ความผิดปกติแต่กำเนิดของการเผาผลาญสารอาหารหลัก

ความผิดปกติแต่กำเนิดของการเผาผลาญสารอาหารหลักเป็นโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความบกพร่องทางพันธุกรรมที่ส่งผลกระทบต่อเอนไซม์หรือตัวขนส่งในวิถีเมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน หรือกรดอะมิโน การอุดตันนี้ทำให้สารตั้งต้นสะสมหรือผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นขาดแคลน และความผิดปกติทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นจะนำไปสู่ลักษณะทางคลินิกของโรค

Definition

ความผิดปกติแต่กำเนิดของการเผาผลาญสารอาหารหลักเป็นโรคทางพันธุกรรมแบบยีนเดี่ยว (monogenic disorders) ที่เอนไซม์หรือตัวขนส่งที่บกพร่องหรือผิดปกติขัดขวางวิถีเมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน หรือกรดอะมิโน ทำให้เกิดการสะสมของสารตั้งต้นที่เป็นพิษ การขาดแคลนผลิตภัณฑ์ หรือการบกพร่องของการผลิตพลังงาน

Scope

บทความนี้จะแนะนำผู้อ่านให้เข้าใจตรรกะทั่วไปของความผิดปกติแต่กำเนิดที่ส่งผลกระทบต่อสารอาหารหลักทั้งสามประเภท — ผลที่ตามมาของการอุดตันของเอนไซม์ ประเภทของโรคในวงกว้าง และวิธีการตรวจพบภาวะเหล่านี้ — พร้อมยกตัวอย่างเช่น ฟีนิลคีโตนูเรีย (phenylketonuria) โรคสะสมไกลโคเจน (glycogen storage diseases) และความบกพร่องของการออกซิเดชันกรดไขมัน (fatty acid oxidation defects) บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและภาพรวมเชิงการศึกษา ไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

Key concepts

• การขาดเอนไซม์หรือตัวขนส่ง
• การสะสมของสารตั้งต้นและการขาดแคลนผลิตภัณฑ์
• โรคที่เกี่ยวข้องกับกรดอะมิโน (Aminoacidopathies)
• โรคสะสมไกลโคเจน (Glycogen storage diseases)
• ความบกพร่องของการออกซิเดชันกรดไขมัน (Fatty acid oxidation defects)
• ความผิดปกติของวัฏจักรยูเรีย (Urea cycle disorders)
• การคัดกรองทารกแรกเกิด

Mechanisms

ความผิดปกติแต่ละอย่างสะท้อนถึงความล้มเหลวของขั้นตอนเดียวในวิถีเมแทบอลิซึม แนวคิดของ Garrod ที่ว่า 'หนึ่งยีน หนึ่งเอนไซม์' (one gene, one enzyme) อธิบายว่าการขาดเอนไซม์สามารถทำให้เกิดโรคได้สามวิธีหลักๆ ได้แก่ การปล่อยให้สารตั้งต้นหรือสารเมแทบอไลต์ต้นน้ำสะสมในระดับที่เป็นพิษ การทำให้เซลล์ขาดผลิตภัณฑ์ที่จำเป็น หรือการขัดขวางการผลิตพลังงาน ตัวอย่างเช่น ในฟีนิลคีโตนูเรีย การขาดเอนไซม์ฟีนิลอะลานีนไฮดรอกซิเลส (phenylalanine hydroxylase) ทำให้ฟีนิลอะลานีนสะสม ในโรคสะสมไกลโคเจน ความบกพร่องในการสังเคราะห์หรือการสลายไกลโคเจนทำให้การมีอยู่ของกลูโคสบกพร่อง ในความบกพร่องของการออกซิเดชันกรดไขมัน ร่างกายไม่สามารถระดมไขมันเพื่อเป็นพลังงานในระหว่างการอดอาหาร และในความผิดปกติของวัฏจักรยูเรีย การกำจัดแอมโมเนียล้มเหลว รูปแบบของสารเมแทบอไลต์ที่สะสมและขาดแคลนเป็นตัวกำหนดลักษณะทางชีวเคมีที่ใช้ในการระบุแต่ละภาวะ

