第四节　遗传代谢病的实验室检查

遗传代谢病是一组涉及各类生化代谢物异常的疾病，疾病种类繁多，涉及体内代谢途径广泛，分子病因复杂，多数疾病临床缺乏特异性表现，不同种遗传病可表现出相似的临床症状，而同一种遗传病在发病的不同阶段又可出现轻重不同的表型。在临床上，除少数较特异典型的遗传代谢病可得到明确诊断外，大多数诊断仍存在相当大的困难。

遗传性代谢病的准确诊断必须依赖实验室，常规实验室检查可提供诊断的线索，但确定诊断需要特异性的检测方法，包括特异性的生化检测、酶学测定、基因检测等，临床医师需掌握各项技术的适用范围、优势和方法的局限性，合理地选择和应用。随着分子诊断技术的发展，遗传代谢病基因诊断的准确性、可靠性日益突出，分子诊断将成为诊断的常规项目。

1.生化代谢物检测

测定血尿常规、肝肾功能、心肌酶谱、血糖、血氨、电解质、钙、磷、酮体、乳酸/丙酮酸、尿酸、血气分析等，有助于对某些遗传代谢病作出提示或者缩小诊断范围。有些测定物，例如铜蓝蛋白、血磷的降低、17-羟孕酮的升高等对诊断的意义较大。

低血糖是遗传代谢病的常见症状，可伴或不伴有酮症。血浆酮体正常或降低，提示脂肪酸氧化障碍或酮体生成障碍。游离脂肪酸显著增高提示脂肪分解亢进。乳酸增高提示肝损害、糖原分解亢进、糖异生障碍。低血糖出现时，应综合乳酸、酮体、胰岛素、皮质醇、生长激素等水平综合判断。注意排除有机酸血症、糖异生异常、脂肪酸氧化障碍等，常规进行氨基酸和酰基肉碱谱、尿有机酸谱分析。

血乳酸、丙酮酸以及比值反映细胞质和线粒体氧化还原状态，是检测能量代谢障碍的重要指标。

当体内乙酰辅酶A的生成超过三羧酸循环的氧化能力时，乙酰辅酶A即还原成酮体，如丙酮、乙酰乙酸、3-羟基丁酸等，造成酮中毒和酮尿。新生儿期的酮尿通常是病理性的，提示代谢异常。很多有机酸尿症伴有酮症，若存在持续的酮症而尿有机酸正常则提示解酮作用的酶缺乏。

发现血氨升高时应结合其他实验室检查，如血气分析、血糖、血氨基酸水平等进行分析。尿素循环缺陷引起的高氨血症可无或伴有轻度酸中毒；支链氨基酸代谢紊乱引起的高氨血症则伴中、重度代谢性酸中毒；脂肪酸氧化障碍常伴低血糖。高蛋白饮食、运动、标本溶血等可使血氨轻度升高；各种原因导致的严重肝功能异常也可使血氨升高，但严重的高血氨多见于遗传代谢病。

较为特异性的生化代谢物测定技术，例如串联质谱检测技术（tandem mass spectrometry，MS/MS）、气相色谱/质谱检测技术（gas chromatography mass spectrometry，GC/MS）、高效液相技术等已成为遗传代谢病的常规检测工具。质谱技术是通过测定物质的质荷比（质量数/所带电荷数）对物质进行定性和定量的仪器，特别是MS/MS技术能对干血滤纸片上微量血一次进行数十种氨基酸、有机酸、脂肪酸代谢异常以及尿素循环障碍疾病的检测，在实验室诊断中发挥着重要作用，疾病的检测谱见表1-10。GC/MS技术可诊断的疾病包括多种有机酸血症，还可包括氨基酸、单糖、双糖、嘧啶、嘌呤、卟呤、核酸等多种物质，对一些疾病的诊断有重要意义，常见检测疾病谱见表1-11。

