בדיקה לקביעת חסר ב-Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
בדיקה לקביעת חסר ב-Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase
שמות אחרים	MCADD
מעבדה	אנזימטית-מטבולית
תחום	מומים אנזימטיים מולדים
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

זהו מפגע של חמצון חומצות שומן הפוגע ביכולת הגוף לפרק חומצות שומן עם שרשרת בינונית באורכה לקבלת acetyl CoA. מפגע זה מאופיין על ידי היפו-גליקמיה ומוות פתאומי המתרחש בתקופות של צום או הקאות, ללא התערבות טיפולית מתאימה. לפני שהחלו בדיקות סקר מומים מולדים ביילודים, MCADD הייתה סיבה בלתי-מאובחנת למוות פתאומי בתינוקות בגיל צעיר ביותר. תינוקות המאובחנים לחסר זה לפני הופעת התסמינים הם בעלי פרוגנוזה טובה. MCADD שכיח מאוד בתינוקות לבנים צפון-אירופיים, עם שכיחות של 1:4,000 עד 1:17,000 בתלות באוכלוסייה. הטיפול ב-MCADD הוא בעיקר מניעתי, על ידי הימנעות מצום או ממצבים אחרים בהם הגוף מתבסס על חמצון של חומצות שומן כמקור אנרגיה.

רקע היסטורי

המחקרים על מטבוליזם של חומצות שומניות זכו לעדנה בשנות ה-70, כאשר התגלו מטופלים עם פגמים גנטיים בתחום זה. בשנת 1973, חסר באנזים carnitine palmitoyltransferase (להלן CPT) היה התרחיש המטבולי הראשון של מפגע בחומצות שומן שהתגלה. בהמשך תשומת הלב הופנתה למפגעים נוספים דמויי תסמונת Reye, בהם הופרשו בשתן חומצות דיקרבוקסיליות עם אורך שרשרת בין C6 ל-C10. בשנת 1976, היו אלה Gregersen וחב' שתיארו מטופל עם מאפיינים אלה, והעלו את ההשערה שמדובר בפגם ב-β אוקסידציה, והעריכו שפגם זה יזוהה בקרוב (Gregersen ב-Clin Chim Acta משנת 1976). עד שנת 1982, התפרסמו לפחות 2 מקרים דומים עם פגיעה משוערת ב-β אוקסידציה. בשנת 1983, הדגימו Gregersen וחב' חסר באנזים medium- chain acyl-coenzyme A (CoA) dehydrogenase (להלן MCAD) במטופל עם hypoketotic hypoglycemia שהגיב טוב לטיפול בריבופלבין ופרסמו זאת ב-Pediatr Res מאותה שנה.

מספר עם תסמינים קליניים דומים תוארו על ידי Stanley וחב' ב-Pediatr Res משנת 1983, שגם הם חסרו את MCAD. השכיחות של חסר אנזים זה דומה לזו של פנילקטונוריה (או 1 לכל 12,000 לידות-חי). Mayer וחב' דווחו על 1:8,456 לידות באזור באווריה בגרמניה כאשר נסקרו למעלה מ-500,000 יילודים (Hum Mol Genet משנת 2009).

