Введение
Гетероциклические азотистые основания – пурины и пиримидины - являются исходными структурными элементами молекул нуклеозидов и нуклеотидов. Нуклеотиды принимают участие во множестве биохимических процессов. Наиболее известна роль пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов в качестве мономеров-предшественников при биосинтезе РНК и ДНК. Рибонуклеотиды выполняют в организме целый ряд важных функций: являются универсальными источниками энергии (например, АТФ), регуляторными сигналами, входят в состав коферментов (ФАД, НАД, НАДФ), служат переносчиками метильных групп (S-аденозилметионин), являются макроэргическими посредниками в углеводном обмене и в синтезе липидов. Обмен пуринов и пиримидинов в организме состоит из трех основных путей – синтеза, катаболизма и взаимопревращений нуклеозидов и нуклеотидов. Генетически обусловленные дефекты ферментов, принимающих участие в этих процессах, могут приводить к развитию заболеваний.Наследственные нарушения обмена пуринов и пиримидинов - группа генетически обусловленных нарушений метаболизма, до сих пор мало изучавшаяся в Российской Федерации, несмотря на то, что некоторые заболевания поддаются лечению. Во многом причиной тому служили трудности биохимической лабораторной диагностики этих заболеваний. С внедрением в клиническую практику метода высокоэффективной жидкостной хроматографии-хроматомасс-спектрометрии (ВЭЖХ-МС) стала возможной диагностика большинства наследственных нарушений обмена.
Клиническая симптоматика наследственной патологии пуринового и пиримидинового обмена широко варьирует по степени тяжести даже среди родственников из одной семьи. Наиболее часто при данном нарушении метаболизма страдают центральная нервная система, почки и система крови (Simmonds H.A. et al., 1997). Основным биохимическим признаком этих заболеваний является изменение содержания пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, нуклеозидов и их производных в биологических жидкостях (Hartmann S. etal., 2006) и в лизатах клеток.
Клинические проявления нарушения обмена пуринов и пиримидинов и общие представления о патогенезе этих заболеваний
Начальные симптомы этих болезней могут манифестировать в различном возрасте - от первых дней жизни до взрослого периода. Преобладание в клинической картине признаков поражения той или иной системы организма позволяет выделить среди наследственных нарушений обмена пуринов и пиримидинов группы заболеваний в соответствии с ведущим симптомокомплексом (Таблица 1).Таблица 1. Основные клинические проявления, тип наследования, сроки манифестации и частота наследственных заболеваний, обусловленных нарушением обмена пуринов и пиримидинов.
|
Заболевание |
Тип наследования |
Сроки манифестации |
Основные клинические проявления |
Частота встречаемости/ распространенность |
|
1. Болезни с преимущественным поражением ЦНС | ||||
|
Дефицит аденилосукцинат-лиазы (АДСЛ) |
АР |
Период новорож-денности - ранний детский возраст |
Задержка/отставание психоречевого и/или двигательного развития; непостоянные признаки: эпилепсия и/или аутизм |
5: 2 000 детей с недифференцированной патологией ЦНС (Sebesta I., Krijt J.) |
|
Дефицит AICAR-трансформилазы/ИМФ-циклогидролазы (ATIC) |
Предположительно АР |
Не установлена | ||
|
Дефицит дигидропиримидин-дегидрогеназы |
АР |
Не установлена | ||
|
Дигидропиримидинурия (Дефицит дигидропиримидиназы) |
АР |
1: 10 000 в Японии (SumiS., ImaedaM.) | ||
|
Дефицит β-уреидопропионазы |
АР |
Не установлена | ||
|
2. Сочетание поражения почек и тяжелого поражения ЦНС | ||||
|
Синдром Леш-Нихана, обусловленный отсутствием активности фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы (ГФРТ) |
Х-сцепленный |
С 3-4 месяцев до 1 года |
Дистоническая форма детского церебрального паралича в сочетании с аутоагрессией и уратной нефропатией |
1: 235 000 – 1: 380 живорожденных (Torres R.J., Puig J.G.) |
|
3. Заболевания с преимущественным поражением почек | ||||
|
Парциальный дефицит активности гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы (ГФРТ) – синдром Келли-Зигмиллера |
Х-сцепленный |
С детского возраста и старше |