遗传代谢病导致体内代谢异常，发现生化异常是首要解决的问题，对疾病的初步诊断依赖于被检测代谢物浓度的切割值或正常参考范围。作为一种遗传性、终生性疾病，检测结果的分析要考虑：

（1）疾病处在危象期或非危象期，此时代谢物浓度可差别很大。

（2）心、肝、肾功能异常也可导致代谢物的浓度改变。

（3）药物治疗、饮食治疗、饥饿、其他疾病的影响。

（4）早产儿、母亲营养状态的影响。

（5）标本污染、检测误差。

（6）饮食和随机的代谢物浓度波动等。

因此，在进行代谢产物分析或分析检测报告时需结合临床加以判断，并且经过多次检测验证。相对于代谢物检测，酶活性测定和基因突变检测则更为可靠，诊断价值更高。

2.酶活性检测

酶活性检查通过测定基因表达后翻译合成的酶蛋白活性，进行特异性的遗传代谢病的确诊。酶活性检测材料包括患者血清、红细胞、白细胞、皮肤成纤维细胞、肝脏组织等，采用微量的荧光底物或者人工合成的底物，用荧光分光光度计或者普通分光光度计进行检测。溶酶体贮积病是主要采用酶活性测定进行诊断的疾病，也是某些疾病，例如黏多糖贮积病分型的重要依据。目前，酶活性检测还广泛用于在四氢生物蝶啶还原酶缺乏症、铜氧化酶缺乏症、生物素酶缺乏症等疾病的诊断中。常见溶酶体贮积症的酶缺陷见表1-12。

3.分子检测

在遗传和环境因素的共同作用下，体内生化代谢时刻在变化中，生化标志物的浓度会有波动，检测会出现一定的假阳性率和假阴性率。遗传物质发生改变是遗传病的分子基础，通过对DNA检测，进行DNA序列分析或拷贝数变异分析，找出结构异常的过程，称为分子诊断或者基因诊断，这在临床诊断中占有重要地位，是一种特异、灵敏、准确的检测手段，基因诊断有比传统生化诊断无法比拟的优点。

分子诊断的标本一般来源于外周血白细胞和其他组织的DNA，包括羊水细胞和绒毛膜绒毛细胞（产前诊断）、口腔黏膜细胞（咽拭子）、成纤维细胞（皮肤活检）。DNA扩增技术，如聚合酶链反应（PCR），能够从一个或很少量的细胞中扩增DNA，然后进行DNA分析，找出基因病变部位。相对于根据代谢物测定浓度进行诊断，代谢物要受疾病状态和环境的影响，而遗传性的基因的改变不受生理状态和环境的影响，而且能检测出家系杂合子携带者，因此分子诊断是遗传代谢病诊断的金标准。

随着技术发展和人们对测序技术需求增大，促成了新一代测序技术（next generation sequencing technology，NGS）出现。该技术可以在一次实验中检测全部的基因组，快速完成对一个个体的全基因组测序，揭示个体全部的DNA序列，揭示个体DNA序列的多态性、缺失、重复和点突变，这是对传统测序技术的一次革命性的改变，其高通量、高灵敏度和低运行成本优势突出，使其具有广阔的临床应用前景。目前，相对于全基因组测序，全外显子测序（whole exome sequencing），或者对一组临床表现相同而致病基因不同或一组特定疾病基因的外显子测序（target sequencing，panel sequencing）是一种有效、相对低价的测序策略，可为复杂的临床表现与基因型的确定提供诊断依据。该技术可以广泛应用于单基因遗传病的分子诊断。由于NGS技术在临床应用时间较短，技术还在发展中，对发现的DNA突变要进一步用传统方法验证；有些新变异意义不明，需要进一步进行功能研究，确定是否有病理意义。

