Tổng quan về phân tích acid amin trong dịch sinh học phục vụ chẩn đoán và điều trị một số bệnh

DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT BCAA Acid amin chuỗi nhánh BCKA Ketoacid chuỗi nhánh BCKD Enzym dehydrogenase các ketoacid chuỗi nhánh BDS Giọt máu khô FLD detector huỳnh quang GAI Bệnh

MỘT SỐ BỆNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

HÀ NỘI - 2020

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến ThS Vũ

Ngân Bình và PGS.TS Phạm Thị Thanh Hà, những người đã trực tiếp hướng dẫn,

truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ tôi trong

suốt quãng thời gian tôi thực hiện khóa luận

Tôi xin chân thành cảm ơn cảm ơn các thầy cô và các anh chị kỹ thuật viên đang

công tác tại bộ môn Hóa Phân tích và Độc chất – Trường Đại học Dược Hà Nội đã động

viên và tạo điều kiện thuận lợi để giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô đã luôn quan tâm, giúp đỡ tôi và bạn

bè đã đồng hành cùng tôi trong suốt những tháng năm học tập tại trường Cảm ơn các

anh chị và các bạn đã và đang thực hiện khóa luận tại bộ môn Hóa Phân tích và Độc

chất đã luôn gắn bỏ, chia sẻ cùng nhau, giúp đỡ lẫn nhau trong suốt khoảng thời gian

thực hiện khóa luận này

Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ và những người thân yêu

trong gia đình đã luôn yêu thương tôi, ủng hộ và động viên tôi, tạo mọi điều kiện tốt nhất

để giúp tôi hoàn thành khóa luận này

Do thời gian cũng như kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế, khóa luận này

không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và

các bạn để khóa luận được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2020 Sinh viên

Phan Thị Ngân Giang

MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ BỆNH LIÊN QUAN ĐẾN THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ ACID AMIN TRONG MÁU VÀ NƯỚC TIỂU 2

1.1 Bệnh do rối loạn chuyển hoá acid amin bẩm sinh 2

1.1.1 Rối loạn chuyển hoá acid amin thơm 3

1.1.1.1 Phenylketonuria (PKU) 4

1.1.1.2 Non-PKU hyperphenylalaninemia (HPA) 5

1.1.1.3 Tyrosinemia 7

1.1.1.4 Hawkisinuria 9

1.1.1.5 Alkaptonuria 9

1.1.2 Rối loạn chuyển hóa các acid amin chuỗi nhánh 10

1.1.2.1 Bệnh siro niệu (MSUD) 11

1.1.2.2 Hypervalinemia 13

1.1.2.3 Isovaleric acidemia (IVA) 14

1.1.2.4 Giảm betaketothiolase 15

1.1.3 Rối loạn các acid amin có chứa lưu huỳnh 15

1.1.3.1 Hypermethioninemia 16

1.1.3.2 Homocystinuria 18

1.1.3.3 Sulfocysteinuria 19

1.1.4 Rối loạn chuyển hóa glycin (Nonketotic Hyperglycinemia) 20

1.1.5 Một số rối loạn khác 21

1.1.5.1 Methylmalonic acidemia (MMA) 21

1.1.5.2 Propionic acidemia 23

1.1.5.3 Thiếu hụt arginase-1 (Hyperargininmia) 24

1.1.5.4 Glutaric acidemia typ I (GAI) 24

1.1.5.5 Hyperprolinemia (HPI) 25

1.2 Các bệnh khác liên quan 26

1.2.1 Béo phì và rối loạn mỡ máu 27

1.2.2 Kháng insulin 27

1.2.3 Đái tháo đường 27

1.2.4 Các rối loạn về thần kinh và tâm thần 28

1.2.5 Ung thư 28

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ACID AMIN TRONG DỊCH SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU, CHẨN ĐOÁN VÀ THEO DÕI ĐIỀU TRỊ MỘT SỐ BỆNH 30

2.1 Lựa chọn loại mẫu và cách lấy mẫu 30

2.1.1 Loại mẫu 30

2.1.2 Cách lấy mẫu 31

2.2 Xử lý mẫu 31

2.3 Dẫn xuất hóa 33

2.3.1 Sự cần thiết dẫn xuất hóa với acid amin 33

2.3.2 Tác nhân dẫn xuất hóa 33

2.3.3 Cách thức dẫn xuất hóa 35

2.3.3.1 Dẫn xuất hóa trước cột 35

2.3.3.2 Dẫn xuất hóa sau cột 35

2.4 Kỹ thuật phân tích 36

2.4.1 Các kỹ thuật sắc ký 36

2.4.1.1 Sắc ký lỏng pha đảo 36

2.4.1.2 Sắc ký trao đổi ion 37

2.4.1.3 Sắc ký lỏng tương tác thân nước 38

2.4.1.4 Sắc ký khí 40

2.4.2 Các loại detector dùng trong sắc ký 40

2.4.2.1 UV/PDA 40

2.4.2.2 Huỳnh quang 40

2.4.2.3 Khối phổ 41

2.4.3 Điện di 41

2.4.3.1 CE-UV 41

2.4.3.2 CE-LIF 42

2.4.3.3 CE-MS 43

CHƯƠNG 3 BÀN LUẬN 46

3.1 Các bệnh chuyển hóa liên quan đến acid amin 46

3.2 Các kỹ thuật phân tích acid amin trong dịch sinh học 46

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 48

4.1 Kết luận 48

4.2 Đề xuất 48

DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

BCAA Acid amin chuỗi nhánh

BCKA Ketoacid chuỗi nhánh

BCKD Enzym dehydrogenase các ketoacid chuỗi nhánh

BDS Giọt máu khô

FLD detector huỳnh quang

GAI Bệnh Glutaric acidemia typ I

GC Sắc ký khi

GNMT Glycin N-methyltransferase

GSC Phức hợp enzym phân cắt glycin

GTPCH Guanosin triphosphat cyclohydrolase

HILIC Sắc ký lỏng tương tác thân nước

HPA Bệnh tăng phenylalanin không do PKU

HPI Bệnh Hyperprolinemia

IEM Rối loạn chuyển hóa bẩm sinh

IVA Bệnh Isovaleric acidemia

MAT Methionin adenosyl transferase

MET Bệnh Hypermethioninmia

MSUD Bệnh siro niệu

MTHFR Methylen tetrahydrofolat reductase

MUT Methylmalonyl-CoA mutase

NMDT N-methyl-D-aspartat

NPLC Sắc ký lỏng pha thường

NTBC 2- (2-nitro-4-trifluoro -methylbenzoyl) 1,3-cyclohexanedion PCD Pterin-4α-carbinolamin dehydratase

PKU Bệnh Phenylketonuria

PTPS Pyruvoyl tetrahydropterin synthase

RLCH Rối loạn chuyển hóa

RPLC Sắc ký lỏng pha đảo

SAH S-adenosyl methionin

SAHH S-adenosylhomocystein hydrolase

SAM S-adenosyl methionin

SSA 5-sulfosalicylic acid

THF Methyl trong tetrahydrofolat

TYR Bệnh Tyrosinemia

δ-ALA δ - aminolevulinic acid

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Giá trị chẩn đoán và mục tiêu điều trị một số bệnh hiếm 29Bảng 3.1 Các phương pháp định lượng acid amin trong dịch sinh học 44

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Con đường chuyển hóa phenylalanin và tyrosin 4

Hình 1.2 Con đường tổng hợp và tái tổng hợp BH4 6

Hình 1.3 Quá trình chuyển hóa các acid amin chuỗi nhánh 11

Hình 1.4 Quá trình chuyển hóa methionin và cystein trong dịch sinh học 16

Hình 1.5 Quá trình chuyển hóa của prolin 26

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rối loạn chuyển hóa là một tình trạng bệnh đang nhận được rất nhiều sự quan tâm hiện nay Các bệnh này tuy hiếm gặp nhưng lại có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người bệnh Bệnh thường có tiên lượng tốt nếu được phát hiện sớm nhưng lại có tỷ

lệ tử vong cao nếu không được điều trị kịp thời [196] Một trong những rối loạn chuyển hóa thường gặp là rối loạn chuyển hóa acid amin, trong đó các các enzym tham gia quá trình tổng hợp hoặc chuyển hóa acid amin bị thay đổi hoạt tính, dẫn đến nồng

độ các acid amin trong cơ thể bị thay đổi đột biến, có thể nguy hiểm đến tính mạng [164] Do đó, việc định lượng acid amin nói chung và sàng lọc sơ sinh ở trẻ nhỏ nói riêng là vô cùng quan trọng để phát hiện sớm các bất thường trong cơ thể, tăng cơ hội cải thiện sức khỏe cho người bệnh Ngoài ra, phân tích acid amin trong dịch sinh học còn được ứng dụng để đánh giá tình trạng bệnh nhân và theo dõi hiệu quả điều trị của phác đồ chữa bệnh

Bên cạnh đó, một số bệnh khác cũng ghi nhận sự thay đổi nồng độ acid amin trong máu như đái tháo đường, rối loạn lipid máu, ung thư, trầm cảm… Nhiều nghiên cứu mong muốn tìm được mối liên hệ giữa nồng độ acid amin với nguy cơ mắc các bệnh này cũng như mức độ bệnh [211, 214] Do đó phân tích acid amin trong dịch sinh học có khả năng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y học khác nhau

Tuy nhiên, việc phân tích acid amin trong dịch sinh học còn gặp nhiều khó khăn Các phân tử acid amin có kích thước nhỏ, phân cực mạnh và có cấu trúc tương đồng với nhau, ngoài ra nền mẫu dịch sinh học còn rất phức tap, do đó các kỹ thuật phân tích acid amin trong dịch sinh học còn gặp nhiều hạn chế

Đề tài ―Tổng quan về phân tích acid amin trong chẩn đoán và theo dõi điều trị một số bệnh‖ được tiến hành với hai mục tiêu:

- Tổng quan về một số bệnh liên quan đến thay đổi nồng độ acid amin trong dịch sinh học

- Tổng quan các phương pháp phân tích acid amin trong dịch sinh học phục vụ chẩn đoán và theo dõi điều trị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ BỆNH LIÊN QUAN ĐẾN THAY ĐỔI

NỒNG ĐỘ ACID AMIN TRONG MÁU VÀ NƯỚC TIỂU

Acid amin là các hợp chất hữu cơ có hai nhóm chức: amin (-NH2) (trừ prolin có nhóm imin) và carboxyl (-COOH) Hiện nay người ta đã tìm thấy hơn 300 acid amin khác nhau, tuy nhiên chỉ có 21 acid amin tham gia tổng hợp protein, cần thiết cho các quá trình sinh hóa khác nhau của cơ thể sống Các acid amin này được chia ra thành acid amin thiết yếu và không thiết yếu Acid amin thiết yếu là các acid amin không thể tổng hợp trong cơ thể mà phải được cung cấp từ chế độ dinh dưỡng, gồm có histidin, isoleucin, leucin, lysin, methionin, phenylalanin, threonin, tryptophan và valin Các acid amin có thể tự tổng hợp trong cơ thể được gọi là các acid amin không thiết yếu, bao gồm alanin, arginin, arparagin, glutamat, glutamin, glycin, prolin và serin được tổng hợp từ glucose; tyrosin từ quá trình chuyển hoá của phenylalanin và cystein từ quá trình chuyển hoá của methionin [22] Acid amin thứ 21 là selenocystein, acid amin duy nhất trong số các acid amin cấu trúc protein có chứa vi chất thiết yếu của cơ thể (selen), được mã hóa bởi codon UGA và được tổng hợp trên tARN, đòi hỏi một bộ máy tổng hợp dựa trên tARN phức tạp để tổng hợp, vận chuyển tới ribosom và gắn vào selenoprotein mới sinh Acid amin này có vai trò quan trọng trong các quá trình tế bào như stress oxy hoá, con đường tín hiệu, chuyển hoá hormon thyroid, quá trình cuộn xoắn protein và cân bằng nội môi selen [170]

