曹亞琨 李輝華 審 校
南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,江西 南昌 330006
球細(xì)胞腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良(globoid cell leukodystrophy,GLD)首先由丹麥兒科醫(yī)師Krabbe于1916年正式提出,又稱克拉伯病或半乳糖?;拾贝贾练e癥。本病因溶酶體中半乳糖腦苷脂酶(galactocerebrosidase,GALC)的不足或活性降低造成腦苷脂類代謝障礙,導(dǎo)致神經(jīng)鞘氨醇半乳糖苷蓄積,從而引起髓鞘形成不良,屬于十分罕見的常染色體隱性遺傳疾病,發(fā)病率僅為1/100000~200000[1]。然而一旦有人罹患此病,可迅速致殘及死亡,給患者及家屬帶來巨大痛苦。
“拿到”致病基因是認(rèn)識(shí)疾病的第一步。1993年,GALC基因首次被克隆出來。同年,Oehlmann等將突變基因定位于14q24.3-32.1。Wing等[2]研究發(fā)現(xiàn)突變型GALC活性極低,僅為正常的1.6%。GALC絕對(duì)或相對(duì)缺乏導(dǎo)致神經(jīng)鞘氨醇半乳糖苷在腦組織蓄積而致病。神經(jīng)鞘氨醇半乳糖苷是一種毒性很強(qiáng)的化合物,其作用機(jī)制至今尚未完全清楚,可能與多種因素有關(guān)。相關(guān)研究已證明它能夠促進(jìn)磷脂酶A2激活(激活的磷脂酶A2參與了腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)鈣超載及腦損傷的整個(gè)病理過程),并下調(diào)AMPK活性(AMPK活性下降可能是引起GLD炎癥反應(yīng)及星形膠質(zhì)細(xì)胞增生的一項(xiàng)重要原因)。另外,2009年,Adam等[3-5]發(fā)表不同觀點(diǎn),認(rèn)為神經(jīng)鞘氨醇半乳糖苷可能是通過在膜微區(qū)聚集并破壞脂筏結(jié)構(gòu)損傷腦細(xì)胞。近期,White等[6]進(jìn)一步證實(shí)細(xì)胞脂筏結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的內(nèi)吞作用障礙參與了疾病的發(fā)生。逐漸地,人們又發(fā)現(xiàn)GLD并非一個(gè)單獨(dú)的疾病,而是一組有著多種臨床表現(xiàn)并具有不同病理生理過程的疾病群。那么如何運(yùn)用相關(guān)理論去解釋它呢?隨著研究深入,學(xué)者們提出如下觀點(diǎn),他們認(rèn)為GALC其實(shí)為雜合子基因,它本身存在著多種形式的變異。至今,已有大約70%的突變基因被確定,其中大多數(shù)位于酶的催化結(jié)構(gòu)域之外[2]。2010年,Wing等[2]對(duì)3種GALC突變基因(D528N,I234T,L629R)進(jìn)行檢測(cè)之后發(fā)現(xiàn),D528N型的GALC前體蛋白(80 KDa)分子量最大且酶的活性高于另2種突變,而L629R型分泌GALC的能力又顯著低于D528N、I234。上述研究提示不同等位基因的變異結(jié)果存在著差異,證實(shí)了人們對(duì)GLD遺傳異質(zhì)性的猜測(cè)[6]。但是也發(fā)現(xiàn)基因型相同的患者卻有不全相同的臨床表現(xiàn)和病程,具體原因則有待于進(jìn)一步探討[7]。
電鏡下可見球形細(xì)胞廣泛分布于腦白質(zhì)的深部(球形細(xì)胞由巨嗜細(xì)胞吞噬神經(jīng)鞘氨醇半乳糖苷形成,包括球形小體和上皮樣細(xì)胞),胞漿內(nèi)可見PAS染色(+)的異常胞漿內(nèi)含物。胞漿內(nèi)含物按大體形態(tài)分為2種:一種存在于球形小體中,縱切面為直或彎的中空管狀結(jié)構(gòu),橫切面呈晶體樣;另一種在上皮樣細(xì)胞中可見,縱切面類似螺旋管,橫切面則近似圓形[8]。最近,國(guó)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)巨嗜細(xì)胞可明顯阻止中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘,并能促進(jìn)軸突的再生[9]。