סימנים ותסמינים

חסר באנזים MCAD בגיל מוקדם בא לביטוי על ידי היפו-גליקמיה היפו-קטוטית ואי-תפקוד הכבד, לרוב לאחר פרקי זמן ממושכים של צום או של זיהומים והקאות. עוללים הניזונים אקסקלוסיבית על ידי הנקה עלולים להראות תסמינים מיד לאחר לידתם כתוצאה מהזנה דלה. בחלק המקרים המופע הראשון של MCADD עלול להיות מוות פתאומי לאחר מחלה קלה (Morris וחב' ב-Inborn Metab Dis: Diagn Treat משנת 2012), ולעומת זאת חלק מאלה עם MCADD עשויים להישאר א-תסמיניים, בתנאי שלא נתקלו לעולם במצב בו הם נותרו במצוקה מטבולית (Matern בדו"ח של אוניברסיטת וושינגטון משנת 1993). מצבי חירום כאלה ייתכנו גם ברמות נמוכות של קרניטין ( Leydik וחב' ב-Mol Genet Metab משנת 2011). האנזים MCAD אחראי לשלב הדה-הידרוגנציה של חומצות השומן עם שרשרות באורך שבין 6–12 פחמנים כאשר הן עוברות אוקסידציה במיטוכונדריה. β-אוקסידציה של חומצות שומן, מספק אנרגיה לאחר שהגוף ניצל את עתודות הגלוקוזה והגליקוגן. אוקסידציה זו מתרחשת באופן אופייני במהלך פרקי זמן מתמשכים של צום, או של מחלה כאשר הצְרִיכָה הקאלורית מופחתת, ודרישות האנרגיה מוגברות.

גנטיקה של MCADD

המפגע עובר בהורשה אוטוזומאלית-רצסיבית, כאשר הגן המעורב ACADM ממוקם על כרומוזום 1 בעמדה 1P31, מכיל 12 אקסונים ומקודד לחלבון בעל 421 חומצות אמינו. ישנה מוטציה שכיחה ב-80% מבני האוכלוסייה הלבנה הנגועה קלינית ב-MCADD בצפון אירופה, 985A>G, בה שייר ליזין מותמר על ידי שייר חומצה גלוטמית בעמדה 304 של החלבון. מוטציה זו מופיעה ב-60% מבין הפרטים המזוהים בסקר יילודים. הפנוטיפ הקליני של פרטים עם MCADD תלוי לא רק בנוכחות המוטציות בגן ACADM, אלא גם בנוכחות של גורמים סביבתיים או פיזיולוגיים המחייבים את הגוף לתלות באוקסידציה של חומצות שומן למטרות אנרגטיות. מוטציות אחדות המזוהות במהלך סקר מומים ביילודים בהן פעילות השארית של האנזים MCAD גבוהה יותר אינן כרוכות בתסמינים קליניים של MCADD.

אבחון של MCADD

קלינית, ניתן לחשוד ב-MCADD או במפגע נוסף של אוקסידציה של חומצות שומן, כאשר פרטים מוצגים עם lethargy (אִטִּיּוּת, כְּבֵדוּת, נִרְפּוּת או תְּשִׁישׁוּת), עם פרכוסים, תרדמת (coma), היפוגליקמיה היפוקטוטית, בעיקר אם אלה מופיעים לאחר מחלה מינורית. MCADD יכול להופיע במהלך מחלת כבד חריפה וכבד מוגדל, מה שעלולה להיות מאובחנת בשוגג עם תסמונת Reye. במרכזים רפואיים בהם מתבצע סקר יילודים מורחב תוך שימוש ב- tandem mass spectrometry (או MS/MS), ניתן לגלות MCADD מיד לאחר הלידה, תוך אנליזה של כתמי דם יבש על גבי נייר סינון סופג. פרופילים של acylcarnitine המתקבלים ב-MS/MS, מראים מתווה מאוד אופייני של רמות מוגברות של hexanoylcarnitine (C6), של octanoylcarnitine (C8), של decanoylcarnitine (C10) או של decenoylcarnitine (C10:1), כאשר C8 גדול יותר מ-C6 ומ-C10. חסר משני של קרניטין נראה לעיתים ב-MCADD, ובמקרים אלה פרופילים של אצילקרניטינים אינם שימושיים לאבחון. אנליזה של חומצות אורגניות בשתן על ידי gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), תראה מתווה של אצידוריה דיקרבוקסילית עם רמות נמוכות של קטונים. כמו כן ניתן לזהות עקבות של acylglycine. בפרטים א-תסמיניים תוצאות בדיקות המעבדה עשויות להיות נורמליות, ובאלה אנליזה מכוונת של מיני acylglycine בעזרת GC-MS, ובאופן ספציפי hexanoylglycine ו-suberylglycine עשויים להיות אבחוניים (Rinaldo וחב' ב-N Eng J Med משנת 1988). אם מתעורר בבדיקות הביוכימיות חשד ל-MCADD, אנליזה גנטית מולקולרית של ACADM יכולה להתבצע למטרת אישוש האבחון בתרבית פיברובלסטים. בדיקה שלאחר המוות תגלה משקעים שומניים בכבד. אנליזה לאחר המוות של acylcarnitine בדם או במרה, גם כן רלוונטיים לצורך האבחון. בדיקה ביוכימית של אחאים א-תסמיניים ושל ההורים, גם כן מועילה (Rinaldo וחב' ב-Ann Rev Physiol משנת 2002). בשנים האחרות התגלו מספר מקרים של מוות בעריסה (sudden infant death syndrome או SIDS) שנגרמו בתינוקות עם MCADD או עם מפגעים אחרים של אוקסידציה של חומצות שומן (Hegyi וחב' ב-J Med Soc New Jersey משנת 1992, ו-Keppen ו-Randall ב-South Dakota J Med משנת 1999). עם זאת, חוקרים רבים מבטלים קשר מנגנוני אפשרי בין MCADD לבין SIDS.

