肉堿缺乏癥的研究進展

畢建成，安翠平(綜述)，李寶全，許順江(審校)(1.河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院中心實驗室，河北 石家莊 05001；2.河北省中醫(yī)院檢驗科，河北 石家莊 050011；.河北省石家莊市第一醫(yī)院(中心醫(yī)院院區(qū))檢驗科，河北 石家莊 050011)

·綜述·

肉堿缺乏癥的研究進展

畢建成1，2，安翠平3(綜述)，李寶全3，許順江1*(審校)
(1.河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院中心實驗室，河北 石家莊 050031；2.河北省中醫(yī)院檢驗科，河北 石家莊 050011；3.河北省石家莊市第一醫(yī)院(中心醫(yī)院院區(qū))檢驗科，河北 石家莊 050011)

肉堿；原發(fā)性肉堿缺乏癥；繼發(fā)性肉堿缺乏癥；基因突變

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.08.047

肉堿(carnitine)是一種小分子水溶性化合物，在能量產生和脂肪酸代謝方面具有重要作用，其廣泛存在于動物源性食物中，但在植物源性食物中則含量比較少，人體內75%的肉堿來自于膳食[1]。在人體內左旋肉堿是具有生物活性的肉堿異構體，主要通過腸道上皮細胞膜進行主動轉運或被動轉運兩種形式吸收。左旋肉堿的生物利用度可因食物組成成分的不同而變化，如食用低肉堿含量食物的素食者，其肉堿生物利用度(66%～86%)高于經常食用肉類食物的人群(54%～72%)[2]。人體內部分不能從食物中獲得的內源性肉堿則主要由兩種必需氨基酸——賴氨酸和甲硫氨酸在肝臟、腎臟和腦內合成[3]。心肌和骨骼肌內肉堿含量最高，但卻不能自身合成，所以必須從血液里吸收。未被吸收的肉堿大部分由大腸內的微生物降解。體內近99%的肉堿位于細胞內，對糖代謝具有重要影響[3]。臨床研究發(fā)現肉堿的吸收和調節(jié)異常涉及多種疾病，包括神經退行性疾病、糖尿病、外傷、營養(yǎng)不良、心肌病、肥胖等，甚至會影響到藥物之間的相互作用[4]。現將肉堿在人體營養(yǎng)和疾病中的作用及肉堿缺乏性疾病的研究進展綜述如下。

1 肉堿的生物合成與代謝

1.1 肉堿的生物合成：肉堿，作為一種支鏈非必需氨基酸，在體內由必需氨基酸——賴氨酸和甲硫氨酸合成，但需要抗壞血酸、二價鐵離子、維生素B6和煙酸等輔助因子共同參與，其中任何一種物質缺乏均可導致肉堿合成障礙[4]。在哺乳動物，合成肉堿的唯一途徑是利用結合蛋白的賴氨酸經過甲基化生成三甲基賴氨酸，然后再經過4個酶促反應形成內源性左旋肉堿。其中的關鍵酶之一是γ-丁基甜菜堿羥化酶，在心肌和骨骼肌細胞中缺乏表達，但在人肝臟、睪丸和腎臟等器官中高度表達[4]。素食者左旋肉堿的生物合成速率大約為1.2μmol·kg-1·d-1，而雜食者每天可攝取2～12μmol/kg，相當于體內肉堿來源的75%[5]。腎臟的重吸收和日常飲食中肉堿攝入量的變化都不會影響內源性肉堿的生物合成的速率。日常飲食來源的肉堿，其生物利用率只有14%～18%，未被吸收的肉堿主要由大腸內的微生物降解[5]。

1.2 肉堿的代謝途徑：來自食物中攝入或經肝臟、腎臟合成的游離肉堿，首先進入血液，然后被運輸至各組織的細胞外液，進入組織細胞內的肉堿含量由其各自的吸收能力所決定。血漿內乙酰化肉堿和游離肉堿的濃度處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，而且二者之比≤0.4被認為是正常[6]。正常代謝過程中在細胞內形成乙?；鈮A酯，長鏈乙酰化肉堿酯可以將脂肪?；\輸到線粒體內，在線粒體和過氧化物酶體內合成的短鏈和中鏈乙酰酯參與有機酸的清除。乙酰化左旋肉堿是主要的乙?；鈮A酯，既參與細胞的合成代謝,也參與其分解代謝。

1.3 肉堿的生物學功能：肉堿在維持細胞跨膜能量平衡以及主要靠脂肪酸氧化供能的組織能量代謝中發(fā)揮重要作用，如心肌和骨骼肌。肉堿不僅在游離脂肪酸代謝方面發(fā)揮主要作用，同時也促進了碳水化合物的利用。心肌和骨骼肌對肉堿的攝入是通過逆濃度梯度的主動轉運方式吸收的，并且具有飽和性[7]。