根據(jù)起病時(shí)間分為:①早發(fā)型:最主要的亞型,常見于出生6個(gè)月左右的嬰兒,按臨床表現(xiàn)大致可分為下述3個(gè)階段。第1階段,多為輕微發(fā)育延遲,感覺過敏、易怒、不明原因的哭泣、非感染性發(fā)熱(可能與下丘腦受累及有關(guān)),吞咽困難、營(yíng)養(yǎng)不良,周圍神經(jīng)病變(此時(shí)肌張力減低),少數(shù)可伴有癲癇。第2階段,出現(xiàn)四肢肌張力增高伴足下垂、劃圈步態(tài),角弓反張,牽張反射亢進(jìn),足趾反射陽(yáng)性,癲癇,瞳孔反射遲鈍、漸進(jìn)性視神經(jīng)萎縮。第3階段為消耗期,表現(xiàn)為耳聾、失明,最后因去大腦強(qiáng)直、延髓麻痹致呼吸衰竭或其他并發(fā)癥死亡。預(yù)后極差,患兒生存年限一般不超過2年[7,10]。②遲發(fā)型:包括嬰幼兒組(6個(gè)月~3歲),早期發(fā)育可正常,之后逐漸出現(xiàn)皮質(zhì)盲,易怒,精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育停止、倒退,共濟(jì)失調(diào);少年組(3~8歲),表現(xiàn)為步態(tài)異常,輕度偏癱,視力喪失,認(rèn)知障礙,本組的病情初期進(jìn)展很快,之后則顯示慢性遷徙的病程特點(diǎn);青年及成人組(8歲~),臨床特點(diǎn)與少年組基本類似,2000年宣武醫(yī)院趙筱玲首次報(bào)道了一位經(jīng)功能神經(jīng)外科立體定向腦組織活檢證實(shí)的11歲男性患者,開始引起了國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此病的關(guān)注。此型預(yù)后不佳,多在確診后2~7年間發(fā)展為嚴(yán)重殘疾,甚至死亡[11]。
①影像學(xué)檢查:MRI是目前最常用的影像學(xué)方法,國(guó)外學(xué)者通過比較嬰兒神經(jīng)發(fā)育(智力、軀體運(yùn)動(dòng)、精細(xì)運(yùn)動(dòng))和MR評(píng)分(全腦、錐體束、內(nèi)囊),證實(shí)兩者有密切的相關(guān)性[12]。2010年,Antonio等[1]在對(duì)2例早發(fā)型患者進(jìn)行MRI檢查中還發(fā)現(xiàn)了粗大的視神經(jīng),提示周圍神經(jīng)受累及。另外,彌散張量成像(DTI)對(duì)腦白質(zhì)病變亦十分敏感,能夠發(fā)現(xiàn)MRI不能觀察到的超微改變,其中部分各向異性值(FA值)測(cè)定可以定量反映出白質(zhì)病變的嚴(yán)重程度。2009年,F(xiàn)scolar等[13]對(duì)6例早發(fā)型患者皮質(zhì)脊髓束進(jìn)行DTI檢查,發(fā)現(xiàn)FA值(左:0.89,右:0.87)均小于正常,說明運(yùn)動(dòng)功能已受損。磁共振波譜分析(MRS)是目前唯一的一種測(cè)定活體組織內(nèi)特定區(qū)域化學(xué)成分的無損傷技術(shù),可以在腦組織結(jié)構(gòu)改變之前發(fā)現(xiàn)生化代謝的異常。2006年,Veena等[14]通過該波譜分析觀察到GLD患者腦組織中NAA/CHO顯示異常高的比值,提示可能存在軸索變性和星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖。②實(shí)驗(yàn)室檢查:確診本病的重要檢查是測(cè)定周圍血白細(xì)胞或皮膚纖維原細(xì)胞內(nèi)的GALC活性是否減低。另外,2000年,趙筱玲運(yùn)用腦組織立體定向穿刺活檢術(shù)確診1例遲發(fā)型男性患者,并認(rèn)為這是一種微創(chuàng)傷、值得全力推廣的檢查方法[10-11]。③篩查:由于近年來分子生物學(xué)的快速發(fā)展,很多以前較少被了解的GLD致病基因已經(jīng)成功地定位克隆,使該病的產(chǎn)前診斷、基因檢測(cè)及遺傳咨詢成為現(xiàn)實(shí)。目前,早孕期的絨毛染色體檢查已被應(yīng)用于臨床并取得了良好的效果[15]。
