左旋肉堿治療原發性肉堿缺乏癥的臨床研究進展

李嫻,于飛

(1.湖北醫藥學院湖北省婦幼保健院培養基地,武漢 430070;2.湖北省婦幼保健院兒童內分泌與遺傳代謝科,武漢 430070)

原發性肉堿缺乏癥(primary carnitine deficiency,PCD)是SLC22A5基因突變導致其細胞膜上肉堿轉運體(organic cation transporter type-2,OCTN2)功能受損,造成細胞內左旋肉堿缺乏,導致脂肪酸氧化代謝障礙,是一種常染色體隱性遺傳病[1]。PCD主要表現為急性低酮性低血糖、心肌病、骨骼肌病,甚至心源性猝死。不同國家或種族人群的PCD發病率為1/40 000～1/120 000,中國報道的不同地區發病率差異較大,為1/8 938～1/45 000[2]。隨著新生兒疾病篩查工作的廣泛開展,發現我國PCD患者實際發病率遠超之前公布的統計數據,給社會帶來巨大負擔[3]。PCD是少數可治療的遺傳代謝病之一,左旋肉堿為其主要治療藥物,安全有效,但近年來,有學者認為口服左旋肉堿有一定副作用,有增加患心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的潛在風險[4]。筆者就左旋肉堿治療PCD的臨床研究進展綜述如下。

1 左旋肉堿與PCD

健康人體內左旋肉堿(3-羥基-4-三甲基銨丁酸)3/4為外源性飲食攝入(以紅肉類和奶制品為主),1/4為內源性自身合成(以賴氨酸和甲硫氨酸為原料,主要在肝腎進行)[5]。左旋肉堿具有生物活性,主要功能是作為載體協助長鏈脂肪酸從胞質轉運至線粒體基質中進行β-氧化,減少細胞內過多脂肪酸的蓄積造成毒性作用,同時也為心肌、骨骼肌及肝臟等多臟器提供能量,尤其處于應激或感染情況下明顯[6]。此外,左旋肉堿還可通過降低乙酰輔酶A(乙酰CoA)/CoA比率,提高丙酮酸脫氫酶復合體的活性,促進糖的有氧氧化;提高線粒體呼吸鏈酶復合體的活性,加速產生三磷酰酐(ATP),為機體供能[7]。

PCD患者可出現心肌、骨骼肌、肝臟等組織的慢性進行性損害表現,也可急性起病,臨床表現個體差異明顯,成年期可發生易疲勞或無癥狀患病等;任何年齡患者都可因急性能量代謝障礙危象或急性心力衰竭而猝死[8]。對于高度依賴脂肪酸氧化代謝供能的臟器(心臟、骨骼肌等),更容易出現損害,補充左旋肉堿可促進心肌、骨骼肌細胞內脂肪酸β-氧化過程,有效改善細胞能量代謝,促進細胞功能恢復,起到保護臟器功能作用,有效降低猝死風險[9]。因此,早期應用左旋肉堿是臨床治療PCD患者的關鍵措施。早在1985年,美國食品藥品管理局(FDA)已批準左旋肉堿用于治療PCD[10]。

2 左旋肉堿治療PCD的臨床研究進展

2.1左旋肉堿治療PCD的原則和方法 PCD的治療原則為避免感染、饑餓及長時間高強度運動,若出現感染、手術史或能量代謝危象,建議及時靜脈補充葡萄糖及左旋肉堿;對于危重癥患者,建議輸注左旋肉堿的同時積極對癥支持治療[11]。PCD患者需終生服用左旋肉堿替代治療,以維持體內血漿游離肉堿水平正?；蚪咏?預防猝死及嚴重并發癥發生。

PCD的主要治療方法是補充左旋肉堿,即左卡尼汀口服溶液,推薦起始劑量50～100 mg·kg-1·d-1,每日最大安全補充劑量不超過3 g[12]。為提高口服左卡尼汀的生物利用度,通常選擇每日分3或4次給藥。但當出現急性能量代謝危象或嚴重并發癥危及生命時,應立即靜脈滴注大劑量左卡尼汀(100～400 mg·kg-1·d-1),對于急性能量代謝危象患者,應同時輸注葡萄糖(10%葡萄糖,10 mg·kg-1·min-1起),以維持血糖水平>5 mmol·L-1;若出現心力衰竭、心律失常、肝衰竭等危重癥患者,輸注左卡尼汀的同時需聯合相應的對癥處理(強心、利尿、擴血管、抗心律失常、護肝等)治療。對于病情穩定患者,長期口服劑量建議100～300 mg·kg-1·d-1,分3或4次給藥。應用左卡尼汀的具體劑量應根據患者血漿游離肉堿水平以及病情嚴重程度作相應調整,臨床醫師通常根據經驗進行劑量調整用藥[13]。PCD患者一旦開始接受口服左卡尼汀治療,需終生服用,突然自行停藥會導致血漿肉堿水平急劇下降,并可能導致死亡[14]。因此,規范用藥和針對性劑量調整對治療PCD至關重要。