Acid amin đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động sống của cơ thể Chúng tham gia quá trình tổng hợp năng lượng thông qua chu trình Kreb và tạo sản phẩm amoniac được thải ra ngoài cơ thể Acid amin tham gia cấu trúc protein - đại phân tử sinh học tham gia hầu hết các quá trình của tế bào, đóng vai trò chủ yếu trong sự hình thành, duy trì cấu trúc và chức năng của cơ thể sống Ngoài ra chúng còn là tiền chất của các chất dẫn truyền thần kinh, porphyrin và nitric oxyd [6, 164] Nồng độ acid amin trong dịch sinh học thay đổi phản ánh những rối loạn chuyển hóa khác nhau của

cơ thể và được biểu hiện thành các bệnh và triệu chứng khác nhau tùy từng loại rối loạn và mức độ nặng hay nhẹ của rối loạn Chương này tổng quan về các bệnh liên quan đến sự thay đổi nồng độ acid amin trong dịch sinh học, được chia thành 2 nhóm: bệnh rối loạn chuyển hóa acid amin bẩm sinh và bệnh có ghi nhận sự thay đổi nồng độ acid amin trong dịch cơ thể

1.1 Bệnh do rối loạn chuyển hoá acid amin bẩm sinh

Rối loạn chuyển hóa acid amin đầu tiên được mô tả là Alkaptonuria, do Archibald Garrod phát hiện khi tìm thấy những rối loạn trong chuyển hóa tyrosin do enzym homogentisic acid oxidase ở những trẻ sơ sinh có nước tiểu bị chuyển màu đen,

từ đó hình thành nên lĩnh vực mới của y học là Rối loạn chuyển hóa bẩm sinh (IEM)

[16, 71] Rối loạn chuyển hóa (RLCH) bẩm sinh là các bệnh di truyền gây ra bởi đột biến gen mã hóa các enzym tham gia các quá trình chuyển hóa trong cơ thể Hậu quả

là các enzym này bị giảm hoặc mất hoạt tính dẫn đến tăng tích lũy các chất có hại cho

cơ thể hoặc giảm nồng độ các chất có lợi dẫn tới hình thành các bệnh chuyển hóa

Bệnh do RLCH acid amin bẩm sinh (aminoacidopathies) là các rối loạn chuyển hoá bẩm sinh do các khiếm khuyết di truyền trong các con đường chuyển hoá acid amin dẫn đến thiếu hoặc giảm hoạt tính enzym chuyển hóa acid amin [164] Hậu quả

là acid amin và các chất chuyển hóa liên quan bị tích luỹ trong cơ thể hoặc một số chất chuyển hướng sang con đường chuyển hoá khác, tạo thành sản phẩm chuyển hóa khác

Do đó các rối loạn chuyển hoá acid amin được đặc trưng bởi nồng độ bất thường của một hoặc một vài acid amin và chất chuyển hoá của nó trong dịch sinh học như máu, nước tiểu và dịch não tủy Nồng độ acid amin trong các dịch sinh học này là các chất đánh dấu (marker) giúp chẩn đoán bệnh Rối loạn chuyển hoá acid amin có thể có những triệu chứng lâm sàng điển hình hoặc không điển hình Bên cạnh các can thiệp điều trị, người bệnh cần tuân thủ chế độ ăn hạn chế protein và các acid amin liên quan

Do đó, nồng độ acid amin trong dịch sinh học của bệnh nhân cần được theo dõi thường xuyên để đánh giá hiệu quả điều trị và điều chỉnh chế độ ăn uống cho người bệnh

RLCH acid amin được chia thành các nhóm sau: RLCH acid amin thơm, acid amin chuỗi nhánh, RLCH acid amin có chứa lưu huỳnh, RLCH glycin và một số rối

loạn khác [6]

1.1.1 Rối loạn chuyển hoá acid amin thơm

Con người sử dụng hai loại acid amin thơm là phenylalanin và tyrosin, trong đó phenylalanin là acid amin thiết yếu, được cung cấp từ khẩu phần ăn hàng ngày còn tyrosin được tổng hợp từ quá trình chuyển hóa phenylalanin bởi enzym phenylalanin hydroxylase bằng cách gắn thêm một nhóm hydoxyl vào vòng thơm Tyrosin được chuyển hóa qua nhiều giai đoạn, tạo sản phẩm là acetoacetat và fumarat (Hình 1.1) Con đường chuyển hóa phenylalanin gồm nhiều bước, liên quan đến nhiều enzym khác nhau Đột biến gen mã hóa các enzym này ở mỗi bước gây nên các rối loạn khác nhau, biểu hiện thành các triệu chứng khác nhau Các rối loạn chuyển hóa liên quan đến con đường này gồm có: Phenylketonuria (PKU), Non PKU hyperphenylalaninemia (HPA), Tyrosinemia (TYR), Hawkisinuria và Alkaptonuria, được thể hiện trong các ô hình tròn ở hình 1.1

- Nguyên nhân:

Nguyên nhân gây bệnh là do đột biến gen PAH dẫn đến thiếu hoặc giảm chức năng của phenylalanin hydroxylase, enzym xúc tác quá trình hydroxyl hoá phenylalanin thành tyrosin với sự có mặt của coenzym tetrahydrobiopterin (BH4) (Hình 1.1) [216] Trong một vài trường hợp có sự suy giảm tổng hợp hoặc tái tổng hợp biopterin làm tăng nồng độ phenylalanin trong máu gây độc thần kinh

- Đặc điểm:

PKU được chia làm 3 loại: PKU cổ điển, non-PKU hyperphenylalaninemia (HPA) và dạng biến thể [17, 97] Dạng cổ điển nếu không được điều trị có thể dẫn tới tật đầu nhỏ, chậm lớn, chậm phát triển trí tuệ, động kinh và các rối loạn hành vi

Phenylalanin tích lũy trong dịch cơ thể làm mồ hôi, ráy tai, nước tiểu có mùi khó chịu Thiếu tyrosin dẫn đến giảm tổng hợp melanin nên bệnh nhân có da và tóc nhạt màu Ngay cả khi bắt đầu điều trị ngay sau khi sinh trẻ cũng có thể có di chứng thần kinh, rối loạn tâm thần, mật độ chất khoáng trong xương thấp và loãng xương [24, 129]

Tỷ lệ mắc bệnh thay đổi theo từng khu vực, cao nhất ở Thổ Nhĩ Kỳ với 1:2.600

Tỷ lệ ở Bắc Âu và Đông Á là 1:10,000 người, ở Mỹ là 1:15,000 và ở Phần Lan là 1:200,000 [129, 157]

- Chẩn đoán:

Bệnh PKU có thể được phát hiện bằng cách sàng lọc sớm ở trẻ sơ sinh Thông thường khi mới sinh, trẻ chưa được cho ăn thức ăn có protein nên nồng độ phenylalanin trong máu thường chưa cao trong ngày đầu và sẽ tăng vào các ngày tiếp theo Vì vậy để chẩn đoán sớm bệnh PKU trong 24 giờ đầu, người ta thường sử dụng

tỷ lệ nồng độ phenylalanin với một số acid amin khác Nồng độ phenylalanin trong máu trên 120 μmol/L hoặc tỷ lệ phenylalanin/tyrosin (mol/mol) >3 có giá trị chẩn đoán bệnh [6, 129, 148] Trong trường hợp PKU cổ điển, nồng độ phenylalanin trong máu

có thể lên tới trên 1000 μmol/L [129] Người mắc PKU khi mang thai cần duy trì mức dưới 360 μmol/L do nồng độ phenylalanin trên ngưỡng này có thể gây quái thai: chứng đầu nhỏ, bệnh tim bẩm sinh, hội chứng thai chậm phát triển trong tử cung), khuyết tật trí tuệ và các bất thường khác [164, 193]

- Điều trị:

Phương pháp điều trị bệnh này chủ yếu sử dụng chế độ ăn uống hợp lý, hạn chế phenylalanin, tăng cường tyrosin Có thể áp dụng thêm một số biện pháp giúp làm giảm nồng độ phenylalanin trong máu như: bổ sung biopterin cofactor saprotein với bệnh nhân từ 4 tuổi trở lên vẫn còn hoạt tính enzym, sử dụng thuốc tiêm pegvaliase (là một enzym phenylalanin amonilyase tái tổ hợp) cho người lớn [21] Bên cạnh đó, liệu pháp gen và cấy ghép gan đang được nghiên cứu để ứng dụng trong điều trị [6]

1.1.1.2 Non-PKU hyperphenylalaninemia (HPA)

- Nguyên nhân:

Ngoài các đột biến gen liên quan đến enzym phenylalanin hydroxylase, sự gia tăng của nồng độ phenylalanin trong máu còn liên quan đến sự suy giảm nồng độ tetrahydrobiopterin (BH4), một cofactor của phenylalanin hydroxylase (Hình 1.1) BH4

được tạo ra trong các tế bào bằng 2 con đường: sinh tổng hợp từ guadenosin triphosphat và tái tổng hợp từ dihydropterin với sự tham gia của 4 enzym: guanosin triphosphat cyclohydrolase (GTPCH), pyruvoyl tetrahydropterin synthase (PTPS), dihydrobiopterin reductase (DHPR) và pterin-4α-carbinolamin dehydratase (PCD)

(hình 1.2) [43, 54, 185] Trong đó PTPS là nguyên nhân phổ biến nhất, chiếm tới 61% tổng số ca, sau đó là DHPR với 31%, GTPCH và PCD với 4% mỗi loại [20]

Hình 1.2 Con đường tổng hợp và tái tổng hợp BH 4

- Đặc điểm

Khác với PKU, tỷ lệ phenylalanin/tyrosin ở các bệnh nhân HPA chỉ ở mức thấp, dưới 2,1 Biểu hiện lâm sàng của bệnh phụ thuộc vào từng loại đột biến và mức độ nặng hay nhẹ của đột biến Trẻ bị đột biến gen GTPCH thường khó cho ăn, có thể bị động kinh, chậm phát triển trí tuệ, thân nhiệt không ổn định Đột biến gen PTPS gây bệnh ở 2 dạng chính Dạng nặng chiếm 80% số trẻ mắc HPA, có triệu chứng hạ huyết

áp và co giật chân tay trước khi mất kiểm soát vùng đầu Dạng nhẹ hay dạng ngoại vi chiếm 20%, thường không có biểu hiện sớm, tuy nhiên do nồng độ chất dẫn truyền thần kinh trong dịch não tủy thấp nên trẻ có thể có biểu hiện thần kinh bất thường trong những năm đầu đời Giảm DHPR là tình trạng nặng nhất, thường giống với dạng nặng của giảm GTPCH và PTPS cùng với vôi hóa bất thường mạch máu và tế bào thần kinh Giảm PCD về cơ bản là lành tính, một số trường hợp được ghi nhận có hạ huyết

áp thoáng qua BH4 còn liên quan đến hoạt động của 1 số enzym như tryptophan hydroxylase, tyrosin hydroxylase… do đó làm giảm sản xuất các chất dẫn truyền thần kinh như dopamin và serotonin Người bệnh có những bất thường về thần kinh ngay cả khi tuân thủ chế độ ăn hạn chế protein [49]

- Chẩn đoán:

Bệnh có thể được phát hiện bằng cách sàng lọc sau sinh để bắt đầu điều trị sớm Các bệnh nhân này thường có nồng độ phenylalanin trong máu tăng, tuy nhiên mức độ tăng thấp hơn PKU Thông thường tỷ lệ phenylalanin/tyrosin chỉ ở mức dưới 2,1 Ngoài ra pterin trong máu và nước tiểu còn được dùng để chẩn đoán phân biệt PKU và HPA Đối với bệnh nhân PKU, nồng độ các pterin trong máu và nước tiểu bình thường hoặc tăng nhẹ Trong khi đó ở người mắc HPA, nồng độ các pterin thay đổi khác nhau Biopterin tăng trong tất cả các trường hợp, trong khi neopterin giảm ở các trường hợp liên quan đến GTPCH, tăng với PTPS và PCD, không thay đổi với DHPR Primapterin

chỉ tăng đáng kể ở bệnh nhân giảm PCD [49] Để chẩn đoán xác định, bệnh nhân cần được làm xét nghiệm di truyền