以往本病無特異療法,只能對(duì)癥治療。但據(jù)國(guó)外學(xué)者稱,給GLD患者實(shí)施造血干細(xì)胞移植(HSCT)后明顯減慢了病情的進(jìn)展。2006年,Siddiqi等[16]運(yùn)用連續(xù)的神經(jīng)傳導(dǎo)研究(NCS)對(duì)12位實(shí)施HSCT術(shù)的患者進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月的隨訪,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)患者的周圍神經(jīng)傳導(dǎo)得到明顯改善,而且實(shí)施移植越早,得到的療效越顯著。不過,令人有些遺憾的是,HSCT療效似乎不太持久,因?yàn)楹罄m(xù)跟蹤顯示運(yùn)動(dòng)神經(jīng)潛伏期(2例)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)CV(2例)、FWL(3例)、SSR(1例)在最初的改善后又繼續(xù)惡化。近期,Ripoll等[17]在給GLD動(dòng)物模型的側(cè)腦室注射來源于脂肪組織及骨髓的間充質(zhì)干細(xì)胞后,發(fā)現(xiàn)炎癥相關(guān)因子顯著減少,為GLD治療開拓了新的視野。另外,基因治療的潛力也不容小覷。2006年,日本的Yamanaka研究小組[18]將4種基因(Oct-4、Sox2、c-myc和klf4)導(dǎo)入小鼠的皮膚成纖維細(xì)胞,獲得誘導(dǎo)產(chǎn)生的多能干細(xì)胞(iPSC)。iPSc不但可以避免HSCT等異體移植過程中的免疫排斥反應(yīng),同時(shí)解決了一直困擾人們的胚胎干細(xì)胞倫理問題,為包括GLD在內(nèi)的多種疾病帶來了廣闊的治療前景,引起國(guó)內(nèi)外研究者的極大興趣和關(guān)注。2010年,Xing等[19]用攜帶Oct3/4、Sox2、Klf4基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒感染小鼠成纖維細(xì)胞,并進(jìn)行體外誘導(dǎo)分化,最終獲得GLD疾病特異的多能性干細(xì)胞。最新研究發(fā)現(xiàn),腺相關(guān)病毒2/5(AAV2/5)介導(dǎo)的基因療法可以有針對(duì)性地作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng),保護(hù)少突膠質(zhì)細(xì)胞,顯著改善機(jī)體運(yùn)動(dòng)功能,并能延長(zhǎng)預(yù)期壽命。Reddy等[20]指出,上述基因療法與骨髓移植在GLD治療上具有明顯的協(xié)同效應(yīng),可以顯著減輕GLD大鼠模型的炎癥反應(yīng),但相互作用機(jī)制目前仍不十分清楚。此外,2007年,Lee等[21]發(fā)現(xiàn)給動(dòng)物模型單劑量注射重組GALC后,神經(jīng)鞘氨醇半乳糖苷含量顯著降低16.5%,動(dòng)物的存活時(shí)間較對(duì)照組提高大約10 d,提示酶替代療法可以改善GLD病情,但酶如何更高效地通過血腦屏障仍是一個(gè)很大的難題。2008年,又有學(xué)者發(fā)現(xiàn)AMPK活性下降可能是引起GLD炎癥反應(yīng)及星形膠質(zhì)細(xì)胞增生的一項(xiàng)重要原因,因此提出可以嘗試?yán)?-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸(AICAR)上調(diào)AMPK活性來治療本病[4]。
迄今,本病仍無非常滿意的治療方法,多數(shù)研究成果還僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。又因發(fā)病機(jī)制未完全闡明,具體的作用靶標(biāo)及途徑尚不十分清楚,從而限制了進(jìn)一步的研究和治療方法的創(chuàng)新。因此,繼續(xù)深入地探討其發(fā)病機(jī)制、將研究成果安全有效地應(yīng)用于臨床實(shí)踐,為患者和家屬減少痛苦,給社會(huì)減輕負(fù)擔(dān),具有十分迫切的意義。
[1]Antonio MG,Norma MM,Lygia O,et al.Optic nerve enlargement and leukodystrophy[J].Arq Neuropsiquiatr,2010,68(5):816-818.