Дизметаболическая нефропатия и/или мочекаменная болезнь, обусловленные образованием кристаллов из трудно растворимых соединений – мочевой кислоты, ксанитана и 2,8-дигидроксиаденина; Непостоянные признаки: артропатия/подагра, двигательные расстройства и/или задержка/отставание психоречевого развития |
Не установлена |
|
Гиперактивность фосфорибозил-пирофосфатсинтазы I (ФРПС I) |
Х-сцепленный |
С детского возраста и старше |
Не установлена | |
|
Наследственная ксантинурия (Дефицит ксантин-дегидрогеназы (ксантиноксидазы)) |
АР |
С 6 мес. и старше |
1: 6000 – 1: 69 000 (Harkness R.A., Coade S.B.; Harkness R.A., McCreanor G.M.) | |
|
Дефицит аденин-фосфорибозил-трансферазы (АФРТ) |
АР |
С периода новорожденности и старше |
Предположительно, 1:33 000 – 1:250 000 (Orphanet) | |
|
4. Наследственные иммунодефициты | ||||
|
Дефицит аденозин-дезаминазы (АДА) |
АР |
С периода новорожденности до школьного возраста |
Рецидивирующие тяжелые инфекции; непостоянные признаки: неврологические нарушения |
1: 1 000 000 новорожденных (http://www.orphan-europe.com) |
|
Дефицит пурин-нуклеозидфосфорилазы (ПНФ) |
АР |
1-6 лет, иногда в более старшем возрасте |
Не установлена | |
|
5. Наследственная анемия | ||||
|
Наследственная оротовая ацидурия |
АР |
1,5 месяца – 7 лет |
Анемия, устойчивая к терапии препаратами железа, витамином В12 и фолиевой кислотой; непостоянные признаки: задержка/отставание психомоторного развития, задержка физического развития; гемолитическая анемия |
Не установлена |
|
Дефицит пиримидин-5-прайм-нуклеотидазы |
АР |
С детского возраста и старше |
Не установлена | |
АД – аутосомно-доминантный тип наследования.
Знание характерных клинических признаков позволяет выделить основные клинические показания для исследования обмена пуринов и пиримидинов:
-Для болезней, протекающих с преимущественным поражением нервной системы, характерна задержка/отставание психического или психомоторного развития различной степени тяжести (от легкой до глубокой) с раннего возраста и часто сочетающаяся с мышечной гипотонией или гипертонусом, эпилептическими приступами, аутизмом.
-При заболеваниях с преимущественным поражением почек клиническая симптоматика обусловлена образованием в организме трудно растворимых соединений - мочевой кислоты, ксантина, 2,8-дигидроксиаденина, - что проявляется в виде дизметаболической нефропатии и/или мочекаменной болезни. Поражение почек часто сочетается с ранним развитием подагрического артрита и иногда – с неврологическими нарушениями в виде сенсоневральной тугоухости, атаксии, экстрапирамидных расстройств, задержки психомоторного развития; у отдельных больных возможно развитие острой почечной недостаточности.
-Сочетанное тяжелое поражение нервной системы и почек наблюдается при синдроме Леш-Нихана, обусловленном полным отсутствием активности фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы (ГФРТ). Для заболевания характерна задержка психомоторного развития с 3-месячного возраста и формирование к 6 – 12 месяцам жизни дистонической формы церебрального паралича в сочетании с аутоагрессивным поведением и уратной нефропатией.
-Болезни, для которых характерна патология системы крови, проявляются либо в виде гипохромной анемии, устойчивой к терапии препаратами железа, витамином В12 и фолиевой кислотой, либо в виде гемолитической анемии. Анемия может сочетаться с задержкой/отставанием психомоторного развития и/или задержкой физического развития.
-Нарушения обмена пуринов, для которых характерна патология системы иммунитета, клинически манифестируют повторными утяжеляющимися с возрастом инфекциями (синуситами, отитами, трахеобронхитами и пневмониями), возможно фатальное течение вакцино-ассоциированной инфекции. У больных с иммунодефицитными состояниями нередко наблюдаются неврологические расстройства, включающие спастичность, нистагм, задержку психомоторного развития.
Изучению патогенетических механизмов наследственных нарушений обмена пуринов и пиримидинов придается особое значение, так как понимание этих механизмов во многом способствует разработке путей эффективного лечения и профилактики данных заболеваний.
