Niedobór dehydrogenazy acyl-coa o łańcuchu średnim
Etiologia i przyczyny
Niedobór dehydrogenazy acyl-CoA o łańcuchu średnim (MCADD) jest najczęstszym zaburzeniem oksydacji kwasów tłuszczowych, dziedziczonym autosomalnie recesywnie, z częstością około 1:8000 urodzeń w populacjach kaukaskich. Mutacje w genie ACADM (chromosom 1p31), zwłaszcza c.985A>G (80% przypadków klinicznych), prowadzą do utraty funkcji enzymu MCAD, co uniemożliwia β-oksydację średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych (C6-C12). W efekcie dochodzi do hipoglikemii hipoketotycznej, gromadzenia się toksycznych kwasów tłuszczowych oraz uszkodzeń wątroby i mózgu, szczególnie podczas głodzenia, infekcji lub stresu metabolicznego. Aktywność resztkowa enzymu w klasycznym MCADD jest zwykle <1%, a u łagodniejszych postaci może wynosić 10-20%. Fenotyp kliniczny jest zmienny i zależy od dodatkowych czynników środowiskowych oraz genetycznych, a suplementacja ryboflawiną może stabilizować enzym poprzez zwiększenie dostępności FAD.
Niedobór dehydrogenazy acyl-CoA o łańcuchu średnim – Etiologia
Niedobór dehydrogenazy acyl-CoA o łańcuchu średnim (MCAD deficiency, MCADD) to najczęstsze zaburzenie oksydacji kwasów tłuszczowych, które uniemożliwia prawidłowy rozkład średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych i ich konwersję do energii, szczególnie w okresach bez pożywienia (głodzenia).123 Zaburzenie to jest dziedziczone autosomalnie recesywnie i występuje z częstością około 1:8000 urodzeń.4
Podłoże genetyczne
Przyczyną niedoboru MCAD są mutacje w genie ACADM zlokalizowanym na chromosomie 1p31, który koduje enzym dehydrogenazę acylo-CoA o średnim łańcuchu.56 Gen ACADM obejmuje 44 kb DNA i zawiera 12 intronów. Dotychczas zidentyfikowano około 400 różnych wariantów genu ACADM, z czego 68 zostało sklasyfikowanych jako patogenne, 82 jako prawdopodobnie patogenne, a około 165 jako „o niepewnym znaczeniu”.7 Około 69% mutacji wywołujących chorobę stanowią mutacje typu missense.8
Najczęstszą mutacją jest c.985A>G, która prowadzi do zamiany lizyny na kwas glutaminowy w pozycji 304 dojrzałego białka (pozycja 329 prekursora białka).910 Ta mutacja powoduje nieprawidłowe składanie białka, co skutkuje całkowitą utratą jego funkcji. Jest to najczęstsza mutacja wśród pacjentów z objawowym MCADD, występująca u około 80% osób jako mutacja homozygotyczna.1112 Może również występować w heterozygotyczności z innymi wariantami, co skutkuje łagodniejszą postacią choroby.13
Drugą częstą mutacją w niektórych populacjach jest 583G>A.14 Badania wykazały, że osoby homozygotyczne dla mutacji 985A>G lub 583G>A mają najwyższe poziomy oktanoilokarnityny, nawet gdy są bezobjawowe, i mają najcięższe objawy kliniczne.15
Dziedziczenie
Niedobór MCAD jest dziedziczony w sposób autosomalny recesywny.1617 Oznacza to, że oboje rodzice są nosicielami – każde z nich ma jedną zmutowaną kopię genu i jedną prawidłową, ale nie wykazują objawów choroby.1819 Dziecko z niedoborem MCAD dziedziczy dwie kopie zmutowanego genu – po jednej od każdego z rodziców.20
Częstość występowania nosicielstwa mutacji c.985A>G w genie ACADM wynosi od 1:40 do 1:100 wśród osób pochodzenia północnoeuropejskiego, co sugeruje efekt założyciela.21 Jeśli oboje rodzice są nosicielami zmutowanego genu, istnieje 25% prawdopodobieństwo, że ich dziecko będzie homozygotą dla niedoboru MCAD.2223