Clinical relevance

ความผิดปกติเหล่านี้แสดงให้เห็นว่ารอยโรคทางชีวเคมีที่กำหนดไว้นำไปสู่โรคได้อย่างไร และเป็นเหตุผลสำหรับโครงการคัดกรองทารกแรกเกิดที่ตรวจพบภาวะที่รักษาได้ตั้งแต่เนิ่นๆ บทความนี้สื่อถึงกลไกและประเภทของโรคเพื่อเป็นความรู้พื้นฐาน การวินิจฉัยและการจัดการเฉพาะบุคคลเป็นเรื่องของผู้เชี่ยวชาญด้านพันธุกรรมคลินิกและเมแทบอลิซึมที่มีคุณสมบัติเหมาะสม และอยู่นอกเหนือขอบเขตของข้อมูลอ้างอิงนี้

Epidemiology

โดยส่วนใหญ่แล้ว ความผิดปกติแต่กำเนิดของการเผาผลาญแต่ละชนิดนั้นหายาก แต่โดยรวมแล้วเป็นกลุ่มโรคทางพันธุกรรมที่สำคัญ ซึ่งเป็นเหตุผลที่หลายประเทศคัดกรองทารกแรกเกิดสำหรับกลุ่มโรคที่รักษาได้ เช่น ฟีนิลคีโตนูเรีย

Evidence & guidelines

มีแนวทางปฏิบัติทางคลินิกเฉพาะโรคสำหรับความผิดปกติแต่ละชนิด เช่น แนวทางของ American College of Medical Genetics and Genomics สำหรับภาวะขาดฟีนิลอะลานีนไฮดรอกซิเลส (phenylalanine hydroxylase deficiency) แนวทางดังกล่าวถูกอ้างอิงเพื่อแสดงให้เห็นว่าความผิดปกติเหล่านี้ได้รับการจัดการในทางปฏิบัติอย่างไร และไม่ใช่สิ่งทดแทนการดูแลทางคลินิกโดยผู้เชี่ยวชาญ

History

Archibald Garrod ได้นำเสนอแนวคิดเรื่อง 'ความผิดปกติแต่กำเนิดของการเผาผลาญ' (inborn errors of metabolism) ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยเสนอว่าโรคบางชนิดเกิดจากการอุดตันทางพันธุกรรมในปฏิกิริยาเคมีเฉพาะ — ซึ่งเป็นแนวคิดที่คาดการณ์ความสัมพันธ์ระหว่างยีนกับเอนไซม์ การพัฒนาการคัดกรองทารกแรกเกิดในภายหลัง โดยอาศัยการทดสอบจุดเลือดของ Robert Guthrie สำหรับฟีนิลคีโตนูเรีย ได้เปลี่ยนความผิดปกติหลายอย่างเหล่านี้ให้เป็นภาวะที่สามารถตรวจพบได้ก่อนที่อาการจะปรากฏ

Key figures

• Archibald Garrod
• Jean-Marie Saudubray
• Robert Guthrie

Seminal works

• saudubray-2018
• vockley-2014

Frequently asked questions

ความผิดปกติแต่กำเนิดของการเผาผลาญคืออะไร?

เป็นโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความบกพร่องทางพันธุกรรมที่ส่งผลกระทบต่อเอนไซม์หรือตัวขนส่งเพียงตัวเดียวในวิถีเมแทบอลิซึม ทำให้สารตั้งต้นสะสม ผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นขาดแคลน หรือการผลิตพลังงานหยุดชะงัก

ทำไมความผิดปกติหลายอย่างเหล่านี้จึงถูกคัดกรองตั้งแต่แรกเกิด?

ความผิดปกติแต่กำเนิดหลายอย่าง เช่น ฟีนิลคีโตนูเรีย สามารถก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงได้หากไม่ได้รับการรักษา แต่สามารถจัดการได้เมื่อตรวจพบตั้งแต่เนิ่นๆ ดังนั้นการคัดกรองทารกแรกเกิดจึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อตรวจหาภาวะที่รักษาได้ก่อนที่อาการจะพัฒนาขึ้น