פרוגנוזה

מחקר בקרב כל אוכלוסיית New South Wales באוסטרליה איתר 20 חולים, מתוכם 5 חולים (25%) מתו לפני גיל 30 חודש, כאשר מבין השורדים אחד סבל ממוגבלות קשה, והשאר ממוגבלות חלקית או אף כאלה שלמדו בבתי ספר רגילים (Wilcken ב-Arch Dis Child משנת 1994). מחקר הולנדי עקב אחר 155 מקרים ומצא בהם 27 פרטים (17%) שמתו בגיל צעיר, ומבין השורדים נמצאו 24 פרטים (19%) שסבלו מדרגות מוגבלות שונות, רובן מתונות. כל 18 הפרטים שאובחנו עם לידתם, היו בחיים בעת המעקב (Derks וחב' ב-J Pediatr משנת 1996).

הכנסת השימוש ב-tadem MS לשגרת מעבדות רבות בסקר יילודים מאפשר הערכה מדויקת יותר של MCADD בעולם (Oerton וחב' ב- J Med Screen משנת 2011, ו- Al-Hassnan וחב' ב-J Inherit Metab Dis משנת 2010). כך נקבע ממוצע עולמי של מקרה אחד של MCADD לכל 13,500-15,900 בסקר של 8 מיליון לידות חי (Couce וחב' ב- Orphanet J Rare Dis משנת 2013). כיוון שלמפגע הנגרם ממוטציה יש אופי אוטוזומלי-רצסיבי, צפויה תחלואה זהה בין זכרים ונקבות.

