专题笔谈│尿苷代谢异常与发育性癫痫性脑病50型的诊断与治疗
李东晓1a，沈凌花1b，张婧韬2，杨艳玲2
中国实用儿科杂志 2024 Vol.39（10）：747-751 尿苷是一种嘧啶核苷，是嘧啶代谢的关键前体，存在于血浆和脑脊液中，虽然是一种简单小分子代谢物，在大分子合成、昼夜节律、炎症反应、抗氧化、衰老等多种生物过程中起着关键作用。尿苷代谢异常可导致多种疾病，以神经精神损害为主，一些患者合并乳清酸尿症。发育性癫痫性脑病50型是由于CAD基因缺陷导致的罕见常染色体隐性遗传病，多功能酶复合物（谷氨酰胺酰胺转移酶、氨甲酰磷酸合成酶2、二氢乳清酸酶和天冬氨酸转氨甲酰酶）活性下降，尿苷-5’-单磷酸从头合成障碍，典型临床三联征为难治性癫痫、红细胞生成障碍性贫血和智力运动发育落后伴倒退，CAD基因分析是诊断关键。发育性癫痫性脑病50型是一种可治疗的罕见病，如能早期诊断，口服尿苷，预后良好，如果未获得及时治疗，导致进行性脑萎缩，预后不良，甚至死亡。 尿苷；CAD基因；发育性癫痫性脑病50型；乳清酸尿症；罕见病基金项目：国家重点研发计划（2021YFC2700903，2022YFC2703401）；国家自然科学基金（82000850）
作者单位：1.郑州大学附属儿童医院 河南省儿童医院 郑州儿童医院 a.河南省儿童神经发育工程研究中心 b.内分泌与遗传代谢科，河南 郑州 450018；2.北京大学第一医院儿童医学中心，北京 102600
通信作者：杨艳玲，电子信箱：organic.acid@vip.126.com尿苷是嘧啶代谢的关键前体，是一种合成RNA必需的嘧啶核苷，由尿嘧啶（1个嘧啶碱基）和核糖（1个五碳糖）通过一个β-N1-糖苷键连接而成，在人体内主要存在于血液和脑脊液，血浆中的尿苷通过核苷转运蛋白作用进入细胞，血浆中尿苷浓度远远高于其他嘌呤核苷和嘧啶核苷。尿苷参与多种生理过程，包括RNA合成、糖原合成和脂质沉积等，这些因素共同作用以调节尿苷浓度，保持相对稳定状态。尿苷与机体的稳态密切相关，参与调节葡萄糖、脂质、氨基酸代谢及其他物质代谢过程。由于尿苷无毒的特性，被用于治疗遗传病、代谢病、癌症、中枢神经系统疾病等多种疾病。
1 尿苷的代谢与相关疾病
1.1 尿苷合成与分解代谢 尿苷的合成主要通过嘧啶核苷酸合成途径完成，这一途径包括从头合成途径和补救合成途径（图1）。从头合成以简单的谷氨酰胺、二氧化碳、天冬氨酸等小分子为起始原料，通过一系列酶催化反应逐步合成尿苷。补救合成是细胞通过回收和再利用已经存在的嘧啶碱基、经口摄入尿苷或尿苷前体物质来合成尿苷［1］。因此，体内尿苷从头合成不足时，可以通过摄入富含尿苷的食物、尿苷或其前体物质进行补充。生理条件下，人体主要通过从头合成在肝脏（正常进食期间）和脂肪组织（禁食期间）中产生尿苷，通过核苷转运系统进行摄取［2］。尿苷排泄主要通过肾脏或组织中的嘧啶分解代谢完成［3］。
1.2 尿苷代谢通路异常相关遗传代谢病 尿苷的合成代谢与嘧啶合成代谢为同一条代谢通路（图1），尿苷-5′-单磷酸（uridine 5’- monophosphate，UMP）是嘧啶代谢的中心代谢物，也是所有嘧啶核苷酸的前体［4］。嘧啶核苷酸为DNA和RNA合成所必需的物质，在蛋白糖基化、脂质代谢、多糖生物合成、信号转导和增殖等方面发挥着关键作用［1］。从头合成通路中的酶缺陷可导致多种疾病，如发育性癫痫性脑病50型，由于CAD基因缺陷导致多功能蛋白CAD（谷氨酰胺酰胺转移酶，glutamine amidotransferase；氨甲酰磷酸合成酶2，carbamoyl phosphate synthetase 2；天冬氨酸转氨甲酰酶，aspartate transcarbamylase；二氢乳清酸酶，dihydroorotase）活性下降，尿苷-5’-单磷酸从头合成通路的前3个关键步骤障碍。第4、5步骤分别由二氢乳清酸脱氢酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）和尿苷-5'-单磷酸合成酶（uridine 5'-monophosphate synthase，UMPS）催化。尿苷-5'-单磷酸可以通过补救途径以尿苷为原料合成。