2.2臨床治療

2.2.1新生兒PCD的治療 經新生兒疾病篩查確診的PCD患兒多無癥狀,少數為黃疸、腹瀉、抽搐等非特異性臨床表現,也需口服左卡尼汀來預防疾病發作。日常喂養方面,應盡可能避免饑餓及長時間高強度運動,喂養間隔時間一般不超過2～3 h[11]。一項左卡尼汀治療18例新生兒PCD的臨床療效評價中,給予左卡尼汀口服溶液初始劑量100 mg·kg-1·d-1,2周后,血漿肉堿及其他?；鈮A水平均高于治療前(均P<0.05),與正常新生兒比較均差異無統計學意義。其中有癥狀的患兒經治療后臨床癥狀消失,后期隨訪也無急性發病或猝死病例,且患兒生長、智力及運動發育均未見異常情況,無癥狀患兒一直未出現癥狀[15]。因此,左卡尼汀臨床治療新生兒PCD療效確切,能可逆性改善臨床癥狀,無癥狀患兒終生治療一般不會發病。

2.2.2母源性肉堿缺乏癥嬰兒的治療 通常這類嬰兒的母親需口服左卡尼汀治療,母乳喂養的嬰兒若其血漿游離肉堿水平低,則嬰兒需暫時口服左卡尼汀治療,后期復查正常即可停用;若嬰兒為人工喂養,由于牛奶或奶粉成分中含有左旋肉堿,且監測血漿游離肉堿水平正常,可無需口服左卡尼汀治療[16]。

2.2.3女性PCD的治療 左旋肉堿可通過胎盤從母親體內運輸至胎兒體內。近年來,隨著新生兒疾病篩查范圍的擴大,越來越多無癥狀母親PCD患者被發現,此類人群同樣有潛在健康風險,尤其孕期明顯。因為妊娠期女性血漿肉堿水平明顯低于非妊娠期,且隨妊娠進行而持續降低,可表現為易疲勞、心律失常、脂肪肝等[17]。在一項法羅群島65例猝死病例研究中,猝死與未經治療的PCD患者之間存在很強相關性,尤其是在女性中[18]。另一方面,左旋肉堿對胎兒生長發育和器官成熟也至關重要,但由于胎兒合成能力有限,幾乎全部依賴于母體通過胎盤供應。因此,PCD女性患者(包括無癥狀者)均需密切監測血漿肉堿水平,特別是懷孕期間,需嚴格遵醫囑口服左卡尼汀,并根據復查血漿肉堿水平適當增加劑量來維持體內正常血漿肉堿水平,以防止胎兒母源性肉堿缺乏的發生[19]。目前尚未發現對母親補充標準劑量左卡尼汀對胎兒有致畸作用[20]。

2.2.4并發癥患者的治療 PCD患者多見合并低血糖、心肌病、肝腫大,少數患兒可合并頑固性癲癇、急性肝衰竭、腦病等[21]。需盡早口服左卡尼汀治療,對于急癥、危重癥患者或禁食不能口服藥物者,則需靜脈補充左卡尼汀,同時予以相應的對癥支持治療(靜脈給予葡萄糖、護心、護肝、護腦以及止驚等)或由心臟、肝病、神經等?？七M行規范化治療和管理。大部分患者并發癥經過積極治療得以糾正和逆轉,極少數患者未能得到積極治療或進展迅速轉變為不可逆損傷,造成不良后果。LOUIS等[22]報道了1例4個半月患兒因肌張力減退、嘔吐、腹瀉就診,入院后病情迅速惡化,合并癲癇發作,心臟超聲顯示左心室擴大和嚴重心力衰竭,完善生化檢查確診PCD,立即予左卡尼汀注射液200 mg·kg-1·d-1,靜脈滴注,以及護心、止驚等對癥處理,但在入院4 d后死于嚴重心律失常和多器官衰竭。因此,PCD患者合并嚴重并發癥時才開始應用左卡尼汀治療可能療效不佳,短期無法逆轉病情。