Главными пуриновыми основаниями являются аденин и гуанин, пиримидиновыми – цитозин, тимин и урацил (Марри Р. и соавт., 1993). Указанные азотистые основания формируют основу структуры ДНК и РНК, а также ряда важнейших коферментов и циклических нуклеотидов. Поэтому поддержание баланса концентраций пуриновых и пиримидиновых оснований, нуклеозидов, нуклеотидов и их производных для каждого типа клеток или отдельных органов во многом определяет успешное развитие и функционирование как всего организма, так и определенных тканей и органов.
Результаты изучения патогенетических механизмов отдельных нозологических форм наследственной патологии обмена пуринов и пиримидинов свидетельствуют о том, что нарушение активности ферментов, участвующих в обмене этих соединений, приводит к накоплению в клетках и в биологических жидкостях субстратов дефектных ферментов. Избыток этих субстратов может сам по себе оказывать токсическое воздействие на определенные типы клеток и ткани; избыточное количество субстрата также может метаболизироваться в других биохимических путях с образованием токсичных для определенных клеток продуктов; возможно отрицательное влияние аккумулирующегося продукта на транспорт азотистых оснований и нуклеозидов внутрь клетки, что может нарушать функцию и жизненный цикл отдельных клеточных популяций (Scriver CR, 2001). Внутриклеточные концентрации дезоксинуклеозидтрифосфатов имеют тесные механизмы регуляции, и нарушение баланса содержания дезоксинуклеозидтрифосфатов в клетке может иметь генотоксические последствия (MathewsCK, 2006).
Лабораторная диагностика наследственных нарушений обмена пуринов и пиримидинов
Биохимическая диагностика включает в себя «рутинные» и высокотехнологичные методы исследования. Ряд заболеваний, обусловленных нарушением обмена пуринов, можно заподозрить на основании изменения содержания мочевой кислоты в плазме крови и в моче, так как мочевая кислота является конечным продуктом катаболизма пуринов.
Основными биохимическими показаниями для исследования нарушения обмена пуринов являются:
- повышенное содержание мочевой кислоты в сыворотке крови в сочетании с повышенной экскрецией мочевой кислоты с мочой;
- низкое содержание мочевой кислоты в сыворотке крови в сочетании со снижением ее экскреции с мочой;
- снижение значения коэффициента суточной экскреции уратов с мочой по отношению к содержанию креатинина в суточном анализе мочи (Ur/Cr).
Исследование концентрации мочевой кислоты в биологических жидкостях проводится при помощи энзиматического колориметрического метода, доступного биохимическим лабораториям большинства поликлиник и многопрофильных стационаров. Для определения содержания метаболитов пиримидинов широкодоступных «рутинных» методов биохимических исследований не существует.
Для установления диагноза большинства наследственных нарушений обмена пуринов и пиримидинов требуется исследование специфических метаболитов в биологических жидкостях (чаще всего в моче) или в клетках крови при помощи метода высокоэффективной жидкостной хроматографии-хроматомасс-спектрометрии (ВЭЖХ-МС). Данный метод является быстрым, точным и специфичным для диагностики нарушений этого вида обмена (Hartmann S. et al., 2006). ВЭЖХ-МС относится к высокотехнологичным методам исследования, требует специального оборудования и осуществляется в специализированных лабораториях и центрах, занимающихся наследственными болезнями обмена. Спектр наследственных дефектов обмена пуринов и пиримидинов, выявляемых при помощи ВЭЖХ-МС, представлен в Таблице 2.
Таблица 2. Наследственные нарушения обмена пуринов и пиримидинов, выявляемые с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии-хроматомасс-спектрометрии (ВЭЖХ-МС).
