Неонатальный скрининг «Пяточка»: аминокислоты и ацилкарнитины в крови

Наследственные болезни обмена веществ возникают при дефекте фермента или транспортного белка, из-за которого последовательность биохимических превращений прерывается на определённом этапе. Перед метаболическим блоком накапливаются исходные вещества, после него снижается образование необходимых продуктов, а избыток промежуточных соединений направляется по альтернативным путям. Поэтому каждое заболевание формирует не случайное отклонение одного показателя, а закономерный профиль из повышенных, сниженных и соотносимых между собой метаболитов. После рождения обмен веществ быстро перестраивается: ребёнок начинает самостоятельно перерабатывать аминокислоты, обезвреживать аммиак и использовать жирные кислоты для получения энергии. Врожденный дефект одного из этих путей может сначала не иметь внешних проявлений, а затем привести к метаболической декомпенсации на фоне кормления, голодания, инфекции или другого катаболического состояния. Биохимический профиль способен измениться до появления характерных симптомов, что и составляет основу неонатального скрининга. Аминокислоты и ацилкарнитины отражают разные, но взаимосвязанные участки обмена. Аминокислотный профиль характеризует расщепление и взаимные превращения аминокислот, синтез отдельных промежуточных соединений и работу цикла мочевины. Ацилкарнитины образуются при связывании карнитина с остатками жирных и органических кислот, поэтому их распределение показывает, на каком этапе нарушены β-окисление жирных кислот или утилизация органических кислот. Сукцинилацетон включён как специфический биохимический маркер тирозинемии I типа, а расчётные отношения усиливают различия между сходными метаболическими профилями.
Панель объединяет 20 аминокислот и родственных соединений, свободный карнитин, 36 ацилкарнитинов, сукцинилацетон и 11 диагностических отношений. Такой состав позволяет оценивать не отдельные вещества изолированно, а целые направления обмена: аминокислотопатии и нарушения цикла мочевины, органические ацидурии, дефекты митохондриального β-окисления и карнитинового транспорта. Фактический состав панели и расчётные отношения подтверждены лабораторным бланко

Перечень выявляемых наследственных болезней обмена веществ

Изменения аминокислот и связанных с ними показателей используются для оценки риска следующих заболеваний:

1. болезнь мочи с запахом кленового сиропа, лейциноз;
2. фенилкетонурия;
3. гомоцистинурия, связанная с недостаточностью цистатионин-β-синтетазы;
4. тирозинемия I типа;
5. тирозинемия II типа и другие варианты гипертирозинемии;
6. цитруллинемия I типа;
7. аргининосукциновая ацидурия, недостаточность аргининосукцинатлиазы;
8. аргининемия, недостаточность аргиназы;
9. проксимальные нарушения цикла мочевины, включая недостаточность орнитинтранскарбамилазы, карбамоилфосфатсинтетазы I и N-ацетилглутаматсинтазы;
10. нарушения γ-глутамильного цикла, сопровождающиеся накоплением 5-оксопролина.

Повышение фенилаланина вместе с увеличением отношения Phe/Tyr формирует профиль фенилкетонурии. Изменения лейцина и валина характерны для лейциноза. Сочетание метионина и гомоцистеина отражает нарушения обмена серосодержащих аминокислот. Сукцинилацетон обеспечивает выявление биохимического профиля тирозинемии I типа, тогда как тирозин оценивается при других вариантах гипертирозинемии. Цитруллин, аргинин и орнитин характеризуют разные этапы цикла мочевины. Изменение глицина может сопровождать некетотическую гиперглицинемию, однако оценка этого заболевания требует отдельного количественного исследования глицина в плазме и спинномозговой жидкости. Изолированный результат сухой капли крови не отражает соотношение глицина между этими биологическими средами.

Короткоцепочечные и дикарбоксильные ацилкарнитины используются для оценки риска органических ацидурий:

11. пропионовая ацидемия;
12. метилмалоновая ацидемия;
13. изовалериановая ацидемия;
14. недостаточность 2-метилбутирил-КоА-дегидрогеназы;
15. недостаточность изобутирил-КоА-дегидрогеназы;
16. глутаровая ацидемия I типа;
17. недостаточность 3-метилкротонил-КоА-карбоксилазы;
18. множественная карбоксилазная недостаточность;
19. малоновая ацидемия, недостаточность малонил-КоА-декарбоксилазы;
20. недостаточность митохондриальной ацетоацетил-КоА-тиолазы;
21. недостаточность 2-метил-3-гидроксибутирил-КоА-дегидрогеназы;
22. недостаточность 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА-лиазы;
23. недостаточность 3-метилглутаконил-КоА-гидратазы.