尿苷合成代谢途径中的3种酶缺陷可导致3种相应的遗传代谢病（表1），即CAD缺乏症（发育性癫痫性脑病50型，MIM 616457）、二氢乳清酸脱氢酶缺乏症（Miller综合征，MIM 263750）和尿苷-5'-单磷酸合成酶缺乏症（乳清酸尿症，MIM 258900）。发育性癫痫性脑病50型的主要临床特征是全面发育落后、技能丧失、难治性癫痫、脑萎缩和红细胞生成障碍性贫血，口服尿苷或尿苷单磷酸有效。Miller综合征是一种罕见的常染色体隐性遗传性轴后性肢面发育不全综合征，由于DHODH基因缺陷导致DHODH功能缺陷，主要特征为小颌、口面裂、杯状耳和颧骨发育不全，伴轴后性肢体畸形，如第五指缺失，可伴血液及尿液二氢乳清酸显著增高，关于尿苷治疗的有效性有待进一步研究［5-6］。乳清酸尿症是一种罕见的先天性嘧啶代谢异常，呈常染色体隐性遗传方式，由于UMPS基因变异导致双功能酶UMPS蛋白活性缺失所致，在第1反应中，乳清酸磷酸核糖转移酶通过核糖化将乳清酸转化为乳清苷单磷酸。在第2步反应中，乳清苷脱羧酶将乳清苷单磷酸脱羧生成尿苷单磷酸［7-8］。乳清酸尿症主要临床特征为巨幼红细胞性贫血，并伴有尿液中乳清酸排泄显著增加［9-10］，部分患者伴免疫缺陷、发育迟缓和生长不良［11］，2015年美国食品药品监督管理局（FDA）批准尿苷三乙酸酯用于该病的治疗［12］。发育性癫痫性脑病是一组严重的神经系统疾病，在癫痫发作、间歇性癫痫样活动以及癫痫背后的神经生物过程共同影响下认知功能受到损害［13］。许多发育性癫痫性脑病为基因变异所致，通常在儿童早期发病，多数患者即使癫痫得到控制也不能改善神经认知功能，但精准治疗对部分患者神经认知有益。发育性癫痫性脑病50型是由于CAD基因缺陷导致的嘧啶从头合成障碍的神经遗传代谢病，为常染色体隐性遗传病。自2015年Ng等［14］首次报道本病以来，国内外报道逐渐增多，发育性癫痫性脑病50型主要累及神经系统和血液系统，在新生儿期即可发病，如果不能及时有效干预，会造成不可逆的脑损伤，甚至死亡［15-19］。近年越来越多的研究证实，补充尿苷或尿苷前体物质可以控制癫痫发作，逆转贫血，改善患者发育落后，为患者和家庭带来了新的希望。
2.1 发病机制 发育性癫痫性脑病50型为CAD基因功能缺陷致病，CAD基因定位于2p23.3，编码含有2225个氨基酸的CAD多功能蛋白，CAD蛋白包括4种酶，即谷氨酰胺酰胺转移酶、氨甲酰磷酸合成酶2、二氢乳清酸酶和天冬氨酸氨甲酰转移酶，催化嘧啶从头合成途径中的前3个步骤。氨甲酰磷酸合成酶2的功能通过2步完成：首先是依赖谷氨酰胺的酰胺转移酶，结合并裂解谷氨酰胺生成氨，随后是依赖氨甲酰磷酸合成酶2，与氨、碳酸氢盐和ATP反应生成氨甲酰磷酸［20］。内源生成的氨甲酰磷酸被隔离并输送到天冬氨酸转氨甲酰酶活性位点。天冬氨酸转氨甲酰酶随后催化L-天冬氨酸和氨甲酰磷酸形成氨甲酰-L-天冬氨酸。在最后一步中，二氢乳清酸酶催化氨甲酰天冬氨酸环化生成二氢乳清酸。CAD基因缺陷导致多功能蛋白CAD酶活性降低，阻碍嘧啶的正常合成，细胞内嘧啶供给不足，影响DNA和RNA的合成及修复，作为糖基化供体的胞嘧啶核苷三磷酸（cytidine triphosphate，CTP）、尿苷三磷酸（uridine triphosphate，UTP）和几乎所有尿苷二磷酸（uridine diphosphate，UDP）活化糖均减少，导致多种症状［14］。