5-Tyrosin là acid amin không thiết yếu, được tổng hợp trong cơ thể nhờ quá trình chuyển hóa phenylalanin dưới xúc tác của enzym phenylalanin hydroxylase với sự có mặt của BH4 Tyrosin gắn với peptid đóng vai trò quan trọng trong xúc tác enzym và dẫn truyền tín hiệu Liên kết hydro của tyrosin giúp ổn định cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của protein và tạo ra các cơ chất hoạt động tại chỗ như carboxypeptidase A hoặc gắn với coenzym (lactat dehydrogenase) Tyrosin gắn với peptid được phosphoryl hóa giúp điều chỉnh một số con đường dẫn truyền tín hiệu xuyên màng quan trọng cho sự phát triển của tế bào Tyrosin cũng là tiền chất của một số phân tử sinh học quan trọng như thyrosin, dopamin, adrenalin và melanin Do đó khiếm khuyết trong con đường dị hóa tyrosin gây ảnh hưởng rất rộng đến cơ thể [49]

- Nguyên nhân:

Quá trình chuyển hóa tyrosin trải qua năm bước với sự xúc tác của các enzym (hình 1.1) tyrosin aminotransferase (được mã hóa bởi gen TAT), 4-hydroxyphenylpyruvat deoxygenase (được mã hóa bởi gen 4-HPPD), homogentisat 1,2-deoxygenase và fumarylacetoacetatase (được mã hóa bởi gen FAH) tạo sản phẩm cuối cùng là fumarat và acetoacetat Các khiếm khuyết di truyền làm mất hoặc giảm hoạt tính các enzym này làm thay đổi nồng độ tyrosin và các chất chuyển hóa, được phân loại thành các typ tyrosinemia khác nhau: typ I liên quan đến FAH, typ II liên quan đến TAT và typ III liên quan đến 4-HPPD Bên cạnh đó, một rối loạn hiếm gặp

do đột biến liên quan đến 4-HPPD là bệnh Hawkinsinuria, sẽ được trình bày ở mục 1.1.1.4 [49]

- Đặc điểm:

Tyrosinemia typ I là rối loạn chuyển hóa di truyền lặn do đột biến gen FAH mã hóa fumarylacetoacetatase gây ra sự tích tụ fumarylacetoacetat, maleylacetoacetat và các sản phẩm phụ của chúng như succinylaceton và succinylacetoacetat gây độc tế bào, đặc biệt là gan và thận [91, 121] Succinylaceton cũng là chất ức chế mạnh δ-aminolevulinic acid dehydratase dẫn đến tích tụ δ - aminolevulinic acid (δ-ALA) , gây

độc thần kinh và được cho là nguyên nhân gây ra các cơn khủng hoảng thần kinh cấp tính [166]

Trẻ mắc tyrosinemia typ I thường có 2 dạng rối loạn cấp tính và mạn tính Dạng cấp tính xuất hiện ngay sau khi sinh hoặc trong những tháng đầu tiên với các biểu hiện như: không tăng cân, chậm lớn, sốt, tiêu chảy, phân lẫn máu, nôn, có thể có gan to, dễ bầm tím, vàng da, lờ đờ, khó chịu, có mùi đặc biệt như mùi bắp cải; sau đó trẻ chậm phát triển, lách to, cổ chướng Rối loạn có thể tiến triển nhanh thành suy gan cấp, rối loạn đông máu, có thể dẫn đến tử vong So với dạng cấp tính, dạng mạn tính ít gặp hơn

và ít nghiêm trọng hơn Các triệu chứng xuất hiện dần dần và không thực sự rõ ràng cho đến khi trẻ được 6 tháng tuổi Thông thường trẻ chậm lớn, suy giảm chức năng gan, xơ gan dẫn đến suy gan mạn Bệnh ảnh hưởng đến cả nam và nữ như nhau với tỷ

lệ mắc khoảng 1:100.000 -120.000, trong đó ở Quebec là 1:16.000 hay ở Na Uy là 1:60.000 [6]

Tyrosinemia typ II do đột biến gen TAT mã hóa enzym tyrosin aminotransferase dẫn đến tăng nồng độ tyrosin trong máu hoặc tyrosin bị chuyển hóa thành các chất gây độc tế bào như 4-hydroxyphenylpyruvat, 4-hydroxyphenyllactat, 4-hydroxyphenylacetat tích lũy trong máu, nước tiểu và dịch não tủy Nếu không được điều trị, nồng độ tyrosin trong huyết tương có thể lên tới trên 1200 μmol/L cùng các biểu hiện rõ ràng ở mắt, da và thần kinh như chứng sợ ánh sáng, nóng rát, tăng tiết nước mắt; phồng rộp, loét lòng bàn chân tay; có thể có một số bất thường thần kinh như co giật, run, bệnh Ataxia từ nhẹ đến nặng [6] Cơ chế dẫn đến các triệu chứng này chưa rõ ràng với tỷ lệ dưới 1:250.000 [6, 49]

Tyrosinemia typ III rất hiếm gặp, nguyên nhân do đột biến gen HPD mã hóa enzym 4-hydroxyphenylpyruvat dioxygenase làm giảm hoặc mất hoạt tính của enzym này dẫn đến tạo các sản phẩm phụ như 4-hydroxyphenylpyruvat, 4-hydroxyphenyllactat, 4-hydroxyphenylacetat thay vì acid homogentisic Các chất này tích tụ trong tế bào làm suy giảm chức năng, có thể gây chết tế bào, đặc biệt là các tế bào thần kinh do chúng đặc biệt nhạy cảm với các chất đó Triệu chứng điển hình của bệnh là các vấn đề về thần kinh như: khuyết tật trí tuệ, mất điều hòa không liên tục Bệnh có thể được chẩn đoán bằng phân tích gen và điều trị bằng cách hạn chế tyrosin

để duy trì nồng độ tyrosin trong khoảng 200-500 μmol/L [6]

- Chẩn đoán

Để chẩn đoán tyrosinemia cần dựa trên các triệu chứng lâm sàng, cận lâm sàng

và xét nghiệm di truyền học phân tử Nồng độ tyrosin huyết tương tăng trong cả 3 typ với mức độ khác nhau Ở typ I, tyrosin tăng nhẹ (100–500 µmol/L) hoặc có thể nằm trong khoảng bình thường (dưới 150 µmol/L) Tăng tyrosin có tính đặc hiệu ở typ I

không cao, do đó nồng độ succinylaceton thường được dùng làm marker cho bệnh Đối với typ II và typ III, nồng độ tyrosin tăng rất cao và có giá trị chẩn đoán (typ II: 1000–3000 µmol/L; typ III: 300–1000 µmol/L), xét nghiệm nước tiểu thấy có tăng 4-hydroxyphenyllactat và 4-hydroxyphenylpyruvat Có thể tiến hành xét nghiệm gen để chẩn đoán xác định [49]

- Điều trị

Người mắc tyrosinemia cần tuân thủ chế độ ăn hạn chế tyrosin và phenylalanin

để duy trì nồng độ tyrosin trong huyết tương ở ngưỡng 200-500 μmol/L trong khi duy trì nồng độ phenylalanin ở mức vừa đủ, có thể kết hợp điều trị triệu chứng và điều trị

hỗ trợ nếu cần thiết Tuy nhiên hiệu quả đối với các triệu chứng thần kinh của biện pháp này chưa được rõ ràng Riêng đối với tyrosinemia typ I, bệnh nhân cần tiến hành điều trị bằng 2- (2-nitro-4-trifloro -methylbenzoyl) 1,3-cyclohexanedion (NTBC-nitisinon) ngay sau khi có chẩn đoán xác định Nitisinon ức chế enzym 4-hydroxyphenylpyruvat deoxygenase, do đó ức chế con đường thoái hóa tyrosin ở giai đoạn trước FAH giúp ngăn sự tích lũy succinylaceton, hạn chế các biến chứng gan thận [116, 137] Trẻ có thể được ghép gan nếu suy gan giai đoạn cuối, ung thư gan hoặc không đáp ứng điều trị với nitisinon Do đó cần đánh giá hiệu quả điều trị thường xuyên bằng cách xét nghiệm định kỳ succinylaceton và α-fetoprotein (marker của ung thư biểu mô tế bào gan) [49]

1.1.1.4 Hawkisinuria

Bên cạnh tyrosinemia typ III, một đột biến khác trên gen HPD làm cho hydroxy phenylpyruvat bị chuyển thành một acid amin có chứa lưu huỳnh được gọi là hawkisin (4-dihydroxy-cyclohexyl acetic acid) thay vì tạo ra acid homogentisic, gây nên bệnh Hawkisinuria (Hình 1.1) [141] Nồng độ tyrosin trong máu người bệnh có thể tăng rất ít hoặc không tăng Trong những năm đầu đời, trẻ thường không tăng cân, không phát triển mạnh hoặc nhiễm toan chuyển hóa Các triệu chứng này thường bắt đầu quan sát được khi trẻ cai sữa mẹ và sử dụng sữa công thức nhưng không biểu hiện

4-rõ ràng về sau Bệnh có thể được chẩn đoán bằng định tính hawkisin trong nước tiểu hoặc xét nghiệm di truyền Nếu bệnh nhân được chẩn đoán sớm, việc cho con bú có thể cải thiện tình trạng lâm sàng Trong một số trường hợp cần hạn chế sử dụng tyrosin

maleylacetoacetat (Hình 1.1) [6] Hậu quả là vai trò của enzym trong quá trình này bị suy giảm, acid homogentisic tăng lên và tích tụ trong cơ thể

- Đặc điểm:

Acid homogentisic lắng đọng trong các mô liên kết, bài tiết qua nước tiểu làm cho nước tiểu chuyển màu khi tiếp xúc không khí Trong một số trường hợp lòng trắng mắt bị đổi màu nhưng không gây cản trở tầm nhìn Sự tích tụ lâu dài của acid homogentisic cuối cùng làm suy yếu và làm hỏng các mô bị ảnh hưởng và dẫn đến nhiều triệu chứng đặc trưng của alkaptonuria như dày và viêm gân Achilles, gân và dây chằng dễ vỡ, viêm khớp mạn (cột sống và các khớp lớn), bệnh tim (do tích tụ acid homogentisic ở van động mạch chủ và van hai lá, dẫn đến vôi hóa van, giảm lưu lượng máu, giãn động mạch chủ) Alkaptonuria không gây chậm phát triển trí tuệ hay giảm tuổi thọ, tuy nhiên có thể gây đau mạn tính và giảm vận động [156]

Alkaptonuria ảnh hưởng đến nam và nữ với tỷ lệ như nhau mặc dù các triệu chứng xuất hiện sớm và nghiêm trọng hơn ở nam giới Tỷ lệ mắc ở Hoa Kỳ là 1:250.000-1.000.000, cao hơn ở Slovakia, Cộng hòa Dominican và Đức [6]