實驗研究[8]表明在脂肪酸氧化過程中，將長鏈脂肪酸轉運至線粒體內是限速步驟。在持續(xù)的低到中等強度運動過程中，脂肪酸的氧化將逐步提高，并且成為機體肌肉能量的主要來源。肉堿棕櫚酰轉移酶Ⅰ(carnitine palmitoyltransferase Ⅰ，CPT-Ⅰ)是脂肪酸氧化過程中的限速酶，在高強度運動時，體內肉堿水平的降低和酸中毒將減少脂肪酸的氧化供能。在體內缺少肉堿棕櫚酰轉移酶Ⅱ(carnitine palmitoyltransferase Ⅱ，CPT-Ⅱ)時，由于不能隨運動量的加大而增加脂肪酸的氧化供能，將導致肌肉損傷。

肉堿參與了維持細胞的體積與內液的平衡，這種平衡受到細胞外環(huán)境張力(等張、高張、低張)的影響。資料顯示盡管肉堿的濃度可以因生理和病理狀態(tài)下滲透壓的變化而有所波動，但卻可以利用滲透壓梯度來維持機體的能量供應[9]，如人們嘗試應用非對稱動力學原理調節(jié)生理狀態(tài)下的滲透壓，在滴眼液里加入一定量的左旋肉堿，通過增加角(結)膜上皮細胞對肉堿的攝入，調節(jié)細胞的滲透壓，用以治療干眼癥，取得一定療效[10]。

2 原發(fā)性肉堿缺乏癥(primary carnitine deficiency syndromes，PCD)

2.1 PCD發(fā)病機制：盡管臨床上有些患者很難嚴格診斷為原發(fā)性或繼發(fā)性肉堿缺乏，但目前已報道幾種明確的PCD[4]。PCD是一種少見的常染色體隱性遺傳疾病，由于細胞膜上肉堿轉運體OCTN2的表達缺陷導致肉堿攝入減少，從而影響到脂肪酸的氧化供能。肉堿轉運體表達缺陷致使組織攝取肉堿持續(xù)減少，降低了心肌和骨骼肌內的肉堿貯存量，同時腎臟對游離肉堿的重吸收減少，大量肉堿由尿液排出，最終使體內肉堿嚴重減少甚至耗竭[11]。臨床上PCD患者組織內肉堿濃度可下降至正常濃度的10%以下[12]。肉堿轉運體活性的遺傳性缺陷是目前已知的PCD惟一病因[13]。

2.2 PCD主要表現：PCD的發(fā)病率為1～5/萬人，發(fā)病年齡多在1～7歲，其最常見的臨床表現為低酮癥低血糖性腦病，也可有心肌病的表現，致病基因為SLC22A5，目前已發(fā)現100多個突變位點[11]。PCD主要影響3種組織或器官，即心肌，表現為進展性心肌??；中樞神經系統(tǒng)，表現為低血糖低酮癥腦??；骨骼肌，表現為肌肉疾病[14]。對于上述患者，臨床補充左旋肉堿則是挽救生命的治療。目前臨床發(fā)現PCD主要出現在成人、嬰幼兒和圍生期3類人群，呈常染色體陰性遺傳[11]。SLC22A5的不同位點突變引起的發(fā)病形式和嚴重程度也不同，因此，測定血漿內游離肉堿和總肉堿的含量對此類疾病的診斷尤其重要。

2.3 克羅恩氏病(Crohn′s disease)：克羅恩病患者肉堿轉運體的突變包括發(fā)生在OCTN1(SLC22A4)編碼區(qū)的錯義突變和OCTN2(SLC22A5)基因啟動子區(qū)域的突變[15]。這些突變導致熱休克蛋白結合元件結構紊亂，引起OCTN1轉運功能下降及OCTN2表達量降低，從而出現肉堿缺乏。這些突變呈現強烈的連鎖不平衡，并產生兩對等位基因單體型，由此增加了此種疾病的整體風險[16]。

3 繼發(fā)性肉堿缺乏癥(secondary carnitine deficiency,SCD)

3.1 SCD發(fā)病機制：由于體內有機酸的蓄積，繼發(fā)性肉堿缺乏以腎臟通過尿液排泄乙?；鈮A增多為特征[17]。引起SCD的原因通常包括肉堿流失增多、化學藥物治療、遺傳性代謝性疾病的并發(fā)癥、節(jié)食、肉堿吸收不良、游離肉堿經腎小管排泄增加(Fancony綜合征)、血液透析、腹膜透析治療以及?；鈮A伴隨某種藥物排泄增加等[18]。據報道，目前至少有15種肉堿缺乏癥是繼發(fā)于某種中間代謝物的遺傳缺陷或其他疾病。SCD患者體內有機酸的積累會引起乙?；鈮A在尿液中的排泄更加增多，從而形成惡性循環(huán)[17]。