פתולוגיה של MCADD

MCADD היא המפגע המטבולי השכיח ביותר מבין כל המפגעים של חסר ב-Acyl-CoA dehydrogenase. ההופעה הקלינית שלו מתרחשת בדרך כלל בשנתיים הראשונות לחיים (בעיקר בין החודשים 3–15). דה-קומפנסציה מטבולית אופיינית יותר לתינוקות והיא מתרחשת כאשר מאגרי גליקוגן בכבד מדולדלים. באנשים בריאים חומצות שומן עוברות מטבוליזם ליצירת קטונים, ההופכים למקור אנרגיה עיקרי בחסר של מאגרי גליקוגן. אלא שבמפגע MCADD יש הצטברות של חומצות שומן ואספקה לא מספקת של קטונים (כגון ketone β-hydroxybutyrate) מה שגורם להיפוגליקמיה חריפה. אף-על-פי-כן, הנוכחות של קטונים אינה שוללת אבחון של MCADD, שכן 29% מהמאובחנים עם נגע זה מכילים קטונים בשתן שלהם בעת הופעת הסימנים הקליניים. ההצטברות של חומצות אורגניות עם שרשרת ממוצעת באורכה, ושל אציל-קרניטינים ו-acyl-CoAs התואמים (שהוא סימן ההיכר הביוכימי של פגמים ב-β-אוקסידציה), יכולה לגרום להשפעות טוקסיות בכבד, בשרירים, וב-CNS. דה-קומפנסציה מטבולית תגרום למותם של 25% מהמאובחנים עם MCADD, והשורדים בעלי סיכון משמעותי למחלה ארוכת טווח ולפיגור התפתחותי. הסימנים הראשונים של דה-קומפנסציה מטבולית כוללים לתרגיה (ב-84% מהמקרים), הקאות (ב-66% מהמקרים), אנצפלופתיה (ב-49% מהמקרים), כשל נשימתי (ב-48% מהמקרים), פרכוסים (ב-43% מהמקרים), דום לב (ב-36% מהמקרים), ומוות פתאומי (ב-18% מהמקרים).

ממצאים נוספים כוללים חמצת מטבולית חריפה, היפוגליקמיה היפוקטוטית (שאינה תסמין מוקדם יחסית), היפר-אמונמיה, הפרעות קצב, חולשת שרירים ותרדמת. ייתכן גם תרחיש של אי-ספיקת כבד וכבד מוגדל (המופיעה ב-44% מהמקרים שתוצאה שניונית של הצטברות של שומן בכבד), ממצאים פתולוגיים בבדיקת תפקודי כבד (בדרך כלל עם partial thromboplastin time נורמלי, ורק הארכה מתונה של prothrombin time, אך רמות מוגברות של טרנסאמינאזות), וכן אנצפלופתיה (שניונית לרמת אמוניה מוגברת, והצטברות של מטבוליטים טוקסיים אחרים). אנומליות לבביות תוארו בחלק מהמאובחנים עם MCADD, והן כוללות קרדיומיופתיה (שריר לב שומני ב-39% מהניתוחים שלאחר המוות, או קרדיומיופתיה בלתי מוגדרת ב-50% מהמקרים עם הפרעת קצב), ו-dilated cardiomyopathy שעשוי להתאושש עם מעבר לדיאטה דלת שומנים, ועשירה בפחמימות וכן עם אספקה רצופה של קרניטין, תסמונת של long-QT הניתנת לתיקון עם מעבר לדיאטה האמורה, טאכיקרדיה על-ונטריקולרית או ונטריקולרית, ופרפורים עד כדי דום-לב. בחינה נוירו-התפתחותית, מגלה ב-MCADD אנומליות בערך בשליש מהמקרים. במאובחנים רבים רמת הקרניטין בדם נמוכה, מה שמשפיע על המיטוכונדריה, ועלול לגרום לחמצת מטבולית חריפה. האחרונים חייבים לקבל אספקה רצופה של קרניטין (Baruteau וחב' ב-J Inherit Metab Dis משנת 2013).

ההופעה הקלינית של MCADD יכולה להתרחש בכל זמן במהלך הינקות או בגיל צעיר מאוד אחר, אם כי בדרך כלל התסמינים מופיעים בתינוקות בגיל מעל 3 חודשים, כאשר ההנקות הליליות הולכות ופוחתות בתדירותן. דיווח אחד מציע שקיים פוטנציאל לדה-קומפנסציה נאונטלית הכרוכה ב- compound heterozygosity עם מוטציה 199T>C ועם המוטציה השכיחה 985A>G (Gramer וחב' ב- JIMD Rep משנת 2015). ככל שאבחון המפגע מוקדם יותר, הדבר עשוי למנוע תחלואה קשה ותמותה המופיעים בלמעלה מ-25% מהמקרים שלא אובחנו כלל. מחקר של Rhead וחב' ב- J Inherit Metab Dis משנת 2006, קובע שפעילות שארית של MCAD שהיא מעל 10% מרמת הפעילות של אנזים זה, מספיקה לרוב הצרכים המטבוליים, ועשויה לדחות את הופעת התסמינים או להקל בחומרתם. כמו במקרה של מפגעים מטבוליים תורשתיים אחרים, הופעת תסמינים במבוגרים עם חסר ב-MCAD דווח גם כן.