- Chẩn đoán và điều trị

Bệnh có thể được chẩn đoán bằng cách định lượng acid homogentisic trong nước tiểu bằng HPLC Việc định lượng acid homogentisic trong nước tiểu một cách ngẫu nhiên được coi là đủ để chẩn đoán Alkaptonuria [156] Đối với bệnh nhân Alkaptonuria, việc tuân thủ chế độ ăn hạn chế phenylalanin và tyrosin đã được chứng minh là không có hiệu quả để kiểm soát tình trạng bệnh Vitamin C liều cao có thể cản trở tích tụ và lắng đọng acid homogentisic ở người lớn, tuy nhiên việc sử dụng lâu dài chưa được chứng minh hiệu quả và thiếu dữ liệu lâm sàng [6] Người bệnh có thể được điều trị triệu chứng bằng cách dùng thuốc chống viêm để điều trị sưng khớp, phối hợp thuốc giảm đau trung ương nếu cần, bên cạnh đó có thể kết hợp thêm các liệu pháp vật

lý Một số bệnh nhân cần được phẫu thuật hoặc dự phòng sỏi thận, viêm tuyến tiền liệt, phẫu thuật thay khớp hông, khớp đầu gối, khớp vai (thường ở đối tượng bệnh nhân 50-

60 tuổi), phẫu thuật cột sống, phẫu thuật thay van động mạch chủ, van hai lá [156]

1.1.2 Rối loạn chuyển hóa các acid amin chuỗi nhánh

Leucin, isoleucin và valin được gọi chung là các acid amin chuỗi nhánh (BCAA) do cấu trúc mạch nhánh và có con đường chuyển hóa tương tự nhau [119] Đây là các acid amin thiết yếu, chiếm 15-20% lượng acid amin ăn vào [120] Các acid amin này tham gia tổng hợp protein, điều hòa cân bằng glucose nội môi và tăng trưởng

tế bào, tuy nhiên khi dư thừa các acid amin này có thể gây độc cho cơ thể do các sản phẩm chuyển hóa của chúng [86] Quá trình chuyển hóa chính của các acid amin chuỗi nhánh và các rối loạn liên quan được thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3 Quá trình chuyển hóa các acid amin chuỗi nhánh

Quá trình chuyển hóa cá acid amin chuỗi nhánh gồm nhiều giai đoạn, với sự tham gia của nhiều enzym khác nhau Các rối loạn thường gặp liên quan đến các enzym này gồm có bệnh siro niệu (MSUD), hypervalinemia, isovaleric acidemia (IVA) và suy giảm betaketothiolase (Betaketothiolase deficiency - BKT)

1.1.2.1 Bệnh siro niệu (MSUD)

- Nguyên nhân

Bệnh được mô tả lần đầu vào năm 1954 bởi Menkes và các cộng sự Nguyên nhân là do mất hoạt tính phức hợp enzym dehydrogenase ketoacid chuỗi nhánh (BCKD) tham gia decarboxyl hóa các α-keto acid của valin, leucin và isoleucin (Hình 1.3) Các hợp chất này sau đó được dị hóa qua nhiều bước tạo thành acetoacetat, acetyl-CoA và succinyl-CoA rồi đi vào chu trình Krebs Mất hoạt tính phức hợp enzym này dẫn đến tích tụ các α-ketoacid tương ứng của các BCAA gây tích tụ các chât chuyển hóa có hại, đặc biệt là α-ketoisocapric acid và α-keto acid của leucin gây hại cho quá trình chuyển hóa năng lượng thần kinh do làm giảm hô hấp của nơ ron thần kinh và tăng chết tế bào theo chương trình [92, 172]

- Đặc điểm

Bệnh ảnh hưởng với nam giới và nữ giới như nhau với tỷ lệ 1:185.000 [37, 179] Dựa vào dấu hiệu và triệu chứng điển hình, bệnh được chia thành 5 loại: cổ điển, trung gian, không liên tục, đáp ứng thiamin và thiếu dihydrolipoyl dehydrogenase (E3) cổ điển [6, 38]

MSUD cổ điển là dạng phổ biến và nghiêm trọng nhất, chiếm khoảng 75% các

ca Triệu chứng xuất hiện sau 2-3 ngày, bao gồm kém ăn, khó chịu, mồ hôi và nước tiểu có mùi siro phong, xuất hiện dấu hiệu thần kinh khu trú ngày càng tăng cùng với tăng trương lực cơ, co cứng và tình trạng người uốn cong (opithotonus) tiến triển đến

co giật và hôn mê, có thể có hạ huyết áp tạm thời, cuối cùng suy giảm chức năng thần kinh trung ương, suy hô hấp, tử vong Kể cả khi các rối loạn này được điều trị và ổn định thì vẫn tồn tại nguy cơ mất bù chuyển hóa tái phát Khủng hoảng chuyển hóa xảy

ra khi có nhiễm trùng, căng thẳng tâm lý, nhịn ăn, chấn thương hoặc bất kỳ thay đổi lớn nào trong thói quen ăn uống mà gây ra sự thay đổi trong quá trình chuyển hóa protein dẫn đến lượng BCAA và các chất chuyển hóa tăng cao Ngoài ra còn có một số biến chứng như mất xương (dẫn đến loãng xương, gãy xương), viêm tụy, tăng huyết áp nội sọ

MSUD trung gian được đặc trưng bởi mức độ hoạt động của enzym còn lại lớn hơn MSUD cổ điển Các triệu chứng có thể khởi phát từ sơ sinh nhưng hầu hết là 5 tháng đến 7 tuổi, bao gồm: co giật, suy yếu thần kinh, chậm phát triển, tăng trưởng kém, mùi đặc trưng của ráy tai, mồ hôi, nước tiểu, dễ có các tình trạng thần kinh nguy hiểm như MSUD cổ điển

Trong dạng MSUD không liên tục, trẻ tăng trưởng và phát triển trí tuệ bình thường, dung nạp acid amin từ thức ăn bình thường Các triệu chứng chỉ xuất hiện khi trẻ căng thẳng, nhịn ăn hoặc nhiễm trùng, bao gồm: lờ đờ, mùi đặc trưng trong ráy tai,

mồ hôi, nước tiểu, mất điều hòa, có thể có các cuộc điều hòa trao đổi chất dẫn đến co giật, hôn mê, tổn thương não, có thể có các biến chứng thần kinh đe dọa tính mạng

MSUD đáp ứng thiamin là dạng đáp ứng điều trị bằng thiamin (vitamin B1), giúp tăng hoạt tính của các enzym còn sót lại Triệu chứng và diễn biến lâm sàng của rối loạn này giống với MSUD trung gian nhưng hiếm khi xuất hiện trong thời kỳ sơ sinh Bệnh nhân cần được kết hợp với chế độ ăn uống hợp lý

Dạng MSUD do giảm E3 xuất hiện sau giai đoạn sơ sinh với các biểu hiện: nhiễm toan chuyển hóa, giảm trương lực cơ, rối loạn vận động và thoái hóa thần kinh tiến triển

- Chẩn đoán

Bệnh có thể được chẩn đoán bằng cách định lượng thấy nồng độ BCAA trong huyết tương tăng đáng kể, đặc biệt là leucin Tỷ lệ leucin/valin/isoleucin khoảng 4/2/1, tuy nhiên tỷ lệ nồng độ có thể bị dao động ở nhiều cá thể bị MSUD cổ điển [180] Tăng alloisoleucin đặc trưng cho MSUD Nồng độ allo-isoleucin > 5 mol/L có giá trị chẩn đoán cho MSUD cổ điển [168] Tuy nhiên không phải tất cả các biện pháp phân tích acid amin đều phát hiện được chất này [27, 169] Xét nghiệm nước tiểu thấy có nồng độ BCKA và BCAA tăng cao, thường được phát hiện bằng GC-MS Trong sàng lọc sơ sinh, bệnh có thể phát hiện bằng phương pháp khối phổ, tuy nhiên phương pháp này không phân biệt được hydroxyprolin với leucin và isoleucin nên các trường hợp

tăng hydroxyprolin có thể gây dương tính giả [33] Có thể chẩn đoán thông qua đánh giá hoạt tính enzym bằng cách phân tích tế bào bạch cầu hoặc tế bào lấy từ da người bệnh, tuy nhiên nhiều tác giả cho rằng hoạt tính enzym này không tương quan với sự oxy hoá leucin in vivo, dung nạp leucin… do đó không có ý nghĩa lâm sàng [168, 180] Xét nghiệm di truyền phân tử xác định đột biến trong gen BCKDHA, BCKDHB

và DBT giúp sàng lọc người mang mầm bệnh có nguy cơ và chẩn đoán trước sinh với thai có nguy cơ [134]

- Điều trị

Mục tiêu điều trị của bệnh nhân là giảm được nồng độ BCAA và các chất chuyển hóa có hại Bệnh nhân cần tuân thủ chế độ ăn hạn chế BCAA suốt đời, bắt đầu càng sớm càng tốt Cần xét nghiệm acid amin định kỳ để đánh giá hiệu quả điều trị, tần suất phụ thuộc tuổi tác, mức độ tuân thủ và mức độ ngiêm trọng của bệnh [136]

Tỷ lệ leucin/valin trong máu nên được duy trì ở mức dưới 0,5 (mol/mol) và leucin/isoleucin khoảng 2,0 (mol/mol) Nồng độ leucin mục tiêu là 150–300 μmol/L [49, 66] Can thiệp y tế ngay lập tức nếu có khủng hoảng chuyển hóa để giảm BCAA trong huyết tương, đặc biệt là leucin bằng cách lọc máu, giảm dị hóa protein bằng tiêm tĩnh mạch glucose liều cao, chất béo và hỗn hợp các acid amin không có BCAA, nếu cần thiết có thể truyền glucose-insulin Khi đó cần định lượng acid amin trong máu để giám sát nồng độ isoleucin, valin, glutamin, alanin và tyrosin Bệnh nhân có nồng độ BCAA trong máu quá cao cần tiến hành chạy thận nhân tạo Ghép gan có thể phục hồi BCAA bình thường, ngăn ngừa khủng hoảng chuyển hóa và đơn giản hóa chế độ ăn do cấy ghép nội tạng được cho là có thể quản lý được nhu cầu chuyển hóa BCAA cho cơ thể [178]

1.1.2.2 Hypervalinemia

- Nguyên nhân và đặc điểm

Đây là một rối loạn chuyển hóa di truyền lặn hiếm gặp do thiếu hụt enzym valin transaminase cần thiết cho sự chuyển hóa valin (Hình 1.3) [46] Người bệnh chán ăn, nôn mửa, chậm lớn, không dung nạp protein, nhiễm toan chuyển hóa, có nguy cơ hôn

mê và tử vong Một số trường hợp có thể có giảm trương lực cơ, buồn ngủ quá mức hoặc tăng động Xét nghiệm máu và nước tiểu thấy nồng độ valin tăng cao [46]

- Chẩn đoán và điều trị

Bệnh được chẩn đoán bằng cách định lượng các acid amin mạch nhánh và các chất chuyển hóa trong máu và nước tiểu cho kết quả tăng nồng độ valin nhưng không ghi nhận thấy sự gia tăng nồng độ của leucin và isoleucin [108] Người mắc bệnh cần duy trì chế độ ăn hạn chế valin để giảm nồng độ valin trong máu và giảm các triệu chứng bệnh

1.1.2.3 Isovaleric acidemia (IVA)

- Nguyên nhân

Nguyên nhân gây bệnh là do đột biến gen IVD dẫn đến thiếu hụt enzym isovaleryl coenzymA dehydrogenase cần thiết cho sự phân hủy leucin (Hình 1.3) Kết

quả là leucin, không được phá vỡ đúng cách, acid isovaleric và hợp chất tăng tích lũy

trong cơ thể Sự tích tụ này có hại cho não và hệ thần kinh, gây ra các vấn đề sức khỏe

nghiêm trọng [59]

- Đặc điểm

Các rối loạn xảy ra ở cả 2 dạng cấp và mạn, với các mức độ từ rất nhẹ đến đe dọa tính mạng Các triệu chứng ban đầu bao gồm kém ăn, nôn mửa, bơ phờ, hạ thân

nhiệt, run rẩy, xuất hiện mùi đặc trưng giống mùi mồ hôi chân; có thể tiến triển đến co

giật, hôn mê, tử vong Tuy nhiên một số trường hợp có thể không có bất kỳ triệu

chứng hay dấu hiệu nào của bệnh Các đợt cấp thường xảy ra khi bị nhiễm trùng

đường hô hấp trên, nhịn ăn hoặc ăn quá nhiều thực phẩm giàu protein, hậu quả là

nhiễm toan nghiêm trọng và có ceton trong máu và mô cơ thể, bệnh nhân có thể rơi

vào hôn mê Các đợt nhiễm toan chuyển hóa thường xảy ra ở trẻ nhỏ và tần suất giảm

dần khi già đi Trẻ thường có ác cảm tự nhiên với thực phẩm giàu protein ngay từ khi

còn nhỏ Bệnh xuất hiện ở nam và nữ với tỷ lệ như nhau [59]

