© Borgis - Medycyna Rodzinna 4/2005, s. 113-116
Leszek Szablewski1, Anna Skopińska2
Zaburzenia metabolizmu węglowodanów powodowane mutacjami i rola diety jako terapii. Część II. Fruktozemia
Metabolic disorders of saccharides due to mutations and role of a diet as a mode of therapy. part Ii. Fructosemia
1z Zakładu Biologii Ogólnej i Parazytologii
Kierownik Zakładu: dr hab. prof. nadzw. Barbara Grytner-Zięcina 2ze Studenckiego Koła Naukowego przy Zakładzie Biologii z Centrum Biostruktury Akademii Medycznej w Warszawie Opiekun Koła: dr n. med. Monika Turkowicz
Summary
Fructosemia and congenital fructose intolerance are disorders in metabolism, caused by mutations in genes coding enzymes involved in biochemical pathway of fructose. These are autosomal recessive diseases. Depending on type of mutation, different symptoms are observed. The elimination of fructose and sucrose from the diet is, at yet, only mode of therapy for these diseases.
Wstęp
Fruktoza, cukier owocowy, może być dostarczana do organizmu w formie wolnej (jest podstawowym cukrem w owocach i miodzie) oraz w formie związanej, jako składowa sacharozy. Sacharoza ulega w jelicie hydrolizie enzymatycznej, w wyniku czego powstaje glukoza i fruktoza. Istnieją dwie drogi metabolizmu fruktozy. Jeden ze szlaków zachodzi w mięśniach i tkance tłuszczowej, a drugi w wątrobie (główna droga zużytkowania fruktozy).
W mięśniach i tkance tłuszczowej fruktoza może ulec fosforylacji do fruktozo-1-fosforanu (metabolit glikolizy) pod wpływem heksokinazy. Heksokinaza może fosforylować zarówno glukozę, jak i fruktozę. Jednak powinowactwo enzymu do glukozy jest znacznie wyższe w porównaniu z fruktozą, dlatego reakcja ta zachodzi z małą wydajnością (1).
Zdecydowana większość fruktozy włączana jest do glikolizy przez fruktozo-1-fosforan. Fosforylacja fruktozy do fruktozo-1-fosforanu zachodzi pod wpływem fruktokinazy, enzymu funkcjonującego w wątrobie, który nie fosforyluje glukozy (2). Fruktozo-1-fosforan zostaje następnie rozłożony przez aldolazę fruktozo-1-fosforanową na aldehyd glicerynowy i fosfodihydroksyaceton. Aldehyd glicerynowy pod wpływem triokinazy ulega fosforylacji do aldehydu 3-fosfoglicerynowego, po czym jest włączany do glikolizy. Fosfodihydroksyaceton i aldehyd 3-fosfoglicerynowy mogą być katalizowane w procesie glikolizy, bądź łączyć się ze sobą pod wpływem aldolazy, tworząc w ten sposób glukozę. Drugi szlak dotyczy większości fruktozy metabolizowanej w wątrobie (1).
Wrodzony niedobór fruktokinazy jest przyczyną samoistnej fruktozurii bezobjawowej, niewymagającej leczenia. Część tej heksozy jest metabolizowana poprzez fruktozo-6-fosforan na drodze glikolizy, jednak większość cukru jest usuwana wraz z moczem. Natomiast niedobór drugiego enzymu, aldolazy fruktozo-1-fosforanowej, jest przyczyną wrodzonej nietolerancji fruktozy. Te dwa zaburzenia są najczęściej występującymi defektami metabolizmu fruktozy (3).
