Abstract
目的
探讨尿气相色谱-质谱法在遗传代谢病（IMD）高危患儿筛查中的应用价值，以及确诊IMD的疾病谱和确诊IMD患儿的临床特点，为临床诊断和治疗提供参考。
方法
回顾性分析2012年2月至2016年12月在天津市儿童医院就诊的15 851例IMD高危患儿且接受了尿气相色谱-质谱法检测的患儿的临床资料。
结果
15 851例IMD高危患儿中，检出代谢异常5 793例，占36.55%。确诊为IMD 117例（0.74%），其中甲基丙二酸血症77例（65.8%）。新生儿期IMD确诊患儿的临床表现主要为黄疸、代谢性酸中毒、肌张力异常、喂养困难、反应差、嗜睡或昏迷等，非新生儿期IMD确诊患儿的临床表现主要为精神运动发育落后、代谢性酸中毒、抽搐、反复呕吐、贫血等。
结论
气相色谱-质谱法是对IMD高危患儿筛查的有效方法；甲基丙二酸血症是最常见的IMD；新生儿期和非新生儿期IMD确诊患儿的临床表现有不同。
Keywords: 气相色谱-质谱法, 遗传代谢病, 儿童
Abstract
Objective
To explore the value of urine gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) in the screening of children at risk of inherited metabolic diseases (IMD), and to identify the disease spectrum of IMD and the clinical characteristics of children with IMD.
Methods
The clinical data of 15 851 children at risk of IMD who underwent urine GC-MS in the Tianjin Children's Hospital between February 2012 and December 2016 were retrospectively analyzed.
Results
In the 15 851 children, 5 793 (36.55%) were detected to have metabolic disorders. A total of 117 (0.74%) children were confirmed to have IMD, including 77 cases of methylmalonic acidemia (65.8%). The clinical manifestations of confirmed cases in the neonatal period mainly included jaundice, metabolic acidosis, abnormal muscular tension, feeding difficulty, poor response, and lethargy or coma. The clinical manifestations of confirmed cases in the non-neonatal period mainly included delayed mental and motor development, metabolic acidosis, convulsion, recurrent vomiting, and anemia.
Conclusions
GC-MS is an effective method for the screening for IMD in children at risk. Methylmalonic acidemia is the most common IMD. The clinical manifestations of IMD are different between the confirmed cases in the neonatal and non-neonatal periods.
Keywords: Gas chromatography-mass spectrometry, Inherited metabolic disease, Child
遗传代谢病（inherited metabolic disease, IMD）又称为先天性代谢缺陷（inborn errors of metabolism），是由于生化代谢途径中的酶、辅酶或运载蛋白缺陷或异常，导致底物堆积或产物缺乏，从而引起相应临床症状的一组疾病。目前已报道超过500种IMD，尽管每一种都比较罕见，但总体发病率并不低，大约1/2 500[1]。天津市儿童医院于2012年起采用气相色谱-质谱法（GC/MS）对临床IMD高危患儿进行检测，至2016年12月共检测了15 851例患儿。本研究对其临床资料进行回顾性分析，探讨GC/MS在IMD高危患儿筛查中的应用价值，以及确诊IMD的疾病谱和确诊IMD患儿的临床特点，为IMD的临床诊断和治疗提供参考。
1. 资料与方法
1.1. 研究对象