Повышение C3 и отношений C3/C2, C3/C0 и C3/Met связано с пропионовой и метилмалоновой ацидемиями. Изменения C5 формируются при изовалериановой ацидемии и недостаточности 2-метилбутирил-КоА-дегидрогеназы. C4 используется при оценке недостаточности изобутирил-КоА-дегидрогеназы и короткоцепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы. Повышение C5DC характерно для глутаровой ацидемии I типа, а C5OH входит в профиль нескольких заболеваний, включая недостаточность 3-метилкротонил-КоА-карбоксилазы и множественную карбоксилазную недостаточность. Метаболический профиль множественной карбоксилазной недостаточности может формироваться при дефиците биотинидазы или голокарбоксилазсинтетазы. Разграничение этих состояний требует определения активности биотинидазы и последующей молекулярно-генетической диагностики.

Среднецепочечные и длинноцепочечные ацилкарнитины, свободный карнитин и расчётные отношения используются для оценки риска дефектов β-окисления жирных кислот и карнитинового цикла:

24. недостаточность среднецепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы (MCAD);
25. недостаточность очень длинноцепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы (VLCAD);
25. недостаточность короткоцепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы (SCAD);
26. недостаточность длинноцепочечной 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы (LCHAD);
27. недостаточность митохондриального трифункционального белка;
28. множественная недостаточность ацил-КоА-дегидрогеназ, глутаровая ацидемия II типа;
29. первичное нарушение транспорта карнитина;
30. недостаточность карнитинпальмитоилтрансферазы I;
31. недостаточность карнитинпальмитоилтрансферазы II;
32. недостаточность карнитин-ацилкарнитинтранслоказы;
33. недостаточность 2,4-диеноил-КоА-редуктазы;
34. недостаточность короткоцепочечной 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы;
35. отдельные редкие дефекты тиолазных этапов β-окисления.

Повышение C8 в сочетании с изменениями C6, C10 и отношения MCAD характерно для недостаточности MCAD. Увеличение C14:1 и связанных с ним отношений формирует профиль недостаточности VLCAD. Накопление C16OH, C16:1OH, C18OH и C18:1OH связано с недостаточностью LCHAD и митохондриального трифункционального белка. Одновременное повышение нескольких ацилкарнитинов различной длины встречается при множественной недостаточности ацил-КоА-дегидрогеназ. Свободный карнитин C0 отражает поступление и транспорт карнитина. Его выраженное снижение входит в профиль первичного нарушения транспорта карнитина. Повышенное отношение C0/(C16+C18) характерно для недостаточности карнитинпальмитоилтрансферазы I. При недостаточности карнитинпальмитоилтрансферазы II и карнитин-ацилкарнитинтранслоказы преобладают длинноцепочечные ацилкарнитины, поэтому эти два заболевания могут иметь перекрывающиеся скрининговые профили. Клиническое значение имеет совокупность метаболитов и отношений между ними. Один и тот же ацилкарнитин может повышаться при нескольких заболеваниях, а отдельные наследственные дефекты формируют сходные профили. Изменённый результат служит основанием для количественного исследования аминокислот и ацилкарнитинов, анализа органических кислот мочи, определения специфических метаболитов, ферментативных тестов и молекулярно-генетической диагностики.

Нормальный результат снижает вероятность исследуемых аминоацидопатий, органических ацидурий и дефектов митохондриального β-окисления. Некоторые заболевания могут не сопровождаться выраженным изменением сухой капли крови вне периода метаболической декомпенсации, при позднем дебюте или после начала лечения

Что влияет на результат

Возраст ребёнка на момент взятия крови определяет сформированность метаболического профиля. У доношенных новорождённых материал берут не ранее четвёртых суток жизни, у недоношенных не ранее седьмых суток. Недоношенность, низкая масса тела, незрелость печени и почек изменяют физиологические концентрации аминокислот и ацилкарнитинов. Голодание, рвота, инфекционное заболевание, лихорадка и другие катаболические состояния усиливают расщепление белков и жирных кислот, поэтому профиль во время метаболического криза может отличаться от показателей в стабильном состоянии. Парентеральное питание повышает содержание отдельных аминокислот, применение левокарнитина изменяет свободный карнитин и ацилкарнитины.  Содержание свободного карнитина у новорождённого связано с карнитиновым обменом матери: низкий C0 может быть обусловлен нарушением транспорта карнитина у ребёнка либо снижением карнитина у матери, поэтому такой профиль требует сопоставления результатов обоих.