2.2 临床特点 发育性癫痫性脑病50型是一种神经退行性疾病，多于新生儿期或婴儿期发病，主要累及神经系统和血液系统，典型临床三联征为难治性癫痫、红细胞生成障碍性贫血和智力运动发育落后伴倒退［16，18，21-22］，部分患者伴视神经受累、共济失调、震颤［23］。癫痫发作有多种形式，如局灶型、全身性强直性阵挛、肌阵挛、强直性或弛缓性等，通常局灶型最常见［19］。癫痫发作应用常规抗癫痫药物、生酮饮食、手术等均难以控制。表型较轻的原发性智力障碍或发育迟缓患者病程中可能没有癫痫发作［24］。红细胞生成障碍性贫血是发育性癫痫性脑病50型的另一个显著特征，为正细胞正色素性贫血，但异常大小的红细胞分布和形态导致红细胞体积分布宽度增高或降低。患者在癫痫发作时不一定出现贫血，但几乎所有患者病程中均有贫血，贫血严重时甚至需要输血纠正［25］。目前尚未有明确的异常生化代谢标志物。患者病初头颅磁共振成像（MRI）可能正常，随着疾病进展出现大小脑皮质萎缩，小脑萎缩出现更早更明显［15，26］。2.3 诊断 大部分患者具有典型的临床三联征，随着疾病进展出现脑萎缩，确诊依赖于CAD基因检测［26］。CAD基因检出纯合或复合杂合变异可明确诊断，根据ACMG标准，潜在致病变异可能被评为VUS，可能导致该病的识别不足造成误诊漏诊。2020年Del Caño-Ochoa等［23］应用CRISPR/Cas9技术生成一种需要尿苷补充才能生存的人类CAD基因敲除细胞系，通过瞬时转染重组CAD基因到细胞中检测CAD错义变异的致病性，辅助诊断。2023年Del Caño-Ochoa等［27］应用生长互补试验对CAD错义变异的致病性进行了验证。对于先证者基因诊断明确的家庭，母亲再次妊娠时可采取胎盘绒毛或羊水细胞，提取胎儿DNA分析基因变异，进行胎儿诊断。
2.4 治疗 已报道有3种药物可用于发育性癫痫性脑病50型的治疗，即尿苷、尿苷单磷酸和尿苷三乙酸酯。尿苷补充治疗尚未获批准，但在已报道患者中耐受性良好，未见副反应或不良反应［15，22，26］。尿苷单磷酸治疗与尿苷治疗效果相当，可以纠正贫血、显著降低癫痫发作次数或终止发作，对认知、运动发育均有明显的改善［26］。尿苷三乙酸酯在1例患者的治疗中，有效纠正贫血，但仅短暂改善癫痫发作，发育几乎没有改善［26］。2020年Frederick等［17］首次报道1例因CAD基因缺陷导致难治性癫痫和发育倒退的患儿，对尿苷三乙酸酯治疗有较好的临床反应，患儿癫痫发作停止，脑病改善。由于已报道尿苷三乙酸酯治疗发育性癫痫性脑病50型病例较少，其临床效果尚待进一步评价。已报道病例中，尿苷的治疗剂量为67～150 mg/（kg·d），分3次口服；尿苷单磷酸治疗剂量为87～200 mg/（kg·d），分3次口服。尿苷三乙酸酯在乳清酸尿症中推荐剂量为60～120 mg/（kg·d），每天1次口服，最大剂量不超过8 g/d［12］。发育性癫痫性脑病50型治疗越早效果越好，部分患者因临床表现不典型或CAD基因变异致病性未明，可能导致误诊漏诊，因此，建议（1）所有原发性智力障碍、发育迟缓、癫痫和贫血患者，（2）所有癫痫持续状态患者，（3）所有新生儿癫痫患者，均进行6个月的尿苷补充治疗观察，直至基因检测除外发育性癫痫性脑病50型或在6个月内无效时停用。
总之，尿苷在多种生理过程中发挥重要作用，可通过从头合成和补救合成途径合成，对于从头合成途径障碍的患者，可补充尿苷或其前体成分，进一步通过补救合成供给保证尿苷稳态。发育性癫痫性脑病50型是一种可治疗的罕见遗传代谢病，为尿苷从头合成途径障碍致病，通过补充尿苷可以治疗，且治疗越早效果越好。目前尚无可用于发育性癫痫性脑病50型筛查的生化代谢标记物，对于难治性癫痫、红细胞生成障碍性贫血和智力运动发育落后伴倒退的患儿需提高警惕，确诊依赖于CAD基因检测。尽早识别、及时开始尿苷补充治疗是改善患者预后、提升生活质量的关键。
参考文献 (略)
（2024-06-01收稿）