W badaniach populacyjnych osób ze zdiagnozowanym niedoborem MCAD zaobserwowano, że średnio 32% tych osób ma co najmniej jednego rodzeństwa ze zdiagnozowanym niedoborem MCAD lub zmarłego z błędnie zdiagnozowanym zespołem nagłej śmierci niemowląt (SIDS).24
Różnice etniczne w występowaniu mutacji
Mutacja c.985A>G jest najczęstsza wśród pacjentów pochodzenia europejskiego, jednak nie zidentyfikowano jej w przypadkach MCADD diagnozowanych w populacjach azjatyckich.2526 W populacji azjatyckiej niedobór MCAD jest niezwykle rzadkim zaburzeniem metabolicznym, a spektrum mutacji ACADM pozostaje w dużej mierze nieznane.27
U pacjentów pochodzenia azjatyckiego zidentyfikowano inne mutacje, w tym delecję 4 par zasad c.449_452delCTGA, która może stanowić częstą azjatycką mutację ACADM.28 U koreańskiego noworodka z niedoborem MCAD zidentyfikowano nową mutację typu missense 843A>T (R281S) i delecję 4 par zasad c.449_452delCTGA.29
Patofizjologia
Niedobór MCAD to zaburzenie oksydacji kwasów tłuszczowych zachodzące w mitochondriach.30 Enzym MCAD jest jedną z czterech dehydrogenaz acylo-CoA znajdujących się w mitochondriach, które przeprowadzają początkowy etap dehydrogenacji w procesie β-oksydacji kwasów tłuszczowych.31
Osoby z niedoborem MCAD mają zmniejszoną aktywność enzymu MCAD w mitochondriach i nie mogą przekształcać średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych (o długości 6-12 atomów węgla) w acetylo-CoA do syntezy ATP, ketogenezy i wykorzystania w cyklu Krebsa.3233
Patofizjologia niedoboru MCAD wynika z niezdolności do przeprowadzenia pierwszego etapu β-oksydacji. Molekularne implikacje większości mutacji w tym zaburzeniu to utrata funkcji enzymatycznej z powodu nieprawidłowego fałdowania białka – podstawienia aminokwasów w wyniku mutacji genetycznych upośledzają uzyskanie prawidłowej trójwymiarowej struktury.34
W każdej sytuacji klinicznej, w której wymagana jest oksydacja kwasów tłuszczowych, takiej jak głodzenie lub stres metaboliczny spowodowany chorobą, następuje ciągłe zużycie glukozy i znacznie zmniejszona lub nieobecna odpowiednia produkcja ciał ketonowych.35 Badania z 2016 roku sugerują, że stres metaboliczny powodujący przeciążenie szlaku β-oksydacyjnego substratem może przyczyniać się do kompetycyjnego hamowania, zwiększając tym samym dekompensację metaboliczną.36
Mechanizmy molekularne
Na poziomie molekularnym niedobór MCAD jest uznawany za zaburzenie konformacyjne, jednak objawy kliniczne choroby obejmują szerokie spektrum ciężkości, nawet u pacjentów z tym samym genotypem.37 Fenotyp patogenny choroby wydaje się zależeć od dodatkowych czynników zewnętrznych i wewnętrznych, które nie są jasno zrozumiane.38
Badania sugerują, że suplementacja ryboflawiną ma pewną rolę w stabilizacji MCAD, prawdopodobnie dzięki zwiększonej dostępności pochodnej ryboflawiny – dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD). Badania biochemiczne wykazują, że większość wariantów MCAD ma upośledzoną zdolność do zatrzymywania FAD podczas syntezy. Niektóre warianty mogą być jednak „strukturalnie ratowane” przez suplementację kofaktora ryboflawiny, co wyjaśnia heterogeniczność fenotypu MCADD u pacjentów z tym samym genotypem.39
Aktywność resztkowa enzymu obserwowana w klasycznym MCADD, spowodowanym homozygotycznością c.985A>G, wynosi zwykle poniżej 1%.40 Natomiast u pacjentów z łagodnym MCADD aktywność resztkowa może wynosić 10-20%.41
Konsekwencje metaboliczne