纳入2012年2月至2016年12月在天津市儿童医院就诊的IMD高危患儿共15 851例，其中男9 494例，女6 357例，年龄为1 d至16岁。纳入标准：（1）具有IMD可能高危因素的早产儿或巨大儿；（2）患儿有多发畸形、先天性心脏病等出生缺陷；（3）不明原因的反复呕吐、喂养困难、黄疸、抽搐、肝脾肿大、精神运动发育迟缓、肌张力异常、皮炎等；（4）难以解释的高氨血症、代谢性酸中毒、低血糖、贫血等；（5）母亲有不良妊娠/生育史者。患儿均接受了尿GC/MS检测，样本采集及检测经过天津市儿童医院伦理委员会批准和家长知情同意。
1.2. 标本采集
收集患儿新鲜尿液标本3 mL，晨尿或随机尿均可，尿液标本于-20℃冷冻保存。
1.3. 检测方法
对样品进行尿素酶预处理，除去尿素及蛋白质，加入内标，用三甲基硅烷基与三甲基氯硅烷混合进行甲基硅烷化衍生后，利用气相-色谱质谱仪检测[2-3]。色谱条件：分流进样，进样量1 μL，进样口温度260℃，离子源温度260℃，接口温度280℃。程序升温起始温度60℃，保持1 min，以17℃/min升至220℃，以15℃/min升至325℃，保持5 min。载气为氦气，流量控制方式为线速度，压力100 kpa，分流比为20%。质谱条件：电离方式EI；电子能量70 eV；质谱扫描范围：50~750 m/z；扫描方式为全扫描。
1.4. IMD的诊断
IMD的诊断主要依据GC/MS检测结果，结合临床表现及常规实验室检查结果综合判断，部分患儿通过反复检测及基因分析结果确诊，诊断标准参照文献[4]。
1.5. 统计学分析
应用SPSS 17.0统计软件对数据进行统计学分析，计数资料以百分比或万分率表示，组间比较采用χ2检验，P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1. IMD确诊患儿的一般资料
15 851例患儿中，发现代谢异常5 793例，占36.55%，其中确诊为IMD 117例，确诊率为0.74%。117例确诊患儿中，男性78例，女性39例；新生儿期（ < 28 d）29例，婴幼儿期（28 d至不满3岁）69例，学龄前期（3岁至不满7岁）13例，学龄期（7岁至不满13岁）6例。
2.2. IMD疾病谱
本研究共检出15种IMD，其中甲基丙二酸血症77例，占确诊患儿的65.8%，其次为高苯丙氨酸血症、β-脲酰丙酸酶缺陷症、琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症及戊二酸血症Ⅰ型。占比最高的前5种疾病合计占86.2%，见表 1。其中3例甲基丙二酸血症患儿通过反复检测确诊，6例β-脲酰丙酸酶缺陷症及1例2-甲基-3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶缺陷症患儿通过基因分析确诊。
1.
IMD确诊患儿的疾病谱
| 疾病 | 例数 | 占确诊患儿 百分比 |
检出率 (万分率) |
| 注：共检测患儿15 851例，确诊IMD患儿117例。 | |||
| 甲基丙二酸血症 | 77 | 65.8 | 48.6 |
| 高苯丙氨酸血症 | 8 | 6.8 | 5.0 |
| β-脲酰丙酸酶缺陷症 | 6 | 5.1 | 3.8 |
| 琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症 | 6 | 5.1 | 3.8 |
| 戊二酸血症Ⅰ型 | 4 | 3.4 | 2.5 |
| 枫糖尿症 | 3 | 2.6 | 1.9 |
| 尿素循环障碍 | 3 | 2.6 | 1.9 |
| 丙酸血症 | 2 | 1.7 | 1.3 |
| 尿黑酸尿症 | 2 | 1.7 | 1.3 |
| 高肌氨酸血症 | 1 | 0.9 | 0.6 |
| 戊二酸血症Ⅱ型 | 1 | 0.9 | 0.6 |
| 多种羧化酶缺乏症 | 1 | 0.9 | 0.6 |
| 异戊酸血症 | 1 | 0.9 | 0.6 |
| 3甲基戊二烯酸尿症 | 1 | 0.9 | 0.6 |
| 2甲基3羟基丁酰辅酶A脱氢酶缺陷症 | 1 | 0.9 | 0.6 |
| 合计 | 117 | 100 | 73.8 |
在新生儿期共检出6种IMD，占比前3位的依次是甲基丙二酸血症、高苯丙氨酸血症及枫糖尿症，占新生儿期确诊患儿的89.5%，见表 2。在非新生儿期共检出15种IMD，占比前3位的依次是甲基丙二酸血症、琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症及β-脲酰丙酸酶缺陷症，占非新生儿期确诊患儿的76.1%，见表 3。
2.
新生儿期IMD疾病谱
| 疾病 | 例数 | 占新生儿期IMD 患儿百分比 |
检出率 (万分率) |
| 注：共检测患儿15 851例，新生儿期IMD确诊患儿29例。 | |||
| 甲基丙二酸血症 | 21 | 72.4 | 13.2 |
| 高苯丙氨酸血症 | 3 | 10.3 | 1.9 |
| 枫糖尿症 | 2 | 6.8 | 1.3 |
| β-脲酰丙酸酶缺陷症 | 1 | 3.4 | 0.6 |
| 尿素循环障碍 | 1 | 3.4 | 0.6 |
| 丙酸血症 | 1 | 3.4 | 0.6 |
| 合计 | 29 | 100 | 18.3 |
3.