Fruktozemia
Dotychczas poznano trzy dziedzicznie uwarunkowane zaburzenia metabolizmu fruktozy. Dwa z nich spowodowane są przez niedobór enzymów odpowiedzialnych za metabolizm fruktozy: samoistna fruktozuria (niedobór fruktokinazy) oraz wrodzona nietolerancja fruktozy (niedobór aldolazy fruktozo-1-fosforanowej). Trzecie zaburzenie, powodowane niedoborem wątrobowej fruktozo-1,6-bifosfatazy, mimo iż nie dotyczy enzymu przemiany fruktozy, jest klasyfikowane jako błąd metabolizmu tego monosacharydu (4). Z tych trzech defektów metabolizmu fruktozy jedynie łagodna (samoistna) fruktozuria jest zaburzeniem klinicznie obojętnym (5). Wszystkie trzy zaburzenia nazywane są fruktozemią, mimo iż prawidłowo tym mianem jest określana wrodzona nietolerancja fruktozy wywołana deficytem aldolazy fruktozo-1-fosforanowej.
Każde z wymienionych zaburzeń jest dziedziczone w sposób autosomalny recesywny. Częstość występowania poszczególnych zaburzeń jest następująca: wrodzona nietolerancja fruktozy – 1:40 000, łagodna fruktozuria – 1:120 000 (6). Natomiast zaburzenie spowodowane deficytem fruktozo-1,6-bifosfatazy występuje jeszcze rzadziej. W literaturze opisano 85 przypadków ujawnienia choroby (5).
Samoistna fruktozuria – ogólne objawy choroby
Samoistna fruktozuria została opisana po raz pierwszy w roku 1876, niezależnie przez Czapek i Zimmer u mężczyzny, który ponadto chorował na cukrzycę. Dotychczas znanych jest kilkadziesiąt publikacji dotyczących pacjentów z samoistną (łagodną) fruktozurią (4). Choroba występuje zatem niezwykle rzadko. Z uwagi na jej bezobjawowy przebieg, wiele przypadków mogło zostać niewykrytych (6). Oryginalna nazwa choroby, samoistna fruktozuria, mimo iż nieaktualna, odkąd w latach 1961-1962 został wykryty defekt fruktokinazy, jest nadal używana (4).
Do rozpoznania choroby dochodzi zazwyczaj z chwilą przypadkowego stwierdzenia substancji redukujących w moczu u pacjentów, niemających objawów klinicznych (6). Fruktozuria oraz podwyższony poziom fruktozy we krwi, to jedyne objawy biochemiczne choroby. Poza tym nie występują żadne objawy kliniczne – choroba ma przebieg bezobjawowy (6).
Wrodzona nietolerancja fruktozy
Poznane zostały trzy aldolazy (A, B, C), kodowane przez trzy różne geny. Aldolaza B jest obecna w wątrobie, nerkach i jelicie cienkim, aldolaza A w mięśniach, a aldolaza C w mózgu. Aldolaza B oprócz hydrolizy fruktozo-1-fosforanu do aldehydu glicerynowego i fosfodihydroksyacetonu, współuczestniczy ponadto w reakcjach glikolityczno-glukoneogenetycznych (4).
Najbardziej istotny jest deficyt aldolazy w wątrobie, ponieważ narząd ten odgrywa najważniejszą rolę w metabolizmie fruktozy. Skutkiem bloku metabolicznego, w hepatocytach gromadzi się fruktozo-1-fosforan, działając na fosforylazę jako kompetycyjny inhibitor. W rezultacie dochodzi do przejściowego zahamowania przekształcenia glikogenu w glukozę i ciężkiej hipoglikemii (6).
Ogólne objawy choroby
Pierwsze objawy fruktozemii pojawiają się po rozpoczęciu spożywania posiłków zawierających fruktozę. Choroba ujawnia się zwłaszcza u niemowląt żywionych sztucznie, otrzymujących mieszanki słodzone sacharozą. W przypadku niemowląt karmionych piersią, bodźcem do ujawnienia choroby jest próba wprowadzenia soków owocowych. Do tego czasu niemowlę nie wykazuje żadnych objawów (7).