Gdy w organizmie nie ma wystarczającej ilości enzymu MCAD, średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe nie mogą być rozkładane i przekształcane w energię. Prowadzi to do:4243
- Niskiej energii i niskiego poziomu cukru we krwi (hipoglikemii)
- Gromadzenia się kwasów tłuszczowych w tkankach organizmu
- Uszkodzenia wątroby i mózgu
Ostatecznym wynikiem klinicznym jest ciężka hipoglikemia i hipoketonuria z nagromadzeniem monokarboksylowych kwasów tłuszczowych i dikarboksylowych kwasów organicznych, które są strukturalnymi analogami kwasów tłuszczowych, które nie mogą przejść przez etap MCAD.44
Hipoglikemia i hiperamonemia łącznie odpowiadają za letarg i śpiączkę, które prowadzą do obrzęku mózgu, jeśli nie są leczone.45 Ponadto glukoneogeneza jest skutecznie wyłączona w niedoborze MCAD, ponieważ zależy od aktywności karboksylazy pirogronianowej do wytwarzania szczawiooctanu, reakcji, która jest regulowana w dół przez zmniejszony mitochondrialny acetylo-CoA.46
Niezdolność do dostarczania energii tkankom, gdy zapasy glikogenu są wyczerpane w wyniku niedoboru MCAD, powoduje szeroki zakres objawów. Hipoglikemia hipoketotyczna z wymiotami, przechodząca w drgawki i śpiączkę, to typowe objawy tej choroby. Uważa się, że niedobór MCAD odpowiada za niewielką część przypadków zespołu nagłej śmierci niemowląt (SIDS).4748
Czynniki ryzyka wyzwalające objawy
Choroba może ujawnić się we wczesnym dzieciństwie, zazwyczaj w ciągu pierwszych 24 miesięcy życia, lub pozostać bezobjawowa aż do dorosłości.4950 Objawy kliniczne zazwyczaj pojawiają się po 2-3 miesiącach życia i zwykle następują po głodzeniu (nawet tak krótkim jak 12 godzin).51
Chociaż czynniki genetyczne są najważniejsze, czynniki środowiskowe mogą wpływać na początek i nasilenie objawów. Infekcje, głodzenie (częste w niektórych praktykach religijnych) lub okresy choroby mogą wyczerpać zapasy energii i wywołać objawy niedoboru MCAD.52 Głodzenie, choroba i intensywna aktywność fizyczna mogą wyzwalać objawy u osób z niedoborem MCAD.53
Każda sytuacja kliniczna, w której wymagana jest oksydacja kwasów tłuszczowych, taka jak głodzenie lub stres metaboliczny spowodowany chorobą, powoduje ciągłe zużycie glukozy i znacznie zmniejszoną lub nieobecną odpowiednią produkcję ciał ketonowych.54 Jeśli osoba z niedoborem MCAD nie je przez jakiś czas, istnieje ryzyko, że ważne funkcje jej organizmu przestaną działać.55
Gdy organizm potrzebuje szybko rozłożyć tłuszcz (na przykład, gdy jesteś chory i nie jadłeś przez jakiś czas), energia nie może być wytwarzana wystarczająco szybko, aby zaspokoić potrzeby organizmu, a substancje powstałe przy częściowym rozkładzie tłuszczu mogą gromadzić się do szkodliwych poziomów w organizmie.56
| Aspekt | Charakterystyka |
|---|---|
| Gen odpowiedzialny | ACADM (chromosom 1p31) |
| Najczęstsza mutacja | c.985A>G (80% przypadków klinicznych) |
| Typ dziedziczenia | Autosomalny recesywny |
| Częstość występowania | 1:8000 – 1:27000 (populacje kaukaskie) |
| Najwyższa częstość | Osoby pochodzenia północnoeuropejskiego |
| Światowa częstość występowania | 1:14600 |
| Defekt biochemiczny | Zaburzenie oksydacji średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych (C6-C12) |
| Główne czynniki wyzwalające objawy | Głodzenie, infekcje, stres metaboliczny |
| Wieku wystąpienia objawów | Zazwyczaj 1-24 miesiące, możliwe też w wieku dorosłym |
| Główne konsekwencje metaboliczne | Hipoglikemia hipoketotyczna, gromadzenie się kwasów tłuszczowych |
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.