- Chẩn đoán

Thai nhi có thể được chẩn đoán trước sinh bằng cách chọc ối hoặc sinh thiết gai nhau rồi định lượng các chất chuyển hóa bất thường trong nước ối hoặc xác định hoạt

tính enzym isovaleryl-CoA dehydrogenase trong mẫu mô hoặc dịch thu được từ thai

nhi hoặc tử cung trong khi mang thai Trẻ sơ sinh có thể được sàng lọc mở rộng bằng phương pháp phân tích khối phổ [58] Các xét nghiệm sau sinh thường tiến hành trên

bạch cầu hoặc nguyên bào sợi để xác định thiếu hoạt tính enzym isovaleryl-CoA dehydrogenase Ngoài ra còn có xét nghiệm tăng acid quá mức, tăng tích lũy keton trong mô và dịch cơ thể, tăng nồng độ glycin trong máu và nước tiểu, nồng độ

amoniac trong máu tăng cao và/hoặc giảm mức độ lưu thông của bạch cầu và tiểu cầu

- Điều trị

Người mắc bệnh cần duy trì chế độ ăn hạn chế leucin và bổ sung L-cartinin [158], duy trì lượng glycin ở mức 150-300 mg/ngày để trẻ phát triển bình thường [210] Kết hợp điều trị triệu chứng và điều trị hỗ trợ nếu cần thiết

1.1.2.4 Giảm betaketothiolase

- Nguyên nhân:

Rối loạn này liên quan đến đột biến gen ACAT1 mã hóa enzym acetyl-coA acetyltransferase-1 tham gia quá trình giáng hóa 2-methylacetoacetyl-coA thành acetyl-coA và propionyl-coA trong quá trình chuyển hóa isoleucin (Hình 1.3) Enzym này còn tham gia quá trình phân hủy ceton là sản phẩm chuyển hóa chất béo của cơ thể Do đó đột biến gen này làm giảm khả năng chuyển hóa protein và chất béo dẫn đến tăng tích lũy các chất trung gian chuyển hóa Người bệnh có nguy cơ nhiễm toan ceton gây độc cho mô và các cơ quan trong cơ thể, đặc biệt là hệ thống thần kinh [128]

- Đặc điểm

Các triệu chứng điển hình của bệnh thường xuất hiện trong khoảng 6 đến 24 tháng tuổi, bao gồm các đợt cấp nhiễm toan ceton với các biểu hiện mất nước, nôn mửa, khó thở, mệt mỏi, co giật, có thể dẫn đến hôn mê, đột quỵ chuyển hóa Các đợt cấp nhiễm toan ceton thường khởi phát do nhiễm trùng, nhịn ăn hoặc ăn lượng lớn protein [69]

- Chẩn đoán và điều trị

Bệnh có thể được chẩn đoán thông qua phân tích acid hữu cơ trong nước tiểu (sự gia tăng của 2-methylacetoacetat, 2- methyl-3-hydroxybutyrat, tiglylglycin và acid dicarboxylic) phân tích acylcarnitin trong nước tiểu hoặc giọt máu khô, định lượng enzyme [70] Người bệnh cần được điều trị bằng cách truyền dịch, glucose, điện giải

và bicarbonat Duy trì chế độ ăn giảm protein, tránh các thực phẩm giàu chất béo, bổ sung L-carnitin trong một số trường hợp

1.1.3 Rối loạn các acid amin có chứa lưu huỳnh

Methionin là một acid amin thiết yếu và cung cấp codon khởi đầu phổ biến nhất

để dịch mã protein Methionin được chuyển hóa thành homocystein thông qua các chất trung gian s-adenosyl methionin (SAM) và s-adenosyl homocystein (SAH) Nồng độ homocystein được điều hòa chặt chẽ nhờ 2 con đường: tái tạo methionin nhờ methylen tetrahydrofolat reductase (MTHFR) hoặc chuyển hóa thành cystathionin nhờ enzym cystathionin betasynthase với sự có mặt của coenzym là vitamin B12, sau đó chuyển thành cystein, sulfit và cuối cùng là sulfat [135]

Đột biến các gen mã hóa các enzym tham gia con đường chuyển hóa methionin

và cysteine trong dịch sinh học gây ra một số bệnh như Hypermethioninmia (MET), Homocystinuria và Sulfocysteinuria, được thể hiện trong hình 1.4

Hình 1.4 Quá trình chuyển hóa methionin và cystein trong dịch sinh học

1.1.3.1 Hypermethioninemia

Đây là rối loạn do khiếm khuyết trong con đường chuyển hóa methionin thành homocystein Quá trình này bao gồm 3 bước: chuyển methionin thành s-adenosylmethionin (SAM) bằng methionin adenosyl transferase (MAT), chuyển SAM thành s-adenosylhomocystein (SAH) bằng glycin N-methyltransferase (GNMT) và chuyển SAH thành homocystein bằng S-adenosylhomocystein hydrolase (SAHH) Rối loạn di truyền bẩm sinh xảy ra trong cả 3 giai đoạn này [6]

 Thiếu hụt MAT I/III

- Nguyên nhân và đặc điểm:

Nguyên nhân phổ biến nhất gây hypermethioninemia là do đột biến gen MAT1A dẫn đến thiếu hụt enzym methionin adenosyl transferase xúc tác quá trình chuyển methionin thành SAM (hình 1.4) Thông thường bệnh được coi là lành tính, bệnh nhân chỉ bị tăng huyết áp nhẹ Các triệu chứng thần kinh thường chỉ xuất hiện khi nồng độ methionin trong máu vượt quá 800 µmol/L với các dấu hiệu: đau đầu dữ dội,

co giật cơ bắp bất thường, rung giật nhãn cầu, chứng khó đọc, tăng phản xạ gân xương, thiếu kiểm soát liên quan đến phạm vi di chuyển, khó khăn về học tập và ngôn ngữ, các vấn đề tâm lý, trí tuệ Bệnh nhân có thể hơi thở có mùi bất thường do sự hình thành dimethylsulfit xuất phát từ sự thiếu hụt enzym [6]

- Chẩn đoán và điều trị

Bệnh được chẩn đoán dựa trên tình trạng tăng methionin trong huyết tương mà không tăng homocystein [6] Người bệnh có triệu chứng nên duy trì chế độ ăn hạn chế methionin nếu nồng độ methionin trong huyết tương cao hơn 600 µmol/L Mức methionin mục tiêu 500-600 µmol/L/ Bổ sung s-adenosylmethion nếu các triệu chứng

có nguy cơ tiến triển nặng với liều 400-1600 mg/ngày Ngay cả khi không có triệu chứng, bệnh nhân vẫn cần kiểm tra thần kinh và nhận thức thường xuyên, có thể chụp cộng hưởng từ nếu cần thiết [14]

 Thiếu Glycin N-Methyltransferase

- Nguyên nhân và đặc điểm

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do đột biến gen GNMT mã hóa enzym glycin N-methyltransferase xúc tác quá trình chuyển SAM thành SAH Đây là một rối loạn di truyền lành tính, thông thường bệnh nhân chỉ bị gan to nhẹ và tăng transaminase huyết tương mạn tính nhưng không biểu hiện thành bệnh gan [6] Tuy nhiên nếu nồng độ methionin trong máu vượt quá 800 µm/L có thể dẫn đến các bất thường về thần kinh [14]

Bệnh có thể được chẩn đoán bằng các định lượng methionin và SAM [12] Việc điều trị đối với các bệnh nhân này là không cần thiết tuy nhiên người bệnh cần duy trì chế độ ăn hạn chế methionin Nồng độ methionin trong máu được khuyến cáo là 500-

600 µmol/L [14]

 Thiếu S-adenosyl homocystein hydrolase

- Nguyên nhân và đặc điểm

Đây là rối loạn di truyền do đột biến gen ACHY mã hóa adenosylhomocystein hydrolase, enzym xúc tác phản ứng thủy phân S-adenosylhomocystein (SAH) thành adenosin và homocystein Rối loạn này ảnh hưởng đến cơ, gan, não, đặc trưng bởi giảm trương lực cơ; viêm gan mạn, xơ gan; các vấn đề

S-về thần kinh, rối loạn hành vi, chậm phát triển trí tuệ, IQ thấp, não biến dạng Một số trường hợp không có triệu chứng cho đến khi trưởng thành tùy từng đột biến liên quan [14]

sử dụng là nồng độ SAH và SAM trong huyết tương hoặc huyết thanh Người bệnh thường có nồng độ SAH và SAM tăng cao trong khi tỷ lệ SAH/SAM (mol/mol) lại

giảm rất thấp Để chẩn đoán xác định, người ta cần tiến phân tích gen hoặc đánh giá hoạt tính enzym SAHH [14]

- Điều trị

Mục tiêu chính trong điều trị bệnh này là giảm tích lũy SAH, bổ sung creatinin

và phosphatidyl cholin là các sản phẩm chính của các enzym methyltransferase liên quan đến SAM và đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của não và cơ [13] Do đó chế độ ăn hạn chế methionin, bổ sung creatin và phosphatidylcholin được khuyến cáo cho bệnh nhân giảm SAHH [13] Đối với trẻ từ 40 tháng tuổi bị giảm SAHH nghiêm trọng có thể tiến hành cấy ghép gan Sau khi cấy ghép, nồng độ acid amin của bệnh nhân về bình thường trong chế độ ăn không bị hạn chế và cho thấy cái thiện đáng kể về tăng trưởng và phát triển

1.1.3.2 Homocystinuria

- Nguyên nhân

Homocystinuria cổ điển là rối loạn di truyền lặn tự phát do đột biến gen CBS , MTHFR , MTR , MTRR và MMADHC, trong đó nguyên nhân phổ biến nhất là do gen CBS mã hóa enzym cystathionin betasynthase xúc tác quá trình chuyển hóa homocystein thành cystathionin bằng con đường transsulfur hóa [133] Trong chuyển hóa methionin, homocystein được tổng hợp theo chu trình transmethyl hóa thông qua chuyển nhóm methyl trong tetrahydrofolat (THF), tức là chu trình remethyl hóa Homocystein tạo ra có thể được tái tạo lại thành methionin bằng betain-homocystein methyltransferase (BHMT) khi có mặt betain Tuy nhiên con đường này không diễn ra trong não Homocystein có thể chuyển hóa bằng con đường transsulfur hóa với bước đẩu tiên được xúc tác bởi enzym cystathionin betasynthase Giảm hoạt tính enzym này dẫn đến giảm chuyển hóa và tăng tích lũy homocystein [49, 164] Nồng độ homocystein trong máu người bệnh có thể lên đến 500 µmol/L, cao gấp khoảng 50 lần giới hạn trên bình thường Đột biến gen MTHFR cũng có thể gây tăng nhẹ homocystein Bệnh gồm 2 dạng là đáp ứng và không đáp ứng pyridoxin Tần suất xuất hiện bệnh là 1:200.000 - 1:335.000 ở Mỹ, 1:1.800 ở Qatar và 1:6400 ở Norway [164]