Заболевание |
Специфические метаболиты пуринов и пиримидинов в моче/или в эритроцитах, определяемые с помощью ВЭЖХ-МС |
|
Дефицит аденилосукцинат-лиазы (АДСЛ) |
в моче: ↑↑ сукциниладенозин (S-Ado); ↑↑ сукцинил-аминоимидазолкарбоксамидо-рибозид (SAICAR) |
|
Дефицит AICAR-трансформилазы/ИМФ-циклогидролазы (ATIC) |
в моче: ↑↑ аминоимидазолкарбоксамидо-рибозид (AICA-рибозид); ↑ сукциниладенозин (S-Ado); ↑ сукцинил-аминоимидазолкарбоксамидо-рибозид (SAICAR) |
|
Дефицит дигидропиримидин-дегидрогеназы |
в моче: ↑↑ урацил и тимин |
|
Дефицит дигидропиримидиназы |
в моче: ↑↑ дигидроурацил; ↑↑ дигидротимин; ↑ урацил; ↑ тимин |
|
Дефицит β-уреидопропионазы |
в моче: ↑ β-уреидопропионат; ↑ β-уреидоизобутират; ±↑ дигидроурацил; ±↑ дигидротимин; ±↑ урацил; ±↑ тимин |
|
Синдром Леш-Нихана, обусловленный отсутствием активности фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы (ГФРТ) |
в моче: ↑↑ мочевая кислота; ↑ гипоксантин |
|
Гиперактивность фосфорибозил-пирофосфат-синтазы I (ФРПС I) |
в моче: ↑ гипоксантин, ↑ ксантин |
|
Наследственная ксантинурия - дефицит ксантин-оксидоредуктазы (ксантиноксидазы) |
в моче: ↑↑ ксантин; ↑ гипоксантин |
|
Дефицит аденин-фосфорибозилтрансферазы (АФРТ) |
в моче: ↑ 2,8-дигидроксиаденин |
|
Дефицит аденозин-дезаминазы (АДА) |
в моче: ↑ аденозин; ↑ дезоксиаденозин |
|
Дефицит пурин-нуклеозид-фосфорилазы |
в моче: ↑ инозин; ↑ гуанозин; ↑ дезокси-инозин; ↑ дезоксигуанозин |
|
Наследственная оротовая ацидурия I типа |
в моче: ↑↑ оротовая кислота |
|
Дефицит пиримидин-5-прайм-нуклеотидазы |
в эритроцитах: ↑ пиримидиновых нуклеотидов – уридина и цитидина трифосфатов |
↑↑ - значительное повышение концентрации;
± - непостоянные изменения.
Для подтверждения диагноза также используют методы определения активности ферментов в эритроцитах и культурах клеток больных и молекулярно-генетические исследования, позволяющие выявить мутации в генах, кодирующих ферменты, участвующие в обмене пуринов и пиримидинов.
Общие принципы лечения наследственных нарушений обмена пуринов и пиримидинов
Верификация нозологической формы нарушения обмена пуринов или пиримидинов проводится врачом-генетиком на основании совокупности клинико-генеалогических данных и результатов проведенных исследований. После установления диагноза назначается лечение, которое, в зависимости от тяжести состояния больного и основных клинических проявлений может осуществляться на базе специализированных учреждений медико-генетического профиля, общепедиатрических и специализированных отделений многопрофильных стационаров или на базе поликлиник с участием врачей-педиатров, неонатологов, нефрологов, иммунологов, гематологов, психоневрологов.
Патогенетическое лечение наследственных нарушений пуринового и пиримидинового обмена остается мало разработанным. До сих пор лечение многих форм этих заболеваний часто носит симптоматический характер. Основные принципы лечения больных с нарушением пуринового и пиримидинового обмена представлены в Таблице 3.
Таблица 3. Принципы лечения больных с наследственными нарушениями обмена пуринов и пиримидинов.