הצטברות של חומצה octanoic (C8) שהיא טוקסין מיטוכונדריאלי ידוע, עלולה לפגוע במטבוליזם של אמוניה. חומצה זו נמצאה מפחיתה ב-70% את החמצון של גלוקוזה בתמצית מוח של חולדה, מה שעלול לתרום משמעותית לאנומליות הנוירולוגיות. גם גלוקונאוגנזה משתבשת בתרחיש של MCADD, כיוון שתהליך זה תלוי בפעילות של pyruvate carboxylase על מנת ליצור ,oxaloacetate ריאקציה המופחתת בגלל הרמה הירודה של acetyl-CoA במיטוכונדריה. לפיכך, גלוקונאוגנזה אינה יכולה לפצות על הצריכה המתמשכת של גלוקוזה, ועל אי היכולת לעבור לחמצון של "חומרי דלק" חלופיים, ובעיקר של חומצות שומן.

למעלה מ-80 וריאציות אלליות דווחו ב-MCADD (Waddell וחב' ב- Mol Genet Metab משנת 2006). כאמור, המוטציה השכיחה ביותר היא 985A>G, הנוצרת כתוצאה מהתמרה של הנוקלאוטיד guanine ב-adenine בשייר 985 של ה-DNA. מוטציה שנייה, 583G>A, שכיחה באוכלוסיות אחדות. מחקר אחר דיווח על כך שפרטים עם מוטציות 985A>G או 583G>A הם בעלי הרמות הגבוהות ביותר של octanylcarnitine, והם בעלי ההתבטאות הקלינית החמורה ביותר (Santos וחב' ב- J Inherit Metab Dis משנת 2007).

ממצאי מעבדה

מדידת רמת אלקטרוליטים בנסיוב יכולה לגלות ב-MCADD רמה נמוכה של ביקרבונאט, וכן anion gap. רמת גלוקוזה בדם נמוכה בנבדקים א-תסמיניים, אף על פי שתסמינים יכולים להופיע לפני הופעת היפו-גליקמיה. רמות אמוניה בדם יכולות להיות מוגברות באופן קל עד מתון. בדיקת urinalysis יכולה לסייע בשלילת מצב של קטונוריה, שתן אמור להיבדק לפרופיל של חומצות אורגניות ולהפרשה של acylcarnitine. בדיקה גנטית מולקולרית עשויה לזהות את המוטציה למטרה של אבחון קדם-לידתי. בדיקת חובה היא קביעת הפעילות השארית של האנזים MCAD שחשיבותה הן לפרוגנוזה כמו גם לטיפול (Touw וחב' ב- Orphanet J Rare Dis משנת 2012).

ממצאים היסטולוגיים

בדיקה היסטולוגית של רקמת הכבד מגלה טיפות גדולות מלאות בשומן (steatosis), משתיות (matrices) מיטוכונדריאליות צפופות-אלקטרונים, וממברנות מורחבות של המיטוכונדריה. שינויים אלה עשויים להצביע על מפגע של חמצון מיטוכונדריאלי, אך הם אינם ספציפיים ל-MCADD.