基因检测的特点主要体现在以下几方面：

（1）在基因水平对患者诊断：

传统疾病诊断方法多为“表型诊断”，以疾病表型为依据，需要进行相同症状的鉴别诊断，而基因检测可在基因水平确定相同表型不同病因的诊断，进行家系携带者检出，对于尚未发病的遗传病，基因诊断可进行症状前诊断，具即时性和超前性。基因诊断应用于遗传代谢病，不仅为进一步明确发病机制提供重要依据，而且使诊断水平从临床水平、生化水平，深入基因分子水平，具有重要的临床意义和科研价值，为遗传病的确诊和分型提供依据，弥补临床表型诊断的不足，为疾病的正确治疗提供依据，为遗传咨询和疾病预防提供可靠的依据。

（2）提供产前诊断信息：

遗传代谢病有相当一部分危害严重，致残或者致死。携带该致病基因的婴儿在出生或儿童、青少年期发病，且进行性加重，严重影响健康。鉴于大部分遗传病尚无有效的治疗措施，因此，如何及早对此类疾病进行正确诊断，特别是在妊娠早期发现患病胎儿，并及早干预，已成为优生优育重要之课题。产前诊断直接采用羊水细胞或绒毛细胞作为检测标本，在胎儿（或胚胎）早期确定是否患有某种遗传病，以便进行选择性流产，防止患儿出生。产前诊断是防治遗传代谢病的重要措施。

（3）指导遗传咨询：

遗传咨询即“遗传指导”，是由从事医学遗传专业人员应用遗传学和临床医学基本原理，对患者或者家庭成员就遗传病的病因、遗传方式、诊治及再发风险率等予以解答，以此对婚育及产前诊断提出建议和指导。基因诊断能降低临床表型诊断误差，使得遗传咨询的深度和指导性得以提高，为精确的遗传咨询奠定基础。

4.染色体基因组芯片

染色体基因组芯片技术是近年遗传学检测的重大进展，它可以通过一次实验对某一样本的整个基因组进行检查。与传统的遗传学检测手段相比，基因芯片检测有如下特点：①检测高通量，能够在一张芯片上检测整个基因组的基因拷贝数变异（copy number variations，CNVs）；②检测分辨率高，传统的核型分析即使分辨率最高也只能检测大于10Mb（1M=1×106）的片段，而基因芯片能够检测小于100kb（1M=1×103），甚至1kb的拷贝数变异。在临床上，染色体基因组芯片主要用于检测染色体拷贝数变异的疾病，这是目前临床诊断各类染色体异常、染色体微缺失和微重复综合征的首选方法，临床上有替代传统染色体分析的趋势，但是不能检测出染色体平衡异位、点突变。由于遗传代谢病这类单基因疾病主要以基因点突变、小片段的插入、缺失为主，该技术在这方面的临床应用价值有限。少数特制的基因芯片可应用于已知点突变的检测，但是DNA直接测序可检测测序片段的已知和未知的突变，结果更准确。

5.影像学

通过对骨骼（长骨、脊柱等部位）X线片可协助黏多糖贮积症以及其他骨代谢疾病的诊断，头颅CT、MRI或MRS的特征性变化有助于肾上腺脑白质营养不良、异染性脑白质营养不良、某些线粒体遗传病的诊断。脑额叶或颞叶萎缩、胼胝体发育不全、广泛性大脑萎缩等也是遗传代谢病常见的神经影像学改变。

6.细胞形态学检查

肝脏、骨髓以及肌肉等组织活检可对部分遗传代谢病的诊断提供有价值的信息。例如Gaucher病患儿的骨髓、肝、脾穿刺液中可能检测到Gaucher细胞；而Niemann-Pick患儿的骨髓涂片中可以找到典型的泡沫细胞等。不过，随着溶酶体病酶学测定方法的普及，酶学诊断、基因诊断比细胞形态学诊断特异性更强。例如，糖原累积病的诊断过去较多使用肝脏穿刺的病理报告，目前多采用基因诊断技术，且可分型。

（顾学范　余永国）