- Đặc điểm

Bệnh ảnh hưởng đến nhiều hệ thống cơ quan khác nhau của cơ thể, thường gặp nhất là mắt, xương, hệ thần kinh trung ương và hệ thống mạch máu [6, 101] Các biểu hiện thường gặp là lạc vị thủy tinh, cận thị nặng, rung rinh mống mắt, thường xuất hiện sau 10 tuổi, ngoài ra có đục thủy tinh thể, thoái hóa thần kinh thị giác, teo mắt, tăng nhãn áp, bong võng mạc Trẻ thường có xương mỏng và dài, chân vòng kiềng, bàn chân lõm, vẹo cột sống, ngực lõm, nguy cơ loãng xương cao Hệ thần kinh trung ương có thể bị ảnh hưởng ở nhiều mức độ Trẻ có thể chậm đạt các cột mốc phát triển

như đi, đứng, ngồi, nói… Một số trẻ phát triển trí tuệ bình thường, một số mắc các chứng động kinh, trầm cảm, lo lắng, rối loạn ám ảnh cưỡng chế, rối loạn hành vi và nhân cách khác Có nguy cơ hình thành cục máu đông gây tắc mạch, vỡ mạch Một số triệu chứng khác có thể gặp phải như da mỏng bất thường, giảm sắc tố, ban đỏ trên

má, thoát vị bẹn, viêm tụy, tràn khí màng phổi tự phát [150]

- Chẩn đoán

Bệnh có thể được xác định bằng cách acid amin và các chất chuyển hóa liên quan trong huyết tương và nước tiểu Thông thường bệnh nhân có homocystein và tăng, cystein và cystathionin giảm trong khi acid methylmalonic có thể giảm nhẹ hoặc không Bệnh có thể được phát hiện trong sàng lọc sơ sinh nhờ nồng độ methionin tăng, sau đó tiến hành xét nghiệm acid amin và homocystein trong máu Homocystein và methionin cùng tăng là đặc trưng của bệnh homocystinuria.Xét nghiệm gen xác định đột biến và đánh giá hoạt tính enzym CBS nhờ nguyên bào sợi ở da được dùng để chẩn đoán xác định Một số trường hợp có thể gây dương tính giả, ví dụ thiếu vitamin B12 cũng gây tăng homocystein, tuy nhiên nồng độ acid methylmelonic trong máu của bệnh nhân thiếu vitamin B12 tăng cao, khác với trường hợp homocystinuria từ thấp đến trung bình [150]

- Điều trị

Người mắc homocystinuria trước tiên cần được đánh giá đáp ứng pyridoxin với giảm homocystin và methionin trong cơ thể Người đáp ứng pyridoxin có nồng độ folat bình thường, một số trường hợp cần bổ sung thêm folat Bệnh nhân homocystinuria do đột biến gen CBS cần được điều trị bằng pyridoxin (vitamin B6), duy trì chế độ ăn hạn chế protein và methionin (có thể bổ sung cystein do cystein là sản phẩm chuyển hóa của methionin), bổ sung betain, folat (vitamin B9), cobalamin (vitamin B12) để kiểm soát nồng độ homocystin trong máu [4, 101] Điều trị triệu chứng nếu cần thiết bằng phẫu thuật trong một số trường hợp như lạc vị thể thủy tinh,

dị tật xương Cần theo dõi chặt chẽ do bệnh nhân có nguy cơ huyết khối sau phẫu thuật

1.1.3.3 Sulfocysteinuria

- Nguyên nhân và đặc điểm

Bệnh được mô tả lần đầu năm 1967, do đột biến gen SUOX mã hóa enzym sulfit oxidase Sulfocysteinuria là một rối loạn chuyển hóa hiếm gặp, xuất hiện sớm với chứng co giật không kiểm soát, chậm phát triển tâm thần nghiêm trọng dẫn đến teo não và tử vong Hầu hết bệnh nhân bị tật đầu nhỏ, khó cho ăn và lạc vị thể thủy tinh Các thể nhẹ hơn như mất điều hòa không liên tục, lạc vị thể thủy tinh có thể xuất hiện muộn hơn Nguyên nhân do giảm khả năng oxy hóa sulfit thành sulfat trong dị hóa

cystein do giảm SUOX có sử dụng molybdenum làm cofactor Rối loạn này có thể bị nhầm lẫn với giảm cofactor molybdenum [18]

- Chẩn đoán

Bệnh có thể được chẩn đoán bằng cách định lượng homocystein toàn phần trong huyết tương Nếu nồng độ homocystein thấp thì sulfit, các chất trung gia chuyển hóa của sulfit và thiosulfat trong nước tiểu sẽ tăng ở bệnh nhân sulfocysteinuria Có thể xét nghiệm di truyền xác định đột biến và xác định hoạt tính enzym SUOX trong

nguyên bào sợi để chẩn đoán xác định [165]

- Điều trị

Mặc dù các trường hợp nặng được coi như không thể điều trị nhưng phương pháp chung với dạng nhẹ là chế độ ăn hạn chế protein nghiêm ngặt bao gồm ăn ít protein hạn chế cả methionin và cystein Điều trị triệu chứng đối với động kinh Thay thế enzym cũng là một biện pháp tiềm năng trong điều trị [19]

1.1.4 Rối loạn chuyển hóa glycin (Nonketotic Hyperglycinemia)

Glycin là chất dẫn truyền thần kinh nên khi tích tụ trong các mô và cơ quan, đặc biệt là não sẽ dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng Nó vừa có tác dụng kích thích vừa có tác dụng ức chế Nó gây tác dụng kích thích khi gắn vào receptor N-methyl-D-aspartat (NMDA) Tác dụng kích thích gây động kinh trong khi tác dụng ức chế gây giảm trương lực cơ và chứng ngủ lịm [101]

- Nguyên nhân

Đây là rối loạn chuyển hóa acid amin thường thường gặp thứ hai chỉ sau PKU [81] Nguyên nhân gây bệnh là do đột biến các gen liên quan đến hệ enzym phân cắt glycin (GSC) GSC là phức hợp ty thể bao gồm 4 protein P, H, T, L, trong đó protein P được mã hóa bởi gen GLDC, protein H được mã hóa bởi gen GCSH, protein T được

mã hóa bởi gen AMT NKH cổ điển chủ yếu do đột biến gen GLDC hoặc AMT, không

có đột biến được ghi nhận liên quan đến gen GSCH Khoảng 80% các trường hợp NKH là do gen GLDC, 10-20% do AMT và một lượng rất nhỏ do GSCH [81, 190] Đột biến các gen này dẫn đến thiếu hụt enzym phân giải glycin làm tăng tích lũy glycin trong, máu, mô, nước tiểu và dịch não tủy [98] Đây là một rối loạn chuyển hóa hiếm gặp với tỷ lệ chỉ khoảng 1:76.000 Tại Phần Lan, Columbia và Canada tỷ lệ này

giác, các vấn đề về chất trắng, yếu tim, toan máu [101] Bệnh nhân NKH có các biểu hiện từ nhẹ đến nặng, dạng không điển hình xuất hiện muộn ở khoảng 6 tháng tuổi thì tăng trưởng chậm lại và có thể bắt đầu bị co giật, nhiều người bị thiểu năng trí tuệ, có các vấn đề về vận động và hành vi khi già đi

- Chẩn đoán

Bệnh có thể được chẩn đoán bằng cách định lượng glycin trong máu, nước tiểu

và dịch não tủy, trong đó xét nghiệm dịch não tủy được ưu tiên lựa chọn hơn do glycin trong máu và nước tiểu có thể tăng trong một số rối loạn khác Tỷ lệ glycin trong CSF/huyết tương thường trên 0.08 với NKH cổ điển và trên 0.04 trong NKH không điển hình được sử dụng để chẩn đoán [87] Tuy nhiên có một số ít trường hợp NKH không điển hình với glycin máu không tăng [89] Acid hữu cơ trong nước tiểu và acylcarnitin trong máu bình thường [87, 191, 197] Bệnh cũng có thể được chẩn đoán bằng chụp cộng hưởng não, xét nghiệm phân tử phân tích các gen GLDC, AMT, GCSH hoặc xác định hoạt tính GCS trong nhu mô gan bằng sinh thiết hoặc phẫu thuật Phụ nữ có thai cần khám sàng lọc nếu tiền sử gia đình có người mắc bệnh Nếu nghi ngờ NKH khi mang thai, xét nghiệm phân tử hoặc phân tích gen có thể thực hiễn bằng cách lấy mẫu lông nhung màng đệm [8]

- Điều trị

Mục tiêu điều trị của bệnh là kiểm soát nồng độ glycin trong cơ thể, kiểm soát triệu chứng lâm sàng Hiện nay chưa có biện pháp điều trị NKH hoặc khắc phục các khiếm khuyết về thần kinh, tuy nhiên có một số phương pháp có thể cải thiện tình trạng bệnh [182, 190] Sử dụng natri benzoat có thể giảm tích lũy glycin, giảm co giật, tăng tỉnh táo, tuy nhiên cần giám sát chặt chẽ nồng độ benzoat để đảm bào đủ liều điều trị mà không gây độc cho thận Bệnh nhân NKH có thụ thể NMDA bị kích thích do glycin tăng lên, glutamat là một chất dẫn truyền thần kinh chủ yếu liên kết với thụ thể này Do đó các chất đối kháng thụ thể NMDT như felbamat và dextromethorphan được sử dụng để kiểm soát triệu chứng [25, 76, 190] Valproat và vigabatrin không được khuyến cáo do valproat ức chế hoạt động của các enzym phân cắt glycin còn lại

và vigabatrin có nhiều tác dụng phụ trên trẻ Hiệu quả điều trị bệnh được đánh giá bằng sự giảm nồng độ glycin huyết tương và tần suất xuất hiện cơn động kinh [25, 76, 190] Nồng độ glycin trong dịch não tủy không được dùng làm marker theo dõi hiệu quả điều trị do điều trị bằng natri benzoat không làm giảm glycin trong dịch não tủy [81, 87]

1.1.5 Một số rối loạn khác

1.1.5.1 Methylmalonic acidemia (MMA)

- Nguyên nhân

Đây là một rối loạn di truyền lặn tự phát do thiếu hụt các enzym tham gia chuyển hóa bốn acid amin methionin, threonin, isoleucin và valin Nguyên nhân là do đột biến gen MMUT, MMAA, MMAB, MMADHC và MCEE, trong đó khoảng 60% các trường hợp bệnh là do MMUT Mức độ nặng của bệnh phụ thuộc vào gen bị đột biến

và mức độ nghiêm trọng của đột biến MMUT cung cấp thông tin mã hóa methylmalonyl coA mutase (MUT), đột biến gen này làm thay đổi cấu trúc enzym hoặc giảm số lượng enzym làm hạn chế quá trình phá vỡ acid amin dẫn đến tăng tích lũy methylmalonyl CoA và các hợp chất khác gây bệnh Bệnh gồm có 2 dạng: muto

và mut- Dạng muto nghiêm trọng hơn do nó ngăn cản quá trình sản xuất enzym Ở dạng mut-, cấu trúc enzym có bị thay đổi nhưng enzym vẫn còn hoạt tính, dạng này ít nghiêm trọng hơn với các triệu chứng có sự thay đổi so với muto

Các đột biến khác ở gen MMAA, MMAB, MMADHC làm giảm hoạt động của methylmalonyl coA mutase Đột biến MCEE làm thay đổi quá trình sản xuất enzym methylmalonyl coA epimerase dẫn đến một dạng nhẹ của methylmalonic acidemia Ngoài ra nguyên nhân

do đột biến một số gen khác cũng có thể xảy ra [65]

- Đặc điểm

Bệnh khởi phát trong vài tháng đầu đời với các triệu chứng: lờ đờ, trương lực cơ yếu, chậm phát triển, nôn, nhiễm toan, mất nước, suy hô hấp, co giật, có thể có gan to Xét nghiệm máu và nước tiểu thấy có acid methylmalonic tăng cao bất thường, có thể nhiễm toan ceton, ceton niệu, tăng amoniac trong máu, tăng acid amin, glycin trong máu và nước tiểu, giảm số lượng bạch cầu và tiểu cầu Bệnh có thể gặp với tần suất 1:50.000 đến 1:100.000 [64]