2.2.5對不可逆病變的治療 極少數PCD患者因低血糖、能量代謝障礙或癲癇發作未及時糾正造成中樞神經系統不可逆損傷,出現智力落后、運動遲緩等表現[23]。在我國浙江省進行的一項為期3年的試點研究表明,在診斷較晚的大多數有癥狀的PCD患者中,智力低下和運動遲緩難以逆轉[24]。這類患兒通常需要在口服左卡尼汀藥物治療的基礎上輔以神經系統康復治療。CAMPOS等[25]報道1例表現為智力障礙和自閉癥譜系障礙的7歲PCD女性患兒,因發育落后、語言遲緩就診,入院完善顱腦磁共振檢查(magnetic resonance imaging,MRI)發現異常改變,基因檢查確診PCD,予左卡尼汀溶液口服(200 mg·kg-1·d-1),分2次給藥,持續2年,但由于PCD診斷較晚,左卡尼汀開始治療前就已出現神經系統損害表現,對其大腦功能造成的損害已無法逆轉,后期隨訪仍表現為智力落后及語言遲緩。因此,在發生不可逆轉的器官損害之前,盡早干預,及早補充左卡尼汀可能預防永久性后遺癥,提高生活質量。

2.3左旋肉堿的安全性及潛在風險 口服左旋肉堿在PCD長期治療中較安全有效,但仍存在一些不良反應及潛在風險。其不良反應較少,若大劑量口服可能出現腹瀉、腹痛或惡心等不適癥狀,但可通過減小單次給藥劑量或增加服藥次數以及加用口服甲硝唑等改善癥狀[26]。

近年來,有學者提出長期口服左旋肉堿有潛在風險,可顯著增加經腸道菌群代謝產生的氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)水平,TMAO可通過促進泡沫細胞的形成、抑制膽固醇的逆向轉運、參與血管的炎癥、加速內皮功能損傷以及促進血小板活化和血栓形成來加速動脈粥樣硬化過程,從而增加患CVD的風險[27]。一項針對口服左卡尼汀治療線粒體疾病增加血漿TMAO水平的研究中,對9例患者予左卡尼汀溶液口服,1 000 mg·d-1,分2或3次服用,持續1年以上,口服前后進行對比,結果發現血漿TMAO水平在口服左卡尼汀后增加11.8倍[28]。BORDONI等[29]研究在健康老年女性中,每日補充左旋肉堿類似物(左旋肉堿酒石酸鹽)1 500 mg,6個月后血漿TMAO水平顯著增加,較安慰劑組增加12倍,在停止補充左旋肉堿4個月后,血漿TMAO水平恢復至補充前水平。

左旋肉堿進入人體經小腸吸收,部分未被吸收的左旋肉堿可通過腸道微生物酶合成三甲胺(trimethylamine,TMA),隨后近95%TMA入血,通過門靜脈血進入肝臟,在黃素單氧化酶3(flavinmonooxygenase,FMO3)的作用下生成TMAO[30]。

2.3.1TMAO造成CVD的病理機制 動脈粥樣硬化是CVD的主要原因之一,血漿TMAO水平可通過以下5種途徑促進動脈粥樣硬化的發生。其一,TMAO可通過上調巨噬細胞清道夫受體CD36和SR-A1表達,促進脂質積累和泡沫細胞形成,加速動脈粥樣硬化形成過程[31]。其二,膽固醇逆向轉運(reverse cholesterol transport,RCT),通過將膽固醇從外周組織轉運至肝臟進行膽道排泄,有助于維持膽固醇穩態。TMAO可通過激活小異二聚體伴侶(small heterodimer partner,SHP)和法尼醇 X 受體(farnesol X receptor,FXP)途徑下調2種細胞色素酶(CYP7A1和CYP27A1)來抑制RCT途徑,減少膽固醇排泄,加速動脈粥樣硬化過程[32]。其三,動脈粥樣硬化也是一種慢性炎癥性疾病。TMAO可通過抑制SIRT3-SOD2-mtROS途徑和激活ROS-TXNIP途徑來增加活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成并激活內皮細胞中NLRP3炎癥小體引起血管損傷和炎癥反應[33]。另一方面,TMAO可激活核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號通路,增加炎癥相關基因的表達,包括白細胞介素6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、環氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)等,導致白細胞募集和血管炎癥[34]。氧化應激和炎癥反應在加速動脈粥樣硬化過程中共同發揮作用。其四,TMAO可造成內皮功能障礙。TMAO通過激活炎癥遞質高遷移率族蛋白B1 (high mobility group 1 protein,HMGB1)表達,從而刺激TOLL樣受體4(Toll-like receptors,TLR4)等多種受體,介導細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2及NF-κB信號通路,破壞內皮細胞緊密連接蛋白的表達,增加內皮細胞通透性,使低密度脂蛋白更容易進入內膜,造成動脈粥樣硬化[35]。NF-κB信號通路的激活,可上調血管細胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和細胞間黏附分子1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)的表達,單核細胞與血管細胞的黏附增強,加速內皮功能障礙[36]。其五,TMAO還可通過促進細胞內鈣離子儲存刺激依賴的鈣釋放來促進血小板高反應性和血栓形成[37]。

