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第二节 酶学分析
由于遗传代谢病根本原因是代谢通路中的酶不能发挥正常功能,主要原因是酶本身活力缺陷,酶学分析直接在检测酶的活力对酶的功能进行评估,利用酶催化的特异性的特点,提取培养的成纤维细胞、白细胞或组织中的酶,体外利用人工合成的专一性的底物在相应条件下进行酶活力检测。
酶学分析应用较多的是溶酶体贮积症和线粒体病的检测。通过对溶酶体中的酸性水解酶和线粒体呼吸链复合物进行酶活力检测,从而为疾病诊断提供依据,常见溶酶体贮积症及其对应的溶酶体酶见表3-5。
表3-5 溶酶体酶贮积症及溶酶体酶
续表
酶学分析的优势是直接进行酶活性检测,特异性及灵敏度较高,检测出某种酶缺陷,就可以直接判断是哪一种疾病,酶学分析不受年龄的影响,如果先天有酶活性的缺陷,新生儿期即可检出。但酶学分析同样有一定不足,酶学分析对样本采集、运输及保存等外部环境要求高,需要新鲜的成纤维细胞、白细胞或组织,抽取静脉血常温保存须在24小时内送达实验室,有些酶需要采取患者组织样本,取材难度大。部分患者是由于酶的辅助因子、转运因子或膜上酶受体缺陷导致的,酶本身是正常的,这样体外分析酶活力是正常的,会造成漏检,另外,对单纯酶活力检测对一些酶假性缺失的情况不能分别,造成假阳性。目前酶学分析可检测的疾病种类相对较少,成本相对较高,仍需进一步开发。从未来的发展趋势看,酶学检测必然会在遗传代谢病的诊断中发挥越来越关键的作用。而且,随着生物技术的发展,适用于临床检测的酶活力分析项目也会越来越多。
溶酶体贮积症的诊断是通过酶活性分析或检测代谢产物进行的。过去分析酶活性的方法与步骤比较复杂,底物用量较大。1980年后,荷兰Erasmus大学遗传代谢病实验室应用微量酶活性测定法获得成功,使用了新的人工合成荧光标记的底物,提高了实验的灵敏度及准确性,简化了实验步骤。1990年,中国医学科学院基础医学研究所医学遗传研究室引进了该微量酶活性测定法,先后建立了10种酶的测定方法。随后也有国内其他单位也建立溶酶体贮积症酶活性分析技术方法,并应用到临床诊断,如上海新华医院、广州妇幼保健院和北京军区总医院附属八一儿童医院。通过将原来在试管中进行的实验,改在Eppendorff管中进行,并将各种酶活性测定方法规范化。其结果是简化了实验步骤、提高了准确性,能准确计算出加入的底物与酶源的量。如黑蒙性痴呆病是由于氨基己糖苷酶A(Hex A)缺乏所致,过去使用荧光底物4-甲基-β-D-N-乙酰葡胺(4MUG)先测出Hex总活性后再测出Hex B活性,并据此计算出Hex A活性。现在则使用4-甲基-β-D-N-乙酰葡胺-6-硫酸(4MUGS)做底物,可直接测出Hex A活性。又如MPS Ⅳ A是由于半乳糖-6-硫酸脂酶缺陷所致,过去使用放射性核素标记底物,现用新荧光标记底物,省略了放射性核素标记步骤。除芳基硫酸酯酶A及B两种酶用成色底物外,其他均用荧光标记底物。每种酶活性测定方法用统一的步骤,即10~20μl细胞匀浆加入10~20μl底物,充分混匀,置37℃水浴温浴1小时后,加入400μl 0.5mol/L碳酸钠与碳酸氢钠缓冲液(pH 10.7)终止反应,用荧光分光光度计测定酶活性,激发波长为365μm,发射波长为445μm。以上方法的改进,都为在孕早期取绒毛做产前诊断打下基础。
协和医科大学医学遗传室1991~1997年在90例先证者的诊断基础上对28例高危孕妇进行了产前诊断,其中14例是于孕早期取绒毛进行的。检出患病胎儿5例,其中黏多糖贮积症2例,异染性脑白质营养不良、GM1和GM2神经节苷脂贮积症各1例。新方法测定的结果均经羊水细胞及出生后胎儿检查验证证实。以上实践结果说明孕早期产前诊断的可靠性。产前诊断可在孕中期17~20周做羊膜腔穿刺取羊水,用经培养的羊水细胞做酶活性测定或 35S掺入实验;近年来可于孕早期7~12周取绒毛做酶活性测定,但不能完全取代羊水细胞法。因为某些酶在绒毛中不表达或受绒毛标本中其他因素干扰。
产前诊断的先决条件是对先证者弄清是哪一种酶缺陷。做到这一点需要临床与实验室紧密配合,先从临床表现分析最有可能是哪种酶缺陷病,才能有目的地测那种酶。值得注意的是部分病例相关的酶活性在正常范围,其致病原因是与酶活性有关的激活蛋白的缺陷,如异染性脑白质营养不良等。这种情况不能用测酶活性的方法做产前诊断。虽然目前这组疾病的研究已达分子水平,随着基因检测的技术发展,基因诊断变的快捷和普及,通过基因检测和酶学分析综合运用,能提高溶酶体贮积症的产前诊断的准确性。
(杨尧)