臨床生物化學/神經肌肉性疾病的生物化學

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臨床生物化學

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神經-肌肉興奮傳遞過程中，任何部位病變均可引起神經肌肉疾病，根據受累部位可分為神經肌肉接頭病和肌肉疾病。現就進行性肌營養不良的生化改變進行介紹。

進行性肌營養不良是一組原發於肌肉的遺傳性變性疾病，主要臨床特點是骨骼肌進行性加重、對稱性的無力和肌萎縮，多發生在肢體的近側端、軀幹和肢帶的肌群，起病多在幼年期或少年期。

（一）肌肉的生化改變

⒈收縮蛋白及代謝以在室溫下是否可溶於鹼性溶液可將肌蛋白分為不溶的膠原蛋白和可溶的肌纖維蛋白。正常成人肌肉中後者佔90%以上，肌病時可溶性蛋白下降，晚期達50％以下，而結締組織膠原蛋白增多。假肥大型肌營養不良的肌肉中，肌球蛋白的ATP 酶活性下降，肌動球蛋白與Ca²⁺結合能力比正常人低。從肌病或帶基因者的肌肉提取的核蛋白體中，蛋白質合成率比正常人高，自動放射顯影法探測病人肌肉的肌漿中亮氨酸摻入蛋白質的速度比正常人快，以肌動蛋白和肌球蛋白的主要成分3-甲基組氨酸為指標，發現假肥大型肌病兒童尿中排出量比同年齡正常兒童高3倍，說明肌病時肌蛋白的合成率增加。

⒉肌酶類肌病早期時，組織蛋白酶A和B、二肽酶、芳基硫酯酶及核糖核酸酶等酶活性明顯升高，而組織蛋白酶D、酸性磷酸酶、β-乙醯葡萄糖胺苷酶、岩藻糖苷酶和甘露糖苷酶等酶活性在肌病晚期才開始升高。一般認為這是一種非特異性和繼發性改變，是肌纖維對某種有害因素的反應。在糖酵解和糖代謝酶方面，先發現肌病病人肌肉的糖酵解率比正常人的下降，繼而發現α-磷酸化酶、磷酸葡萄糖變位酶（PGM）及醛縮酶活性下降，其醛縮酶活性僅為正常人的一半以下。CPK和ATP酶也有明顯下降，尤其是少年型較明顯。腺苷酸激酶（AK）、AMMP脫氨酶、LDH、丙酮酸激酶（PK）及磷酸甘油醛脫氫酶（GAP-DH）等酶活性亦較正常肌肉中低，而6-磷酸葡萄糖脫氫酶及6-磷酸葡萄糖醛酸脫氫酶活性升高，提示磷酸戊糖途徑活躍，這是由於肌肉中再生纖維增長，需要較多的核酸合成之緣故。LDH₅在肌營養不良患者的肌肉中只佔LDH的17.7％（正常為31.4％）明顯下降，而CPK-MM則比正常肌肉中有所升高。在假肥大型肌病時出現異常的已糖激酶Ⅱ型（HK-Ⅱ）。肌病晚期，粒線體的氧化磷酸化下降。肌病中，ATP和CrP的含量都減少，ATP/ADP及CrP/Cr比例也下降，輔酶Q缺乏，但與NADP⁺有關的異檸檬酸脫氫酶及谷胱苷肽還原酶在肌病中的活性卻增高，可能與磷酸戊糖途徑活動增強有關。

有關蛋白裂解酶的研究發現，假肥大型肌病時Ca²⁺激活中性蛋白酶（CANP）在病肌的勻漿中明顯上升，CANP可裂解某些肌原纖維蛋白，如肌鈣蛋白（TN-1、TN-C）。因為肌病時，由於肌漿有缺陷或受損，以致Ca²⁺從細胞外流入肌細胞內使CANP激活，而CANP在正常肌纖維由於Ca²⁺很低幾乎無活性。此外，與溶酶體相伴的鹼性蛋白酶、二肽酶Ⅳ在肌萎縮時活性亦增高。酸性或鹼性核糖核酸酶活性在假肥大肌中顯著上升，脂酶活性也見增高。

有關肌病時肌肉酶活性改變機制還不太清楚，多數認為是肌漿膜對酶的通透性有變化，酶大量漏入血中。有人用同位素摻入法研究酶的轉換率，發現肌病時酶蛋白合成率下降，降解率常增高。還有人認為，營養不良的肌肉酶活性與發育期胎兒肌肉酶活性相似，說明由於運動神經對肌肉的衝動減少所造成的後果。

⒊肌膜的生化改變用電子顯微鏡觀察肌營養不良病人的肌纖維膜，發現肌漿膜的內外含蛋白質的顆粒大量消失。生物化學方面，從分離出的肌膜上ATP酶活性有改變，如Na⁺、K⁺-ATP酶活性降低，而Ca²⁺、Mg²⁺-ATP酶活性升高，腺苷酸環化酶活性降低，5′-核苷酸酶活性增高，表明肌纖維膜的生化缺陷。假肥大型肌病中鞘磷脂較多，而膽鹼磷脂和氨基乙醇磷脂較正常兒童減少。用同位素標記注入法觀察到病肌肌膜對同位素的保留能力明顯低於正常肌肉。