- Chẩn đoán

Methylmalonic acidemia có thể được chẩn đoán trước sinh bằng cách định lượng acid methylmalonic trong nước ối hoặc xác định hoạt tính enzym trong các mẫu dịch hoặc mô nhờ chọc dịch ối hoặc sinh thiết gai nhau Đo phổ khối song song được

sử dụng trong sàng lọc sơ sinh mở rộng [32] Bệnh nhân được chẩn đoán căn cứ tiền

sử gia đình, tình trạng lâm sàng, cận lâm sàng Xác định hoạt tính enzym trong tế bào bạch cầu hoặc nguyên bào sợi, định lượng ceton, glycin trong máu và nước tiểu, định lượng amoniac trong máu, xác định mức độ lưu thông của bạch cầu và tiểu cầu (giảm tiểu cầu và bạch cầu trung tính)

- Điều trị

Trẻ bị bệnh cần tuân theo chế độ ăn hạn chế protein và tránh các acid amin isoleucin, valin, threonin và methionin Vitamin B12 liều cao được chỉ định trong các trường hợp đáp ứng cobalamin (cobalamin là coenzym của methylmalonyl coA mutase) Trong trường hợp rối loạn chuyển hóa cobalamin có thể sử dụng hydroxycobalamin để tiêm bắp hoặc uống [61]

1.1.5.2 Propionic acidemia

- Nguyên nhân

Đây là một rối loạn di truyền lặn tự phát do đột biến gen PCCA và PCCB mã hóa hai tiểu đơn vị của enzym propionyl CoA carboxylase cần thiết cho sự phân hủy isoleucin, valin, threonin và methionin Enzym này cũng liên quan đến sự phân hủy cholesterol, một số acid béo và các chất khác cần thiết cho các hoạt động hoặc quá trình trao đổi chất Hậu quả là tăng tích lũy các acid amin và các hợp chất hữu cơ khác trong máu và trong mô gây hại cho cơ thể [73]

- Đặc điểm

Trong hầu hết các trường hợp, các triệu chứng của bệnh xuất hiện trong vài ngày sau sinh với các biểu hiện như kém ăn, nôn mửa, bơ phờ, giảm trương lực cơ, chậm tăng trưởng, mất nước, co giật Một số trường hợp có thể có các triệu chứng xuất hiện thành từng đợt, một số bị thiểu năng trí tuệ hoặc chậm phát triển Các trường hợp bệnh khởi phát muộn thường xuất hiện các đợt cấp nếu có nhiễm trùng, táo bón hoặc ăn một lượng lớn protein Các đợt cấp thường có các chỉ số cận lâm sàng rõ rệt như nhiễm toan, nồng độ glycin tăng cao, tích lũy ceton, nồng độ amoniac trong máu cao, giảm tiểu cầu, bạch cầu Bệnh gặp ở nam và nữ với tỷ lệ như nhau, đạt tỷ lệ 1:2000-5000 ở Sandi Arabia [111]

- Chẩn đoán

Bệnh có thể được chẩn đoán trước sinh bằng cách định lượng acid propionic trong nước ối hoặc xác định hoạt tính enzym trong các mẫu dịch hoặc mô nhờ chọc dịch ối hoặc sinh thiết gai nhau Đo phổ khối song song được sử dụng trong sàng lọc

sơ sinh mở rộng Trẻ bị bệnh được chẩn đoán trong những tuần đầu tiên sau sinh căn

cứ tiền sử gia đình, tình trạng lâm sàng, cận lâm sàng Xác định hoạt tính enzym trong

tế bào bạch cầu hoặc nguyên bào sợi, định lượng ceton, glycin trong máu và nước tiểu, định lượng amoniac trong máu, định lượng tiểu cầu và bạch cầu trung tính [202]

- Điều trị

Trẻ bị bệnh cần được can thiệp từ sớm, duy trì chế độ ăn ít protein, có thể sử dụng protein tổng hợp có ít tiền chất propionat như isoleucin, valin, threonin và methionin Một số nghiên cứa cho rằng sữa mẹ có thể làm chậm và giảm các triệu chứng của trẻ do có hàm lượng protein thấp hơn sữa bò và sữa công thức Một số trường hợp thiếu hụt carnitin là chất tham gia chuyển hóa acid béo cần được bổ sung dẫn xuất L-carnitin Giai đoạn cấp tính của bệnh được điều trị bằng cách truyền nước hoặc điện giải, đảm bảo dinh dưỡng và calo thích hợp, sử dụng thuốc ngăn ngừa hoặc điều trị nhiễm khuẩn Các trường hợp nặng (nhiễm toan nặng, lượng sắt trong máu tăng cao) có thể cần chạy thận nhân tạo hoặc thẩm phân phúc mạc Điều trị hỗ trợ và điều trị triệu chứng nếu cần [73]

1.1.5.3 Thiếu hụt arginase-1 (Hyperargininmia)

- Nguyên nhân

Đây là một rối loạn di truyền lặn hiếm gặp do đột biến gen ARG1 làm thay đổi qua trình sản xuất enzym arginase là enzym đóng vai trò phân hủy và loại bỏ nitơ ra khỏi cơ thể thông qua chu trình urê dẫn đến tích tụ quá nhiều nitơ trong máu dưới dạng ammonia (hyperammoninemia) và arginin (hyperargininemia) trong máu và dịch não tủy [167]

- Đặc điểm

Thông thường trẻ không có bất kỳ triệu chứng nào trong 1 tháng đến vài năm đầu đời Trẻ thường bị tăng bạch cầu nặng, hôn mê do tăng oxy máu, chậm tăng trưởng, đi bằng ngón chân, cứng khớp tiến triển, co cứng cơ, không thể đi lại, mất kiểm soát ruột

và bàng quang, phát triển nhận thức chậm hoặc dừng hẳn, thiểu năng trí tuệ nghiêm trọng Hầu như toàn bộ trẻ bị bệnh đều bị chậm tăng trưởng và nhiều người bị co giật

- Chẩn đoán

Hầu hết các trường hợp được phát hiện thông qua sàng lọc sơ sinh [151] Xét nghiệm di truyền phân tử thường được dùng để chẩn đoán xác định, tuy nhiên nếu không tìm thấy đột biến có thể làm xét nghiệm enzym hồng cầu [48]

- Điều trị

Người bệnh cần duy trì chế độ ăn hạn chế protein và arginin, bổ sung các acid amin thiết yếu [88] Sử dụng natri phenylacetat và natri benzoat tiêm tĩnh mạch hoặc uống để loại bỏ nitơ dư thừa, ngoài ra có thể sử dụng phenylbutyrat dạng uống, trong

đó ravicti là dạng ít kích ứng tiêu hóa và dễ uống hơn [154] Các trường hợp động kinh được điều trị bằng phenolbarrbital hoặc carbamazepin, tránh dùng acid valproic do có thể làm tăng nồng độ amoniac trong máu Người bệnh cần được theo dõi nồng độ amoniac và arginin định kỳ để không ảnh hưởng chức năng gan

1.1.5.4 Glutaric acidemia typ I (GAI)

- Nguyên nhân

Nguyên nhân của bệnh là do đột biến gen GCDH mã hóa glutaryl-coA dehydogenase là enzym tham gia chuyển hóa lysin, hydrolysin và tryptophan và các sản phẩm chuyển hóa trung gian làm tăng tích lũy các acid amin trong các mô cơ thể, đặc biệt là trong não Các sản phẩm chuyển hóa như acid glutaric, acid glutaric 3-hydroxy và acid glutaconic có khả năng gây độc thần kinh, làm hỏng não, đặc biệt là các hạch nền, dẫn đến xuất hiện các triệu chứng của bệnh [35]

- Biểu hiện

Trẻ sinh ra khỏe mạnh, có thể có một số dấu hiệu không đặc hiệu như chứng đầu

to Trong khoảng 3 tháng đến 3 tuổi, hầu hết trẻ bị khủng hoảng não cấp tính với các

triệu chứng thần kinh không hồi phục như chứng khó đọc, rối loạn vận động, rối loạn trương lực cơ, co thắt bất thường, co thắt toàn thân, rung giật nhãn cầu, có thể có suy giảm nhận thức, hôn mê và tử vong Thiểu năng trí tuệ có thể xuất hiện tuy nhiên nhiều trường hợp không bị ảnh hưởng hoặc chỉ ảnh hưởng nhẹ ngay cả khi không được điều trị Nhiễm trùng và sốt có thể làm tình trạng nặng hơn, tuy nhiên ở một số trẻ vẫn có tổn thương não mà không kèm sốt Nếu không được điều trị, hầu hết bệnh nhân sẽ phải trải qua cơn khủng hoảng não cấp tính nghiêm trọng khởi phát sau các triệu chứng ban đầu như cáu gắt, hốt hoảng, nôn mửa, tiêu chảy, chán ăn, mệt mỏi, giảm trương lực cơ, yếu cơ [101] Một số tình trạng khác có thể gặp như chảy máu nội

sọ, suy giảm thần kinh, động kinh, giãn nở não thất bên Bệnh hiếm gặp với tần suất 1:100000 và ảnh hưởng đến nam và nữ với tỷ lệ như nhau [115]

- Chẩn đoán và điều trị

Trẻ sơ sinh được sàng lọc bằng cách định lượng các chất chuyển hóa đặc trưng

GA và 3-OH-GA trong máu và nước tiểu bằng GC/MS, phân tích đột biến gen GCDH hoặc đánh giá enzym GCDH trong bạch cầu hoặc nguyên bào sợi Bệnh được chẩn đoán xác định nếu tìm được 2 đột biến gen GCDH gây bệnh hoặc hoạt tính enzym bị giảm đáng kể Chẩn đoán và bắt đầu điều trị sớm giúp cải thiện đáng kể các triệu chứng thần kinh, trẻ có thể phát triển bình thường nếu được điều trị từ thời kỳ sơ sinh trước khi xuất hiện triệu chứng Bệnh nhân cần duy trì chế độ ăn ít lysin, kết hợp bổ sung hỗn hợp acid amin không có lysin, giảm tryptophan, bổ sung L-carnitin uống và tăng cường trong các giai đoạn bệnh xen kẽ hoặc can thiệp phẫu thuật [102] Nếu không được điều trị kịp thời có thể gây tổn thương thần kinh nghiêm trọng không hồi phục, ảnh hưởng vĩnh viễn đến chuyển động cơ bắp và rút ngắn tuổi thọ

1.1.5.5 Hyperprolinemia (HPI)

Prolin là acid amin không thiết yếu Cùng với hydroxyprolin, prolin là acid amin duy nhất không có nhóm amin bậc 2 do đó nó có con đường chuyển hóa riêng trong ty thể Trong ty thể, prolin được oxy hóa thành pyrrolin 5-carboxylat (P5-C) bằng prolin oxidase P5-C có thể tái tạo lại thành prolin hoặc chuyển thành glutamin-γ-semialdehyd rồi thành glutamin bằng P5-CDH [171]

- Nguyên nhân và đặc điểm

Có 2 đột biến dẫn đến tình trạng tăng prolin trong máu: đột biến gen mã hóa enzym prolin dehydrogenase gây HPI typ I và gen mã hóa enzym pyrrolin 5-carboxylat dehydrogenase gây HPI typ II Cả hai typ HPI đều rất hiếm gặp và khó nhận biết Typ I liên quan đến tình trạng chậm lớn, chậm phát triển trí tuệ, động kinh

và tâm thần phân liệt ở trẻ Biểu hiện lâm sàng có thể tỷ lệ với mức độ nghiêm trọng của rối loạn chức năng enzym Loại II thường có động kinh và nhận thức chậm Tuy

nhiên mối liên quan này có thể là ngẫu nhiên và typ II được cho là không có triệu chứng ở nhiều bệnh nhân [204]

Hình 1.5 Quá trình chuyển hóa của prolin.