הטיפול הרפואי

המרכיב העיקרי של הטיפול הרפואי במקרים של MCADD הוא בהקפדה על דיאטה המאפשרת הזנה מתאימה ונמנעת מפרקי זמן של צום הארוכים מ-4–5 שעות בתינוקות מתחת גיל 6 חודשים. יש להימנע מפרקי זמן של צום מעל 8 שעות בילדים בני 6–12 חודשים, ומפרקי זמן של צום שמעל 10 שעות בבני 12–24 חודשים. צום מעל 12 חודשים אסור בבני כל הגילים של מאובחנ MCADD. מתן קרניטין מומלץ על בסיס ההכרה של התפקיד הביוכימי של קרניטין המאפשר קוניוגציה והפרשה של תוצרי ביניים טוקסיים. עם זאת, הראייה להשפעה תרפויטית של טיפול בקרניטין קלושה, ובעיקר אָנֶקְדּוֹטִית. מחקר של Huidekoper חוב' שהתפרסם ב- J Inherit Metab Dis משנת 2006, אינו מספק ראיות לכך שמתן קרניטין הוא תועלתי במצבים של פעילות גופנית מתונה. יתרה מכך, מטופלים עם MCADD מסוגלים לְחַדֵשׁ את המְלַאִי של קרניטין, על מנת לפצות על איבוד קרניטין בפעילות גופנית מוגברת. כיוון שהפגם הביוכימי הבסיסי ב-MCADD הוא בחמצון של חומצות שומן, ההרכב של הדיאטה צריך להיות מותאם לספק צריכה קלורית עשירה בפחמימות ובחלבונים, ודלה בליפידים (Angelini וחב' ב-Eur J Neurol משנת 2006).

סיבוכים

אפיזודות תכופות של היפוגליקמיה חריפה הם בעלי סיכון ניכר לתופעות לוואי בשלמות מערכת עצבים המרכזית (Schuck וחב' ב-Neurochem Int משנת 2009). היפוגליקמיה והיפראמונמיה עלולים לגרום לבצקת מוחית ולתרדמת ממושכת. פרטים עם MCADD הם בעלי נטייה לפתח השמנת יתר בגיל שלפני ההתבגרות, שהיא קשה במיוחד לטיפול בגלל הצורך לצריכה קלורית יחסית קבועה על מנת למנוע דה-קומפנסציה חריפה.

פתו-פיזיולוגיה

מעגל הβ-אוקסידציה מאפשר לתא למצות אנרגיה מפירוקן של חומצות שומן תוך קשר למסלול הנוסף של יצירת acetoacetate. בטא-אוסידציה היא מסלול מיטוכונדריאלי מורכב התלוי בנוכחות של כמות נאותה של קרניטין ציטוזולי ושל שני אנזימים מיטוכונדריאליים הקשורים לממברנה: CPT I ו-CPT II. בציטוזול, מולקולת חומצת שומן רווייה (ללא קשרים כפולים), משופעלת על ידי על ידי הפעולה של fatty acyl-CoA synthetase ליצירה של acyl-CoA התואם שלו. Acyl-C0A זה קשור למולקולת קרניטין על ידי פעולת האנזים CPT I, עם טרנספורט סימולטני דרך ממברנת המיטוכונדריון. פעולת האנזים CPT II בחלק הפנימי של ממברנת המיטוכונדריון גורמת לשחרור של קרניטין חופשי, העובר לציטוזול, ומותיר מאחוריו את מולקולת acyl-CoA.

שתי נקודות נוספות בהקשר של β-אוקסידציה: חומצות שומניות עם שרשרת קצרה מ-12 פחמנים, אינה זקוקה לפעילות CPT כדי לחדור למיטוכונדריה. כמו כן, לפחות שלושה אנזימי acyl-CoA dehydrogenase נבדלים ידועים: א) Long-chain acyl-CoA dehydrogenase הפועל על חומצות שומן הארוכות מ-C12; ב) Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase הפועל עk חומצות שומן באורך של C6-C12; ג) Short-chain acyl-CoA dehydrogenase הפועל על חומצות שומן קצרות מ-C6. חומצות שומן ארוכות מ-C12 יכולות להתחמצן על ידי בטא-אוקסידציה לקבלת 1212-carbon fatty acyl-CoA, ואילו חומצות שומניות קצרות מ-C6 מתחמצנות בצורה נורמלית.