在對假肥大型病肌肌節的肌漿網培養中，發現其對Ca²⁺再攝入的能力比正常肌肉明顯降低，肌漿網對Ca²⁺的親和力也下降。PAGE分析中發現病人肌漿網蛋白成分出現兩種異常組型，提示假肥大型肌病存在有不同類型。對有關肌膜上蛋白質異常的研究，逐漸闡明了肌營養不良的肌原纖維膜上缺乏一種分子量大而含量極少的蛋白質致營養不良素（dystrophin），這種蛋白質基因定位在X染色體的短臂上（X_P21）。嚴重肌營養不良病例中該蛋白質幾乎全部缺乏或含量極低。

（二）血液的生物化學改變

⒈血清酶最早發現醛縮酶在假肥大型肌病時可增高10位以上，此後又發現CPK、轉氨酶、LDH、PK、磷酸葡萄糖變位酶（PGM）、磷酸葡萄糖異構酶（PGI）、6-磷酸葡萄糖脫氫酶、磷酸丙糖異構酶（PTI）、磷酸甘油酸激酶（PGK）、磷酸甘油酸脫氫酶（GAPDH）、磷酸已糖異構酶（PHI）、蘋果酸脫氫酶（MDH）、肌激酶（AMP激酶，MK）、腺苷酸激酶（AK）等在肌營養不良時都可增高，以假肥大型肌營養不良時最顯著。CPK活性改變是肌病時最敏感的酶指標。假肥大型肌病初期CPK活性即可升高，可作為早期假肥大型肌營養不良症的診斷指標。一般病兒在出生後即可發現CPK升高，大約生後14-22個月達最高峰，有的在臨床症状未出現以前CPK就已上升。CPK活性還可用於探測假肥大型肌病的帶基因者，該型是伴X染色體遺傳，病兒絕大多數是男性，女性往往是帶基因者，用血清CPK方法檢測病兒的母親或姐妹，大約2/3的帶基因者可被檢出，20-30歲與40-50歲的女的平均值最高。妊娠早期常伴CPK值暫時性下降，其他類型肌病CPK活性也可升高，但不如假肥大型明顯，惡性高熱症患者常伴有肌病，血清CPK增高，多發性肌炎亦可明顯升高。CPK-MB在假肥大型肌病病人中升高，同時可見LDH_1-3的升高，而女性帶基因者主要是LDH₅升高。PK活性一般在肌病早期輕微升高，隨著病程進展逐漸上升，嚴重期持續於高值。有人認為，用PK和CPK兩種酶作交叉檢測對肌病診斷更為可靠，CPK可檢出2/3的帶基因患者，其餘1/3左右可用PK活性檢測。

⒉血清蛋白類肌病患者中α₂-球蛋白增高，有時伴α₁-球蛋白升高。用免疫電泳法在β₁-球蛋白範圍內出現一條額外的抗肌病帶，位置與血液結合素相近。假肥大型肌病病人血中肌紅蛋白明顯增高，其濃度變化與病程起伏及對治療的反應有一定相關，且在臨床症状出現變化之前即可測出改變。肌紅蛋白的測定對假肥大型帶基因者的診斷也是比較可靠的指標之一。

⒊其他肌病病人血紅細胞膜可發生改變，膜脆性、滲透性增高，膜脂質成分、ATP含量、K⁺流出速度、磷脂酶活性、膜Ca²⁺-ATP酶與底物的親和力及對Ca²⁺影響的敏感性等與正常人RBC膜有明顯異常。假肥大型病人血小板對5-HT攝入速度降低，肌肉組織中Na⁺增多，K⁺減少，細胞內水分減少。肌營養不良病人血中Mg²⁺含量顯著低下，血糖一般在正常範圍，葡萄糖耐量試驗僅個別病人出現遲緩型曲線。

（三）尿的生化改變

⒈肌酸尿肌酸代謝障礙主要表現為：①尿中出現大量的游離肌酸。②尿中肌酐的排出減少。③肌酸的耐量改變。

肌營養不良病人早期可出現肌酸尿，患者尿中肌酸含量明顯增多，但肌酸尿的程度與疾病的嚴重程度不成比例，如：晚期有明顯肌萎縮者肌酸排出反而很少，肌酐的排出大為減少。因此，病人尿中肌酸指數（肌酸/肌酐比值）一般升高，而且在不同類型的肌病及不同時期中指數有所差異，這具有鑒別診斷的意義。在同一病人的病程中，臨床症状的好轉或惡化，也可見肌酸指數相應地下降或上升。

⒉核糖尿肌營養不良病人尿中有時可出現戊糖，但這是一種非特異性、非恆定的改變。病人排出的戊糖主要是核糖，24小時內比正常人多1倍。假肥大型病病人1/3左右尿中排出NAD⁺增多，有人認為核糖尿是由於肌物質耗損，核苷酸類降解的結果。

⒊胺基酸尿肌營養不良病人出現胺基酸尿，較多見於甘、亮、纈、蘇、精、脯、組氨酸及代謝中間物（牛磺酸、甲基組氨酸）。其中一部分與肌酸的合成代謝有關。但假肥大型肌病尿中羥脯氨酸顯著減少，這由於結締組織增生，使排出量減少。胺基酸尿可能因蛋白質-胺基酸代謝紊亂所引起，而不是腎小管吸收功能的影響。

⒋肌紅蛋白尿進行性肌營養不良病人尿中有肌紅蛋白排出，這是肌萎縮的非特異性改變。

肌營養不良的生物化學改變雖在肌肉、血液及尿中出現異常，其檢測對臨床診斷有一定的幫助，但多為非特異性改變，一些特異性的實驗診斷指標有今後深入探討。