非新生儿期IMD疾病谱
| 疾病 | 例数 | 占非新生儿期 IMD患儿百分比 |
检出率 (万分率) |
| 注：共检测患儿15 851例，非新生儿期IMD确诊患儿88例。 | |||
| 甲基丙二酸血症 | 56 | 63.6 | 35.3 |
| 琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症 | 6 | 6.8 | 3.8 |
| β-脲酰丙酸酶缺陷症 | 5 | 5.7 | 3.2 |
| 高苯丙氨酸血症 | 5 | 5.7 | 3.2 |
| 戊二酸血症Ⅰ型 | 4 | 4.5 | 2.5 |
| 尿素循环障碍 | 2 | 2.3 | 1.3 |
| 尿黑酸尿症 | 2 | 2.3 | 1.3 |
| 枫糖尿症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 丙酸血症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 高肌氨酸血症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 戊二酸血症Ⅱ型 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 多种羧化酶缺乏症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 异戊酸血症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 3甲基戊二烯酸尿症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 2甲基3羟基丁酰辅酶A脱氢酶缺陷症 | 1 | 1.1 | 0.6 |
| 合计 | 88 | 100 | 55.4 |
2.3. IMD确诊患儿的临床特点
新生儿期IMD确诊患儿的临床表现主要为黄疸、代谢性酸中毒、肌张力异常、喂养困难、反应差、嗜睡或昏迷等，见表 4；非新生儿期IMD确诊患儿的临床表现主要为精神运动发育落后、代谢性酸中毒、抽搐、反复呕吐、贫血等，见表 5。
4.
29例新生儿期确诊IMD患儿的临床表现
| 临床表现 | 例数 | 百分比 |
| 黄疸 | 16 | 55 |
| 代谢性酸中毒 | 12 | 41 |
| 肌张力异常 | 9 | 31 |
| 喂养困难 | 9 | 31 |
| 反应差、嗜睡或昏迷 | 7 | 24 |
| 先天性心脏病 | 5 | 17 |
| 呼吸异常 | 4 | 14 |
| 抽搐 | 3 | 10 |
| 反复呕吐 | 3 | 10 |
| 贫血 | 2 | 7 |
| 低血糖 | 2 | 7 |
| 中性粒细胞减少 | 2 | 7 |
5.
88例非新生儿期确诊IMD患儿的临床表现
| 临床表现 | 例数 | 百分比 |
| 精神运动发育落后 | 32 | 36 |
| 代谢性酸中毒 | 16 | 18 |
| 抽搐 | 14 | 16 |
| 反复呕吐 | 13 | 15 |
| 贫血 | 13 | 15 |
| 反应差、嗜睡或昏迷 | 8 | 9 |
| 中性粒细胞减少 | 7 | 8 |
| 肌张力异常 | 7 | 8 |
| 呼吸异常 | 6 | 7 |
| 浮肿、蛋白尿 | 2 | 2 |
| 脑积水 | 2 | 2 |
| 黄疸 | 2 | 2 |
| 先天性心脏病 | 1 | 1 |
| 喂养困难 | 1 | 1 |
| 低血糖 | 1 | 1 |
2.4. 其他代谢异常种类
本研究检出的5 793例代谢异常患儿中，除了117例IMD确诊患儿，还包括其他原因引起的代谢异常5 676例（35.80%），其中酮尿1 929例（33.98%），酮性双羧酸尿680例（11.98%），甲基丙二酸略高623例（10.97%），乳酸尿症320例（5.64%），乳糖增高284例（5.00%），丝氨酸苏氨酸比例颠倒和比例减小275例（4.84%），半乳糖增高262例（4.62%），果糖增高201例（3.54%），3-羟基丙酸增高200例（3.52%），戊二酸增高181例（3.19%），氨基酸尿168例（2.96%），琥珀酸增高133例（2.34%），非酮性双羧酸尿120例（2.11%），4-羟基苯乳酸增高117例（2.06%），扁桃酸增高106例（1.87%），4-羟基苯丙酮酸增高72例（1.27%），2-羟基异戊酸增高65例（1.15%），N-乙酰酪氨酸增高55例（0.97%），高香草酸增高25例（0.44%），3-羟基异戊酸增高17例（0.30%），尿嘧啶增高13例（0.23%），甘油酸增高12例（0.21%），乙基丙二酸增高6例（0.11%），乳清酸增高5例（0.08%），2-羟基异己酸增高4例（0.07%），肌醇增高4例（0.07%），肌氨酸增高3例（0.05%）。
3. 讨论
IMD临床表现多样，且缺乏特异性，常规实验室检测手段难以诊断。IMD发病年龄越早，病情越重，病死率越高，是不明原因高危患儿死亡的重要原因之一。IMD若在出生后3个月内得不到及时诊断、干预和治疗，20%以上患儿可出现多器官和神经系统损害，若在出生6个月后才进行治疗，40%以上患儿可出现智力发育障碍[5]。自1966年Tanaka成功应用GC/MS诊断了首例异戊酸血症，GC/MS在国外IMD的筛查与诊断中已广泛应用，特别是在北美、欧洲、日本等发达国家和地区，而国内近些年也做了大量的工作[5-10]，使许多患者得到了早期诊断、干预和治疗，大多患者病情得到缓解。
本研究共检测IMD高危患儿15 851例，发现代谢紊乱患儿5 793例，占36.55%，确诊IMD 117例，确诊率为0.74%。该确诊率低于既往研究（2.10%~9.66%）[5-6, 8-9]。可能的原因是，随着临床医生对IMD的重视，扩大了高危患者的筛查数量，且由于未做串联质谱（tandem mass spectrometry, MS/MS）检测，未见异常的10 058例患儿中不能排除像氨基酸代谢缺陷、脂肪酸代谢异常等IMD。