Do głównych objawów fruktozemii należy ciężka hipoglikemia oraz wymioty pojawiające się krótko po spożyciu fruktozy. Dalsze przyjmowanie fruktozy prowadzi do hepatomegalii, żółtaczki, krwotoków, uszkodzenia proksymalnego kanalika nerkowego, apatii, senności i drgawek. Najczęstszym objawem u niemowląt i małych dzieci jest brak łaknienia oraz opóźniony rozwój fizyczny. W moczu pojawia się fruktoza, częstym rozpoznaniem jest zakażenie dróg moczowych z bakteriemią. Jeśli nie wyeliminuje się fruktozy z diety, dochodzi do nawracania epizodów hipoglikemii, postępuje niewydolność wątroby i nerek, co może prowadzić nawet do śmierci. Należy zaznaczyć, że u niektórych niemowląt przebieg choroby jest skąpoobjawowy i łagodniejszy (4, 5, 6).
W związku z plejotropową manifestacją kliniczną, może dojść do przeoczenia rozpoznania choroby. Niesie to ze sobą duże ryzyko śmierci związanej z nieświadomym przyjmowaniem fruktozy. Niezdiagnozowana na tym etapie choroba przybiera uporczywą postać, przebiegającą z dużymi wahaniami. Jednak z wiekiem ostre epizody choroby występują rzadziej, co jest związane z odczuwaną przez dzieci awersją do posiłków i napojów powodujących dyskomfort (4). Zdarza się, że do rozpoznania fruktozemii dochodzi w wieku przedszkolnym lub szkolnym. Niektórzy pacjenci po narzuceniu sobie diety niskofruktozowej, mogą mieć niezdiagnozowaną fruktozemię aż do dorosłości. Do zdiagnozowania choroby może dojść przez przypadek. Zdarza się także, że dorośli pacjenci są diagnozowani podczas rodzinnego badania po odkryciu dotkniętych chorobą młodych krewnych lub własnych dzieci (4).
Genetyczne podłoże fruktozemii
Przyczyną wrodzonej nietolerancji fruktozy (HFI) są mutacje w genie kodującym aldolazę B. Większość przypadków choroby wykryto w Europie Północnej, ale indentyfikowano także przypadki w innych regionach geograficznych oraz wśród innych grup etnicznych (8). Poza Europą, HFI odnotowana była między innymi w Ameryce Północnej, Indiach i Australii (4). Prawdziwe rozmiary choroby nie są znane. Prawdopodobnie wiele osób dorosłych i dzieci żyje niezdiagnozowanych (4).
Gen aldolazy B (aldolazy fruktozo-1-fosforanowej) jest zlokalizowany na chromosomie 9 (4). Fragmenty enzymu, w których stwierdzane były mutacje, często są kodowane przez eksony 5 i 9 (trzy z najczęstszych mutacji znaleziono w tych eksonach) (8).
Do roku 1995 znanych było 21 mutacji w genie aldolazy B. Piętnaście z nich to substytucje zasad, których skutkiem jest zamiana aminokwasu, cztery kodony nonsensowne oraz dwa prawdopodobne defekty procesu składania genu. Stwierdzone zostały dwie delecje czte-rozasadowe, jedna delecja jednozasadowa oraz delecja siedmiu zasad połączona z insercją jednej zasady. Ostatnia z wymienionych mutacji zaburza proces składania genu (8). Dominującymi przyczynami fruktozemii są mutacje A149P, A174D i N334K, które odpowiadają za większość przypadków chorobowych (4).
Mutacja A149P jest najpowszechniejszą mutacją w populacji europejskiej (67% alleli) (4). Z nieco mniejszą, choć także dużą częstością, mutacja ta występuje wśród ludności Ameryki Północnej (55% nieprawidłowych alleli) (9). Z taką samą częstością mutacja ta występuje w populacji Turków (10). Natomiast na podstawie badań w Wielkiej Brytanii, 1,3% noworodków nie ujawnia jednego zmutowanego allela A149P (11).
Drugą pod względem częstości występowania jest mutacja A174D. W populacji europejskiej występuje ona z częstością 16% (4), a wśród ludności Ameryki Północnej mutacja ta dotyczy 11% alleli (9).
Kolejną, uznaną za istotną przyczynę wrodzonej nietolerancji fruktozy, jest mutacja N334K. Dotyczy ona 2% nieprawidłowych alleli wśród ludności Ameryki Północnej (9).