Заболевание/заболевания |
Способ лечения |
Цель предлагаемой терапии и ее эффект |
|
Синдром Леш-Нихана и парциальный дефицит ГФРТ; гипреактивность ФРПФС I; семейная ювенильная гиперурикемическая нефропатия; наследственная ксантинурия I типа (дефицит ксантиндегидрогеназы); дефицит АФРТ |
Медикаментозная терапия с помощью Аллопуринола |
Снижение образования трудно растворимых соединений, предотвращение развития нефролитиаза и подагрического артрита, у некоторых больных – профилактика формирования почечной недостаточности; препарат не влияет на неврологические расстройства |
|
Тяжелый комбинированный иммунодефицит, обусловленный недостаточностью аденозиндезаминазы |
-Пересадка костного мозга; -Заместительная ферментная терапия с использованием бычьих эритроцитов, обработанных полиэтиленгликолем (PEG-ADA); -Генная терапия |
Полное или частичное восстановление функций иммунной системы; не влияет на неврологические расстройства |
|
Парциальный Т-клеточный иммунодефицит, обусловленый недостаточностью пурин-нуклеозид-фосфорилазы |
-Пересадка костного мозга |
Полное или частичное восстановление функций иммунной системы; Не влияет на неврологические расстройства |
|
Наследственная оротовая ацидурия |
Уридин |
Исчезновение проявлений анемии, нормализация темпов физического развития, - нормализация психомоторного развития при рано начатом лечении |
|
Дефицит пиримидин-5-прайм-нуклеотидазы |
Специфическое лечение отсутствует |
Нет |
|
Дефицит миоаденилат-дезаминазы (аденозин-монофосфат-дезаминазы I) |
Специфическое лечение отсутствует |
Нет |
|
Дефицит АДСЛ, ATIC, дигидропиримидин-дегидрогеназы, дигидропиримидиназы и β-уреидопропионазы |
Специфическое лечение отсутствует. Симптоматическая терапия: антиконвульсанты – по показаниям, ноотропные препараты, корректоры поведения – по показаниям |
Уменьшение эпилептических проявлений. |
Список литературы:
1. Simmonds HA, Duley JA, Fairbanks LD, McBride MB. When to investigate for purine and pyrimidine disorders: introduction and review of clinical and laboratory indications. J Inherit Metab Dis 1997;20:214-226.
2. Hartmann S, Okun JG, Schmidt C-D, Garbade SF et al. Comprehensive Detection of Disorders of Purine and Pyrimidine Metabolism by HPLC with Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry. Clinical Chemistry. 2006;52:1127-1137.
3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. Перев с англ. под ред. Гинодмана Л.М. и Кандрора В.И., Москва «Мир», 1993, Т.2, 414 с.
4. Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, Childs B, Kinzler KW, Vogelstein B. “The Metabolic And Molecular Bases of Inherited Disaes” eight edition, 2001. Vol II, p. 2528.
5. Mathews CK. DNA precursor metabolism and genomic stability. The FASEB Journal, Vol 20, July 2006, P. 1300-1314.
6. Sumi S, Imaeda M., Kidouchi K., Ohba S., Hamajima N., Kodama K., Togari H., Wada Y.: Population and family studies of dihydripyrimidinuria; prevalence, inheritance mode, and risk of fluorouracil toxicity. Am J Med Genet 63:717, 1998.
7. Harkness R.A., Coade S.B., Walton K.R., Wright D: Xanthine oxidase deficiency and ‘Dalmatian’ hypouricemia: Incidence and effect of exercise. J Inherit Metab Dis 6:114, 1983.
8. Harkness R.A., McCreanor G.M., Simpson D, MacFadyen I.R.: Pregnancy in and incidence of xanthine oxidase deficiency. J Inherit Metab Dis 9:407, 1986.
9. Merceles R., Martin J.J, DeHaene I., DeBarsy T.H., Van den Berghe G.: Myoadenilate deaminase deficiency in a patient with facial and limb girdle myopathy. J Neurol 225:157, 1981.
10. Sebesta I., Krijt J., Kmoch S., Hartmannová H., Wojda M., Zeman J.Adenylosuccinase deficiency: clinical and biochemical findings in 5 Czech patients. J Inherit Metab Dis. 1997 Jul;20(3):343-4.
11. Torres R.J., Puig J.G. Hypoxanthine-guanine phosophoribosyltransferase (HPRT) deficiency: Lesch-Nyhan syndrome. Orphanet J Rare Dis. 2007; 2: 48.
http://www.orpha.net/data/patho/GB/uk-APRT.pdf Simmonds HA. Adenine phosphoribosyltransferase deficiency. Orphanet Encyclopedia, July 2003.
http://www.orphan-europe.com/
Список сокращений:
AICAR - аминоимидазолкарбоксамидо-рибозид
ATIC - аминоимидазол-карбоксамидорибозид-трансформилаза/инозинмонофосфат-циклогидролаза
Ur/Cr – коэффициент соотношения содержания уратов к концентрации креатинина в суточном анализе мочи
АД – аутосомно-доминантный тип наследования
АДА - аденозиндезаминаза
АДСЛ - аденилосукцинатлиаза
АР – аутосомно-рецессивный тип наследования
АФРТ - аденинфосфорибозилтрансфераза
ВЭЖХ-МС – высокоэффективная жидкостная хроматография-хроматомасс-спектрометрия