本研究共检出15种IMD，其中甲基丙二酸血症77例，占确诊患儿的65.8%，其次为高苯丙氨酸血症、β-脲酰丙酸酶缺陷症、琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症及戊二酸血症Ⅰ型。无论是新生儿期还是非新生儿期，甲基丙二酸血症都是本组病例中最常见的IMD。本组病例IMD疾病谱与其他地区报道的不同[5-9, 11-14]，特别是检出了β-脲酰丙酸酶缺陷症及琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症患儿各6例。可能的原因为：（1）IMD疾病谱存在地区差异；（2）相对于遗传代谢病的发病率，上述各研究的样本数量可能过少，可能存在选择偏倚；（3）有的研究可能未将β-脲酰丙酸酶缺陷症及琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症这两种疾病的特异性代谢物纳入观察指标。
IMD的发病年龄跨度很大，从新生儿到成人均可发病，但以新生儿和婴幼儿多见。本研究117例IMD确诊患儿中，新生儿期确诊29例，婴幼儿期确诊69例，共98例（83.8%），与既往研究相似[8-9]。本研究中新生儿期IMD确诊患儿就诊时的临床表现主要为黄疸、代谢性酸中毒、肌张力异常、喂养困难、反应差、嗜睡或昏迷等，非新生儿期确诊患儿的临床表现主要为精神运动发育落后、代谢性酸中毒、抽搐、反复呕吐、贫血等。提示临床医生，当就诊患儿出现上述难以解释的临床表现时，应考虑IMD的可能，及时留尿送检，可联合MS/MS技术，必要时进行基因检测。本课题组曾报道了我国首例2甲基3羟基丁酰辅酶A脱氢酶缺陷症患儿，由于该病的尿筛查代谢谱缺乏特异性标记物，使得该病极易与另一种先天性异亮氨酸遗传代谢病，即乙酰辅酶A硫解酶缺陷症相混淆，最终通过基因分析确诊该病[15]。
目前已发现500多种IMD，而GC/MS联合MS/MS技术也仅能检出其中的100多种，因此临床医生需注意，即使IMD筛查结果阴性，也不能完全排除IMD。同时，对于高通量测序在IMD筛查中的应用，需注意当检测结果提示某种IMD，应注意患儿是否存在相应的代谢异常。本研究发现其他原因引起的代谢异常患儿5 676例（35.80%），低于郝虎等[9]报道的55.41%。在其他原因引起的代谢异常中，酮尿最多见，共检出1 929例（33.98%）。另外检出甲基丙二酸略高623例（10.97%）。由于近些年发现了一些轻型的或“良性”的甲基丙二酸血症患者[16-18]，因此对于这些甲基丙二酸略高的患者，临床医生需要区分是继发的还是遗传的，需进行进一步追踪观察。
综上所述，本研究资料显示，IMD高危患儿中，代谢异常检出率为36.55%，其中IMD确诊率为0.74%，新生儿期和非新生儿期最常见的IMD均为甲基丙二酸血症，不同时期IMD确诊患儿的临床表现有不同；GC/MS是对IMD高危患儿进行筛查的有效方法。本研究结果可为IMD的临床诊疗及遗传咨询提供参考。
Biography
林书祥, 男, 本科, 副主任技师
Funding Statement
天津市卫生与计划生育委员会科技基金（2013KY11）；天津市自然科学基金青年项目（16JCQNJC11900）
References
- 1.Tebani A, Abily-Donval L, Afonso C, et al. Clinical metabolomics:the new metabolic window for inborn errors of metabolism investigations in the post-genomic era. Int J Mol Sci. 2016;17(7):1167. doi: 10.3390/ijms17071167. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 2.Kuhara T. Diagnosis of inborn errors of metabolism using filter paper urine, urease treatment, isotope dilution and gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 2001;758(1):3–25. doi: 10.1016/S0378-4347(01)00138-4. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 3.Kuhara T. Diagnosis and monitoring of inborn errors of metabolism using urease-pretreatment of urine, isotope dilution, and gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2002;781(1-2):497–517. doi: 10.1016/S1570-0232(02)00670-0. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 4.张 美和, 丛 玉隆. 检验与临床诊断——儿科学分册. 北京: 人民军医出版社; 2006. pp. 45–130. [Google Scholar]
- 5.彭 薇, 张 万巧, 封 志纯. 气相色谱-质谱法检测遗传代谢性疾病高危患儿. http://www.wenkuxiazai.com/doc/ca54b4beddccda38366baf53.html 临床儿科杂志. 2014;32(9):888–891. [Google Scholar]
- 6.罗 小平, 王 慕逖, 魏 虹, et al. 尿滤纸片法气相色谱-质谱分析技术在遗传性代谢病高危筛查诊断中的应用. http://www.doc88.com/p-7935483334096.html 中华儿科杂志. 2003;41(4):9–12. [Google Scholar]
- 7.孙 卫华, 杨 毅, 曹 迪, et al. 气-质联用技术测定尿有机酸方法的建立及在遗传代谢病诊断中的应用. 中华检验医学杂志. 2008;31(10):1161–1165. doi: 10.3321/j.issn:1009-9158.2008.10.017. [DOI] [Google Scholar]