W roku 1999 opisana została kolejna mutacja, sześcionukleotydowa delecja w 6 eksonie genu aldolazy B (D6ex6) prowadząca do delecji dwóch aminokwasów (leu 182, val 183) (12). W roku 2000 opisano dwie nowe mutacje, będące przyczyną HFI. Pierwsza dotyczy zamiany argininy na glutaminę w pozycji 303, druga – zamiany argininy na tryptofan w tej samej pozycji (13). Należy jednak zaznaczyć, że wiedza na temat fruktozemii (wrodzonej nietolerancji fruktozy), prawdopodobnie przez częste niediagnozowanie choroby, jest słabo rozpowszechniona, zarówno w społeczeństwie, jak i w literaturze. Z tego powodu niewiele jest danych dotyczących genetycznego podłoża choroby.
Niedobór fruktozo-1,6-bifosfatazy
Pierwszy przypadek deficytu fruktozo-1,6-bifosfatazy został opisany w roku 1970 przez Baher´a i Winegrad´a. Deficyt tego enzymu prowadzi do poważnego zaburzenia procesu glukoneogenezy, co stanowi zagrożenie życia w okresie noworodkowym i u małych dzieci (4).
Ogólne objawy choroby
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Murray R.K., i wsp.: Biochemia Harpera. PZWL 1995, 189:207-250. 2.Hames B.D., i wsp.: Krótkie wykłady z biochemii. PWN 1999, 251-271. 3.Maśliński S., Ryżewski J. (red.).: Patofizjologia. PZWL 2002, 343-350, 768-770. 4.Scriver C.R., et al.: The metabolic and molecular bases of inherited disease. Mc Grow-Hill 2001, 905-925. 5.Kubicka K., Kawalec W. (red.).: Pediatria. PZWL 2003, 174-179. 6.Behrman R.E., et al.: Podręcznik pediatrii. PWN 1996, 402-405. 7.Socha J. (red.).: Żywienie dzieci zdrowych i chorych. PZWL 1998, 14-19, 266-271. 8.Tolan D.R.: Molecular basis of hereditary fructose intolerance fructose intolerance: mutations and polymorphism in the human aldolase B gene. Hum. Mutat. 1995, 6:210-218. 9.Tolan D.R., Brooks C.C.: Molecular analysis of common aldolase B alleles for hereditary fructose intolerance in North Americans. Biochem. Med. Metab. Biol. 1992, 48:19-25. 10.Dursun A., et al.: Mutation analysis in Turkish patients with hereditary fructose intolerance. J. Inherit. Metab. Dis. 2001, 24:523-526. 11.Ali M., et al.: Hereditary fructose intolerance. J. Med. Genet. 1998, 35:353-365. 12.Santamaria R., et al.: Novel six-nucleotide deletion in the hepatic fructose-1,6-bisphos- phate aldolase gene in a patient with hereditary fructose intolerance and enzyme structure-function implications. Eur. J. Hum. Genet. 1999, 7:409-414. 13.Santamaria R., et al.: Functional and molecular modeling studies of hereditary fructose intolerance – causing mutations at arginine 303 in human liver aldolase. Biochem. J. 2000, 350 Pt3, 823-828. 14.Socha J. (red.).: Zagadnienia żywieniowe w pediatrii. Znaczenie laktozy w diecie niemowlęcia. Inst. Pomnik – Centrum Zdrowia Dziecka 2000. 15.Ciborowska H., Rudnicka A.: Dietetyka. Żywienie zdrowego i chorego człowieka. PZWL 2000, 18-67, 315. 16.Gawęcki J., Hryniewiecki L. (red.).: Żywienie człowieka. Podstawy nauki o żywieniu. PWN 2000, 72-92, 138-147, 381. 17.Parzyszek M., Ciok J.: Węglowodany – dobre czy złe dla zdrowia? Stowarzyszenie Warszawska Szkoła Zdrowia 2003, 13-16.