2.3.2TMAO水平升高引起CVD的臨床研究 血漿中TMAO水平與CVD的發病率、全因死亡率等呈正相關,GUASTI等[38]報道CVD患者3 807例,隨訪時間長達7年,血漿高TMAO水平的心血管不良事件發生風險較低TMAO水平人群高1.5倍(RR:2.05),其全因死亡率高3倍(RR:3.42)。LI等[39]對24項研究進行Meta分析總結發現,血漿高TMAO水平與患CVD風險增加有統計學意義。此外,高TMAO水平患者較低TMAO水平更容易死于CVD;還發現TMAO水平在CVD患者中與全因死亡率有顯著相關性,TMAO增加1個單位(1 μmol·L-1)與全因死亡風險增加9%相關(HR:1.09),驗證血漿中高TMAO水平對CVD風險有預測價值,可作為其危險因素。然而,目前所進行的臨床研究僅提供了TMAO水平增高引起CVD的臨床證據,研究對象尚未涉及PCD患者。因此,在PCD患者中口服左旋肉堿后造成CVD的直接聯系還需更多臨床研究進一步論證。

2.3.3預防CVD的干預措施 鑒于口服左旋肉堿可升高血漿TMAO水平,造成CVD潛在風險,因此通過降低血漿TMAO水平或抑制TMAO生成可作為CVD潛在的治療靶點[40]。

有學者針對降低血漿中TMAO水平提出改善給藥模式,即通過左旋肉堿靜脈給藥或左旋肉堿口服時加用抗菌藥物[41]。TANG等[42]對6例健康受試者給予甲硝唑(500 mg,bid)和環丙沙星(500 mg,qd)持續1周后,其血漿TMA和TMAO水平顯著降低,但在停用抗菌藥物7個月后TMAO水平恢復正常。然而,長期使用抗菌藥物可導致耐藥性及毒副作用,對機體傷害較大。因此,隨著研究的不斷深入,希望找到對機體影響較小且能降低TMAO水平的抗菌藥物。另外,陳艷等[43]認為藥物(3,3-二甲基-1-丁醇)能通過抑制TMA裂解酶來降低血漿TMAO 水平可作為臨床治療冠心病的一條思路,但目前僅有動物研究,還未開展臨床試驗,其安全性及有效性有待進一步證實。

另一方面,血漿TMAO水平與腸道微生物菌群有關[44]。一項對益生菌干預降低血漿TMAO水平的薈萃分析中,發現益生菌對TMAO的作用強烈依賴于菌株種類,只有少數菌株可降低TMAO水平,唯一在人和動物實驗中均可降低TMAO水平的是鼠李糖乳桿菌,導致微生物菌群組成發生顯著變化,來降低血漿TMAO水平;還有植物乳桿菌ZDY04、淀粉乳桿菌LAM1345、植物乳桿菌LP1145和產氣腸桿菌ZDY01等也可降低TMAO水平,但僅限于動物研究[45]。隨著腸道菌群與CVD的聯系越來越密切,益生菌作為一種干預手段可能有效且低成本,發現可降低TMAO水平且安全的益生菌菌株值得進一步研究。

由于TMA經FMO3催化作用生成TMAO,阻斷或降低FMO3活性也是預防CVD的治療手段。SHIH等[46]在高脂血癥小鼠模型中對FMO3基因進行敲除和過表達研究中發現,將小鼠FMO3基因敲除會使血漿TMAO濃度明顯下降,同時減輕動脈粥樣硬化負擔,也可以達到治療作用。但目前,其相關研究較少,具體機制還有待進一步探討。

3 總結與展望

綜上所述,多個臨床隨訪證實,長期口服左旋肉堿治療PCD安全有效,早期應用左旋肉堿是挽救PCD患者生命的關鍵,可有效預防不可逆臟器損害的發生,提高后期生活質量。盡管長期口服左旋肉堿會提高血漿TMAO水平,有增加CVD發生的風險,但目前相關機制尚未完全闡明,且研究對象尚未涉及到PCD患者。就目前隨訪研究來看,PCD患者早期口服左旋肉堿后幾乎很少出現嚴重并發癥(包括CVD)。因此,PCD患者早期口服左旋肉堿仍有必要,同時也需更多臨床研究來進一步探明口服左旋肉堿治療PCD患者是否會造成CVD的潛在風險。此外,為規避PCD患者中口服左旋肉堿后可能造成CVD的風險,通過研究TMAO造成CVD的病理機制,作為其治療靶點,目前這一治療思路已取得很大進展,今后應在此基礎上提出更優化治療措施。