- Chẩn đoán:

Bệnh có thể được chẩn đoán bằng cách định lượng prolin trong huyết thanh hoặc nước tiểu Đối với các phương pháp phân tích có dẫn xuất hóa bằng ninhydrin, phức hợp của prolin với ninhydrin có màu vàng và hấp thụ ánh sáng tốt nhất ở bước sóng

440 nm trong khi với các acid amin khác là màu tím và hấp thụ ánh sáng ở 570 nm, cấu trúc amin thứ cấp của prolin Khác với hyperprolinemia typ I, ở typ II có P5-C trong nước tiểu Bệnh có thể được chẩn đoán xác định bằng giải trình tự gen hoặc xác định các đột biến [205]

- Điều trị

Chế độ ăn hạn chế prolin không ảnh hưởng nhiều đến prolin và cải thiện tình trạng lâm sàng Việc kiểm soát các cơn động kinh rất quan trọng đối với người bệnh, đặc biệt là với trẻ sơ sinh Một số nghiên cứu chỉ ra rằng vitamin B5 có thể ngăn ngừa động kinh trong typ II [57]

1.2 Các bệnh khác liên quan

BCAA đóng vai trò quan trọng trong điều hòa các quá trình chuyển hóa của cơ thể Tăng BCAA giúp làm tăng nồng độ glucose và giảm cảm giác đói, từ đó giúp duy trì cân bằng nội môi và ổn định quá trình trao đổi chất [42] BCAA thúc đẩy quá trình dịch mã mARN thông qua kích thích mTORC1 làm tăng eIF4E dẫn đến hoạt hóa phức hợp eIF4E-eIF4G làm tăng tổng hợp protein [209] Bổ sung BCAA dẫn đến tăng tiết các yếu tố kích thích tăng trưởng gan, kích thích tổng hợp và ức chế phân giải protein [34] Nồng độ BCAA trong máu giảm là nguyên nhân chính gây hôn mê gan và nhược

cơ, được khắc phục bằng cách bổ sung BCAA do BCAA thúc đẩy giải độc amoniac

[84] Một số nghiên cứu trên chuột còn cho thấy leucin giúp cải thiện cải thiện dung nạp glucose, tăng độ nhạy với insulin, hạn chế gan nhiễm mỡ và viêm mô mỡ [188] Hơn nữa tác dụng chính của chế độ ăn giàu BCAA là tăng dị hóa BCAA làm tăng

nồng độ BCKA, alanin và glutamin [85] Do đó, BCAA có liên quan đến rất nhiều quá trình chuyển hóa khác nhau của cơ thể Một số bệnh ghi nhận sự thay đổi nồng độ BCAA trong máu như rối loạn mỡ máu, béo phì, đái tháo đường, trầm cảm và ung thư.

1.2.1 Béo phì và rối loạn mỡ máu

Gan là cơ quan chính tham gia các quá trình trao đổi chất của cơ thể Tại gan, tăng BCAA làm tăng phiên mã SREBP-1c (protein gắn yếu tố điều hòa 1c), từ đó kích thích phiên mã các enzym tham gia tổng hợp acid béo và triglycerid như fatty acid synthase, adenosin triphosphat-citrat lyase và acetyl-coenzym A carboxylase, từ đó dẫn đến tăng lipid máu và béo phì [15, 82, 147, 198, 203] Tăng tích lũy acid amin tại gan cùng với kháng insulin là các nguyên nhân chính gây béo phì và rối loạn mỡ máu [60, 72] Tình trạng này cũng dẫn đến tăng stress oxy hóa, tăng peroxyd hóa lipid và tăng tạo protein tiền viêm [11, 74, 200] Hơn nữa sự gián đoạn trong quá trình oxy hóa BCAA dẫn đến tăng nồng độ BCAA có thể ảnh hưởng đến các gen tham gia chuyển hóa chất béo ví dụ gen mã hóa methylmalonyl-CoA mutase (MUT) làm giảm oxy hóa chất béo dẫn đến tích tụ các chất trung gian có hại [159]

1.2.3 Đái tháo đường

Tăng BCAA làm tăng các sản phẩm oxy hóa của BCAA dẫn đến tích tụ quá mức các chất chuyển hóa của lipid bị oxy hóa không hoàn toàn C3 và C5 acylcarnitin Các acylcarnitin này có khả năng ức chế quá trình β-oxy hóa ty thể, do đó làm tăng nồng độ glucose máu [105, 118, 127, 140]

Hơn nữa ăn nhiều BCAA dẫn đến tăng các sản phẩm của alanin cũng như glutamin dẫn đến tăng tạo glucose thông qua quá trình tân tạo đường [83, 215] Kết quả là làm tăng glucose máu, thường gặp ở người có chỉ số BMI cao, ví dụ như tăng đường huyết trong khi insulin cũng tăng dẫn đến suy tế bào β [94, 107, 110, 186] BCAA tăng cao kéo dài có thể tăng hoạt hóa tín hiệu mTOR làm cho tế bào β sớm bị suy hoặc bị phá hủy [184, 206]

1.2.4 Các rối loạn về thần kinh và tâm thần

BCAA đóng vai trò quan trọng với các chức năng của não BCAA tham gia quá trình tổng hợp protein não và hoạt động sản sinh năng lượng, tham gia tổng hợp các chất dẫn truyền thần kinh khác là serotonin, dopamin, norepinephrin BCAA và các acid amin thơm như tryptophan, tyrosin, phenylalanin sử dụng chung các protein vận chuyển vào não Tryptophan là tiền chất của serotonin, tyrosin và phenylalanin là tiền chất của các catecholamin (dopamin, norepinephrine và epinephrin) BCAA trong máu tăng làm tăng BCAA hấp thu ở não trong khi sự hấp thu acid amin thơm giảm làm giảm tổng hợp và bài tiết các chất dẫn truyền thần kinh liên quan đến chúng làm ảnh hưởng khả năng hoạt động bình thường của não Sự cạnh tranh đi qua hàng rào máu não của BCAA là cơ sở cho liệu pháp điều trị bệnh não gan bằng BCAA và acid amin

Ở não, các acid amin thơm, đặc biệt là phenylalanin và tyrosin tham gia tạo catecholamin Giảm catecholamin có thể làm tăng nguy cơ dẫn đến trầm cảm Giảm acid amin thơm đặc biệt là tryptophan ở não làm giảm tạo serotonin gây cảm giác đói,

có thể dẫn đến béo phì và các rối loạn chuyển hóa [68, 161]

1.2.5 Ung thư

Trong những năm gần đây, nhiều dữ liệu về bệnh nhân ung thư cho thấy nồng

độ acid amin tự do trong huyết tương ở các bệnh nhân này tăng đáng kể [212] Mặc dù

cơ chế gây bệnh còn chưa rõ ràng tuy nhiên các thay đổi về nồng độ acid amin trong máu có giá trị quan trọng trong chẩn đoán ung thư và là marker sinh học tiềm năng để nghiên cứu về nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh của ung thư [142]

Một số acid amin như glutamin, glycin, acid asparticvà serin cần thiết cho sự tăng sinh tế bào ung thư thông qua tổng hợp DNA, hình thành các mạch máu mới và sao chép toàn bộ protein của chúng [7, 211] Các protein, được cấu thành từ các acid amin, có thể đóng vai trò như các hormon thúc đẩy tăng trưởng hoặc các yếu tố tăng trưởng khối u Sự gia tăng nhu cầu acid amin của cơ thể có thể dẫn đến lượng acid amin tự do thấp hơn ở bệnh nhân ung thư Bên cạnh đó một số acid amin cũng bị thay đổi nồng độ do ung thư như tryptophan và các BCAA [44, 78, 177]

Một số nghiên cứu đã chỉ ra có sự tăng đáng kể nồng độ các acid amin trong máu và nước tiểu như ung thư phổi [100, 130], ung thư dạ dày [130], ung thư đại trực tràng [112, 130], ung thư vú [55, 130, 138], ung thư tuyến tiền liệt [130] và bệnh bạch cầu tủy xương mạn tính [78]

Bảng 1.1 Giá trị chẩn đoán và mục tiêu điều trị một số bệnh hiếm

TT Bệnh Marker Giá trị chẩn đoán Mục tiêu điều trị

1 PKU Pheninalanin,

tyrosin giảm;

tỷ lệ phenylalanin/

tyrosin tăng

Phe >120 μmol/L hoặc

Tỷ lệ Phe/Tyr >3,7, PKU cổ điển ko điều trị Phe >1000 μmol/L

< 2 tuổi: 120-360 µmol/L

trên 2 tuổi: <600 µmol/L

3 Tyr II Tyrosin tăng cao 1000–3000 µmol/L nồng độ tyr < 600

duy trì tỷ lệ leucin/valin máu < 0.5 (mol:mol) và

leucin/isoleucin ~ 2.0 mol:mol

Leucin 150–300 μmol/L

6 NKH Glycin tăng tỷ lệ gly dịch não

tuỷ/huyết tương

> 0,08 với NKH cổ điển

và

> 0,04 trong NKH không điển hình

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ACID AMIN TRONG DỊCH SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU, CHẨN ĐOÁN VÀ THEO DÕI ĐIỀU TRỊ MỘT

SỐ BỆNH

Như đã phân tích ở chương I, acid amin đóng vai trò rất quan trọng trong các hoạt động sống của con người Nồng độ acid amin trong dịch sinh học thay đổi dẫn đến nhiều rối loạn khác nhau, biểu hiện thành các triệu chứng và mức độ khác nhau

Do đó việc phân tích acid amin đóng vai trò rất quan trọng trong chẩn đoán và theo dõi điều trị các bệnh này

Quá trình phân tích acid amin trong dịch sinh học gồm nhiều bước: lựa chọn mẫu, xử lý mẫu, dẫn xuất mẫu và tiến hành phân tích

2.1 Lựa chọn loại mẫu và cách lấy mẫu

2.1.1 Loại mẫu

Mẫu được lựa chọn dựa vào nồng độ và độ ổn định của các chất phân tích Thông thường mẫu được sử dụng gồm có máu (huyết tương và huyết thanh), nước tiểu và dịch não tủy

Huyết tương được sử dụng nhiều hơn để giảm thời gian từ khi lấy mẫu đến khi

phân tích và ổn định hơn so với huyết thanh Mẫu huyết tương được cho vào các ống lấy mẫu có chứa các chất chống đông như heparin hay EDTA, tuy nhiên các chất này

có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích [36] Ví dụ: các sản phẩm phân hủy bởi nhiệt của EDTA có thể gây ảnh hưởng kết quả phân tích hoặc ống lấy mẫu có chứa natri bisulfat khi thêm heparin có thể tạo S-sulfocystein dẫn đến chẩn đoán sai về tình trạng giảm sulfit oxidase (dễ nhầm lẫn với bệnh Sulfocysteinuria), do đó ống lấy mẫu máu bọc lithium-heparin được khuyến khích sử dụng [146, 174]

Nước tiểu hoặc dịch não tủy: Một số trường hợp có thể sử dụng các mẫu này

Tuy nhiên khi phân tích acid amin trong nước tiểu, cần thận trọng khi đánh giá sự tăng acid amin do nồng độ acid amin trong nước tiểu có thể bị ảnh hưởng bởi chế độ ăn, bệnh đường tiết niệu hay một số rối loạn vận chuyển acid amin như không dung nạp lysinuric protein, cystinuria và bệnh Hartnup Đối với mẫu nước tiểu, có thể sử dụng nước tiểu thu thập sau 24 giờ hoặc nước tiểu đầu vào sáng sớm mới ngủ dậy, không thêm chất bảo quản để tránh tạo tạp chất Mẫu dịch não tủy (CSF) không được lẫn máu

do có thể dẫn đến tăng acid amin không đặc hiệu [164] CSF không nên được đánh giá chung với các bất thường trong máu do nồng độ acid amin trong CSF và trong máu có

sự khác biệt tương đối lớn