- 8.韩 凤, 韩 连书, 叶 军, et al. 气相色谱-质谱检测的564例遗传代谢病疾病谱分析. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhnfmdx201308014 中华内分泌代谢杂志. 2013;29(8):693–695. [Google Scholar]
- 9.郝 虎, 李 思涛, 欧阳 学军, et al. 遗传性代谢病高危婴幼儿4710例尿素酶预处理-气相色谱-质谱技术筛查分析. 中华实用儿科临床杂志. 2015;30(21):1660–1662. doi: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2015.21.017. [DOI] [Google Scholar]
- 10.田 国力, 王 燕敏, 许 洪平, et al. 非衍生化串联质谱技术筛查上海部分地区新生儿遗传代谢病的回顾性分析. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/lcjyzz201612007 临床检验杂志. 2016;34(12):909–912. [Google Scholar]
- 11.Shu J, Lv X, Jiang S, et al. Genetic analysis of the UPB1 gene in two new Chinese families with β-ureidopropionase deficiency and the carrier frequency of the mutation c.977G>A in Northern China. Childs Nerv Syst. 2014;30(12):2109–2114. doi: 10.1007/s00381-014-2541-1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 12.舒 剑波, 林 书祥, 孟 英韬, et al. 一个β-脲基丙酸酶缺陷症家系UPB1基因突变分析. http://www.docin.com/p-1681363103.html. 中华医学遗传学杂志. 2015;32(5):647–650. doi: 10.3760/cma.j.issn.1003-9406.2015.05.008. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 13.舒 剑波, 蔡 凤英, 范 文轩, et al. 一个琥珀酸半醛脱氢酶缺陷症家系ALDH5A1基因的突变检测. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhyxycx201701002 中华医学遗传学杂志. 2017;34(1):6–9. [Google Scholar]
- 14.娄 燕, 尹 娜, 陈 凤琴, et al. 串联质谱技术选择性筛查遗传代谢病高危患儿552例初步分析. http://www.cjcp.org/CN/abstract/abstract12531.shtml. 中国当代儿科杂志. 2011;13(4):296–299. [PubMed] [Google Scholar]
- 15.舒 剑波, 张 玉琴, 姜 淑贞, et al. 2甲基3羟基丁酰辅酶A脱氢酶缺陷症一家系基因突变分析. 中华儿科杂志. 2013;51(10):783–786. doi: 10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2013.10.014. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 16.Han L, Wu S, Ye J, et al. Biochemical, molecular and outcome analysis of eight Chinese asymptomatic individuals with methyl malonic acidemia detected through newborn screening. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25982642. Am J Med Genet A. 2015;167A(10):2300–2305. doi: 10.1002/ajmg.a.37147. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 17.Shinka T, Inoue Y, Yoshino M, et al. Two cases of benign methylmalonic aciduria detected during a pilot study of neonatal urine screening. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2002;776(1):65–70. doi: 10.1016/S1570-0232(02)00127-7. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 18.Lin HJ, Neidich JA, Salazar D, et al. Asymptomatic maternal combined homocystinuria and methylmalonic aciduria (cblC) detected through low carnitine levels on newborn screening. J Pediatr. 2009;155(6):924–927. doi: 10.1016/j.jpeds.2009.06.046. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]