowej typu 1
Kwasica glutarowa typu 1 (GA1, ang. Glutaric Aciduria type 1) jest rzadkim, dziedzicznym zaburzeniem metabolicznym, wynikającym z deficytu enzymu dehydrogenazy glutarylo-CoA (GCDH). Jest to choroba dziedziczona w sposób autosomalny recesywny, co oznacza, że do jej rozwoju konieczne jest odziedziczenie dwóch zmutowanych kopii genu GCDH – po jednej od każdego z rodziców12. Rodzice pacjentów z GA1 są zwykle nosicielami jednej kopii zmutowanego genu, ale sami nie wykazują objawów choroby3.
Podłoże genetyczne
Kwasica glutarowa typu 1 jest spowodowana mutacjami w genie GCDH, który znajduje się na chromosomie 19p13.245. Gen ten koduje enzym dehydrogenazę glutarylo-CoA, który jest flawinoadeninodwunukleotydozależnym białkiem macierzy mitochondrialnej6. Do tej pory zidentyfikowano ponad 200 różnych mutacji powodujących chorobę7. Większość z tych mutacji to prywatne mutacje charakterystyczne dla konkretnych rodzin, ale niektóre są częstsze w określonych populacjach:
- p.Arg402Trp – najczęstsza mutacja w Europie, stanowiąca 10-20% wszystkich alleli8
- p.Ala421Val – występująca głównie w społeczności Amiszów oraz w południowych częściach Niemiec i Szwajcarii9
- IVS1+5G>T – charakterystyczna dla Pierwszych Narodów Oji-Cree w Kanadzie10
- p.Pro248Leu i p.Glu365Lys – występujące w Turcji11
- p.Arg227Pro i p.Val400Met – występujące w Hiszpanii12
- A293T – mutacja opisana w populacji czarnych mieszkańców Republiki Południowej Afryki13
Mutacje w genie GCDH mogą prowadzić do całkowitego braku produkcji enzymu lub do wytworzenia enzymu z bardzo niską aktywnością resztkową, albo enzymu o stosunkowo wysokiej aktywności resztkowej, ale wciąż wywołującego fenotypowe konsekwencje14. Istnieje korelacja między aktywnością resztkową enzymu a fenotypem biochemicznym, czyli wydalaniem kwasu glutarowego z moczem. Jednakże nie stwierdzono związku między fenotypem a ciężkością zmiany genetycznej, ponieważ rodzeństwo w tej samej rodzinie, z tą samą mutacją i tym samym tłem genetycznym, może mieć różne fenotypy15.
Defekt enzymatyczny i zaburzenia metaboliczne
Dehydrogenaza glutarylo-CoA (GCDH) jest kluczowym enzymem w szlaku katabolicznym aminokwasów: L-lizyny, L-hydroksylizyny i L-tryptofanu1617. Enzym ten katalizuje oksydacyjną dekarboksylację glutarylo-CoA do krotonylo-CoA18. Deficyt GCDH prowadzi do niewystarczającego przekształcania glutarylo-CoA w krotonylo-CoA, co skutkuje akumulacją metabolitów na wcześniejszych etapach szlaku, szczególnie glutarylo-CoA, który jest następnie przekształcany w kwas glutarowy i kwas 3-hydroksyglutarowy19.
W wyniku deficytu enzymu GCDH w organizmie gromadzą się potencjalnie neurotoksyczne związki, takie jak kwas glutarowy (GA) i kwas 3-hydroksyglutarowy (3-OH-GA), a także nietoksyczna glutarylkarnityna2021. Badania pośmiertne u pacjentów wykazały, że stężenia wewnątrzmózgowe kwasu glutarowego i 3-hydroksyglutarowego przekraczają stężenia w osoczu 10- do 1000-krotnie22. Związki te gromadzą się w mózgu ze względu na niski transport effluksowy dikarboksylanów23.