3.2 SCD主要表現：在臨床上常見，并且短期內對身體不會造成嚴重影響。與PCD相比，SCD的發(fā)病通常與其他多種疾病或因素相關，如肝病、腎病、脂肪酸代謝缺陷或某些藥物(青霉素和丙戊酸等)的應用[19]。臨床SCD多見于伴有肉堿排泄增加的腎小管疾病和血液透析患者；透析患者由于沒有足夠的肉堿合成及通過透析膜的丟失過多，導致肉堿缺乏。在某些病例甚至引起肉堿耗竭并伴發(fā)酯化肉堿含量的相對增加。因此，臨床補充左旋肉堿可以改善尿毒癥患者的多種并發(fā)癥，如改善心功能、提高患者的心功能儲備、增加肌肉張力、恢復血壓以及通過使紅細胞內CPT活性恢復正常來減少促紅細胞生成素抵抗引起的貧血等[20]。Argani等[20]報道血液透析患者每天口服500mg肉堿，連續(xù)2月，可以降低血漿三酰甘油和極低密度脂蛋白的水平，同時升高高密度脂蛋白和白蛋白的水平。

4 基因突變引起的繼發(fā)性肉堿缺乏SCD

4.1 CPT-Ⅰ缺乏：研究[21-22]發(fā)現CPT-Ⅰ缺乏可以引起嚴重的脂肪酸代謝障礙，并已明確編碼人類CPT-Ⅰ的DNA序列及cDNA的核苷酸序列，但人類CPT-Ⅰ基因突變與臨床疾病的關系目前尚未見報道。

4.2 CPT-Ⅱ缺乏：成人CPT-Ⅱ缺乏癥臨床表現相對較輕，其癥狀加重大多由于高強度運動所誘發(fā)，多表現為肌無力等癥狀。圍產期和嬰幼兒的CPT-Ⅱ缺乏則涉及多器官損傷，以圍產期發(fā)病的癥狀最為嚴重，病死率近100%[23]。肌肉CPT-Ⅱ缺乏臨床最常見癥狀是運動誘發(fā)的肌肉疼痛，傳統(tǒng)上認為該病臨床上出現肌紅蛋白尿，但有一項研究[4]發(fā)現大約21%的患者沒有出現肌紅蛋白尿。本病典型的臨床表現為兒童期即出現肌肉疼痛，青春期或成年初期開始出現肌紅蛋白尿。近來病例研究發(fā)現幾個CPT-Ⅱ基因新的突變位點，患者具有常染色體隱性遺傳疾病的獨特表型[24]。1例僅有2d的新生兒由于嚴重的肝病和心肌病死亡，隨后其妹妹也未能幸免。尸檢發(fā)現哥哥死于大面積肺不張、肺泡內出血及心臟、肝臟的水腫；妹妹則死于因長鏈(C16-18)?；鈮A的含量增高引起的呼吸心跳驟停，同時檢測發(fā)現，其肝臟、心臟和腎臟的CPT-Ⅱ活性明顯下降，最終死于新生兒CPT-Ⅱ缺乏[25]。

5 肉堿缺乏癥的治療

肉堿缺乏癥的診斷一旦確立，首先要做一系列的檢查進行基線評估，如用超聲心動圖檢查有無心肌病，做心電圖檢查觀察有無心律失常，還有檢測肌酸激酶、轉氨酶以及空腹血糖的濃度觀察是否累及肌肉、肝功能或患有低血糖癥[11]。自上世紀60年代以來，肉堿作為一種營養(yǎng)補充劑，臨床一直用于治療多種肉堿缺乏性疾病，從而糾正脂肪酸的氧化供能。提示從營養(yǎng)和藥物角度補充肉堿并維持血液內正常肉堿水平可能對一些疾病有益[26]。

對于大部分健康人群，包括素食主義者，可以通過自身合成或者從飲食中獲得足夠的肉堿，因此，肉堿被認為是一種“條件性”必需營養(yǎng)素，在某種特定疾病狀態(tài)下，個體對肉堿的需要量可能要高于飲食中的攝入量。左旋肉堿的吸收和生物利用度很低，在腎臟中的清除率較高，并且要通過主動轉運的方式攝入組織中，因此，如果通過口服肉堿來提高血漿內肉堿濃度，每天通常的劑量在50～400mg/kg，分3次服用，確切的劑量需要根據血液內肉堿的水平做相應的調整[11]。通過靜脈輸入左旋肉堿可能會更有效，然而，一旦肉堿轉運體功能飽和，在腎功能正常情況下，雖然95%的左旋肉堿經腎小球濾過，但過量的外源性左旋肉堿會被排泄掉。

作為普通的營養(yǎng)物質，肉堿的應用還存在許多分歧和爭論。肉堿是一種天然化合物，口服劑量達到幾克水平也不會產生毒性作用，因此，常常被推薦用于治療PCD和SCD患者。但也有個別患者出現不良反應，如胃腸蠕動增強、腹瀉、腸道不適等，一般減小劑量即可緩解[11]。一般來講，肉堿可以很容易被排泄掉，機體對補充肉堿有很好的耐受性。來自動物實驗和臨床研究的證據均表明治療性補充肉堿有益于機體健康[26]。

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(本文編輯：許卓文)

2013-11-18；

2013-12-24

河北省醫(yī)學科學研究重點課題計劃(20130136)

畢建成(1974-)，男，河北深澤人，河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院檢驗師，醫(yī)學學士，從事臨床檢驗研究。

*通訊作者。E-mail:sjxu66@sina.com

R735.7

A

1007-3205(2014)08-0989-04