[2]Wing C,Dongcheul K, Causevic E,et al.Molecular characterization of mutations that cause globoid cell leukodystrophy and pharmacological rescue using small molecule chemical chaperones [J].The Journal of Neuroscience,2010,30(16):5489-5497.
[3]Giri S,Khan M, Rattan R,et al.Krabbe Disease:psychosine-mediated activation of phospholipase A2 in oligodendrocyte cell death [J].Lipid Res,2006,47(7):1478-1492.
[4]Giri S,Khan M, Nath N et al.The role of AMPK in psychosine mediated effects on oligodendrocytes and astrocytes: implication for krabbe disease [J].J Neurochem,2008,105(5):1820-1833.
[5]White AB, Givogri MI, Lopez RA, et al.Psychosine accumulates in membrane microdomains in the brain of krabbe patients, disrupting the raft architecture[J].Neuroscience,2009,29(19):6068-6077.
[6]White AB,Galbiati F,Givogri MI,et al .Persistence of psychosine in brain lipid rafts is a limiting factor in the therapeutic recovery of a mouse model for Krabbe disease[J].J Neurosci Res, 2011,89(3):352-364.
[7]David AW.Krabbe Disease [J].GeneReviews,2000, 6(19):1993-2011.
[8]Junko M,Kunihiko S.Krabbe disease (globoid cell leukodystrophy) [J].Iysosomal storage disorders,2007,5(12): 269-283.
[9]Kondo Y, Adams JM,Marie T, et al.Macrophages counteract demyelination in a mouse model of globoid cell leukodystrophy[J]. J Neurosci, 2011,31(10):3610-3624.
[10]王維治.神經(jīng)病學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2006:1093-1102.
[11]趙筱玲,賈建平 .球細(xì)胞腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良 [J].當(dāng)代醫(yī)學(xué),2000,6(12):45-46.
[12]James MP,Srinivas P,Joanne K, et al . Correlation of neurodevelopmental features and MRI findings in infantile krabbe's disease[J].AJR,2009,192(1):59-65.
[13]Escolar ML, Poe MD, Smith JK,et al.Diffusion tensor imaging abnormalities in the corticospinal tracts of neonates with infantile krabbe disease[J].AJNR,2009,30(5):1017-1021.
[14]Veena AN, Meher AU, Pradeep K, et al. Krabbe disease: unusual MRI findings[J]. Pediatr Radiol,2006,36(1):61-64.
[15]胡舜妍,廖燦,潘敏,等.絨毛細(xì)胞長(zhǎng)期培養(yǎng)法在產(chǎn)前診斷及早孕和早中孕期自然流產(chǎn)病因檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)優(yōu)生與遺傳雜志,2010,18(7):35-36.
[16]Siddiqi ZA,Sanders DB, Massey JM.Peripheral neuropathy in krabbe disease:electrodiagnostic findings[J]. Clinical Neurology,2006,67(2):263-267.
[17]Ripoll CB, Flaat M, Jessica KE, et al.Mesenchymal lineage stem cells have pronounced anti-inflammatory effects in the twitcher mouse model of Krabbe's disease[J].Stem Cells, 2011,29(1):67-77.
[18]Takahashi K,Yamanaka S.Induction of pluripotent stem krabbe disease to predict outcome after unrelated umbilical cord blood transplantation[J].Pediatrics, 2006,118(3): 879-889.
[19]Xing LM,Jin SS, Shiho K,et al.Induced pluripotent stem cells derived from mouse models of lysosomal storage disorders[J].PNAS,2010,107(17):7886-7891.
[20]Reddy AS,Kim JH,Jacqueline A,et al.Bone marrow transplantation augments the effect of brain- and spinal cord-directed adeno-associated virus 2/5 gene therapy by altering inflammation in the murine model of globoid-cell leukodystrophy[J].J Neurosci,2011,31(27):9945-9957.
[21]Lee WC,Tsoi YK,FJ Troendle,et al.Single-dose intracerebroventricular administration of galactocerebrosidase improves survival in a mouse model of globoid cell leukodystrophy[J].Faseb J,2007,21(10):2520-2527.