Mechanizmy uszkodzenia neurologicznego
Dokładny mechanizm uszkodzenia mózgu w kwasicy glutarowej typu 1 nie jest w pełni poznany, ale istnieje kilka hipotez:
- Dysfunkcja mitochondrialna: GA i 3-OHGA mogą powodować dysfunkcję mitochondrialną, hamując cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa) i blokując łańcuch oddechowy, co przyczynia się do produkcji reaktywnych form tlenu24.
- Toksyczność związana z glutaminianem: GA-3OHGA może zwiększać uwalnianie glutaminianu w błonie synaptycznej, stymulować receptory glutaminianowe i zmniejszać wychwyt glutaminianu, co prowadzi do uszkodzenia ekscytotoksycznego2526.
- Hamowanie kompleksu dehydrogenazy 2-oksoglutaranowej: alternatywny mechanizm zakłada, że glutarylo-CoA hamuje kompleks dehydrogenazy 2-oksoglutaranowej, kluczowy enzym w cyklu kwasu cytrynowego27.
- Zaburzenia naczyniowe: obecność 3-OH-GA u pacjentów z GA1 może prowadzić do zwiększonej podatności struktur śródbłonka i późniejszej dysfunkcji naczyniowej28. Mechanizm ten może być związany ze zwiększoną ekspresją czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) i częściowym zaburzeniem oklaudyny w mózgu29.
Uszkodzenie mózgu występuje głównie w prążkowiu, ale coraz częściej obserwuje się również nieprawidłowości pozaprążkowiowe30. Zmiany te są prawdopodobnie związane z podatnością mózgu na L-lizynę, która jest modulowana przez trzy czynniki: płeć, tło genetyczne i dawkę lizyny31.
Epidemiologia
Częstość występowania kwasicy glutarowej typu 1 szacuje się globalnie na 1 na 100 000 noworodków3233. Jednakże częstość występowania tej choroby jest znacznie wyższa w niektórych populacjach ze względu na efekt założyciela:
- W społeczności Amiszów w Pensylwanii – do 1 na 300 noworodków3435
- W populacji Oji-Cree w Kanadzie – również do 1 na 300 noworodków36
- W społeczności irlandzkich Travellerów w Irlandii37
- W populacji Lumbee w Karolinie Północnej38
- W społeczności Xhosa w Republice Południowej Afryki39
Zwiększona częstość występowania GA1 obserwowana jest również w związkach krewniaczych, gdyż sprzyja to dziedziczeniu obu zmutowanych alleli40.
Czynniki wyzwalające kryzys metaboliczny
Pacjenci z kwasicą glutarową typu 1 są szczególnie podatni na uszkodzenie prążkowia, które prowadzi do ciężkich dystonicznych zaburzeń ruchowych między 6 a 18 miesiącem życia41. Czynniki niegennetyczne odgrywają ważną rolę w wywoływaniu uszkodzeń neuronalnych w GA1. Do najważniejszych czynników wyzwalających należą42:
- Gorączka
- Infekcje
- Głodzenie
- Zabiegi chirurgiczne
- Szczepienia
Te czynniki mogą prowadzić do ostrego kryzysu encefalopatycznego, który powoduje ostre obustronne uszkodzenie prążkowia i w konsekwencji złożone zaburzenia ruchowe43. Co istotne, utrata neuronów następuje w momencie ostrego zdarzenia i nie postępuje z czasem44.
Kryzysy metaboliczne obserwowane u pacjentów z GA1 często powodują hipoglikemię, co z kolei prowadzi do wychwytu aminokwasów i zmiany funkcji glukoneogenezy w wątrobie45. W niedojrzałym mózgu obniżony poziom glukozy powoduje zwiększone zużycie alternatywnych substratów energetycznych, takich jak ciała ketonowe, a tym samym zwiększa rozkład aminokwasów ketogennych, takich jak lizyna i aminokwasy rozgałęzione (BCAA)46.
Zrozumienie tych mechanizmów ma istotne znaczenie dla opracowania strategii profilaktycznych i terapeutycznych w kwasicy glutarowej typu 1, szczególnie w kontekście zapobiegania kryzysom metabolicznym i ich konsekwencjom neurologicznym.
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.