无铜蓝蛋白血症*

张树山，许 可

(川北医学院附属医院神经内科，四川 南充 637000)

无铜蓝蛋白血症(aceruloplasminemia)是一种罕见的由血清铜蓝蛋白基因突变引起的常染色体隐性遗传的变性疾病，临床表现为糖尿病、视网膜退变和神经系统退行性变三主征［1，2］。临床特点为视网膜和基底节神经元进行性变性，生化特点是血清中检测不到铜蓝蛋白。铜蓝蛋白缺失导致体内铁代谢障碍并使铁沉积在脑、胰腺和肝脏等组织中。铁在中枢神经系统沉积会出现共济失调、痴呆和锥体外系疾病［3］。国外的病例报道主要集中在日本，国内由商慧芳于2007年首次报道［4］。无铜蓝蛋白血症是一种罕见的致死性的变性疾病，铁离子螯合剂(如去铁胺)可降低血清铁蛋白含量，减少体内铁离子的储备，预防神经系统症状的进展，因此早期诊断和早期治疗对改善患者的预后有重要意义。本文拟对其相关机制研究进展综述如下:

1 铜蓝蛋白的分子生物学特征

人铜蓝蛋白基因定位于3q22－25，由19个外显子组成，长约45kb。铜蓝蛋白是一种主要由肝脏合成、分泌的α2－糖蛋白，由1046个氨基酸残基组成的单条多肽链，分子量约132kD。铜蓝蛋白结合有6个铜离子，每3个铜离子形成一个三核簇状(trinuclear cluster)结构，在酶催化的过程中起着结合氧原子并活化的作用。它属于多铜氧化酶(multicopper oxidase)家族。正常情况下，血液中的铜蓝蛋白是不能通过血脑屏障进入脑组织内的［5］，而黑质和基底节附近的星形胶质细胞以及视网膜上的Muller胶质细胞也可以合成、分泌铜蓝蛋白［6］，但在中枢神经系统主要以糖基化磷酸肌醇锚定(glycosylphosphatidylinositol－ anchored，GPI－ anchored)形式存在［7，8］。进一步的研究表明这种形式的铜蓝蛋白是Ran－2，一种结合在星形胶质细胞表面的标记蛋白［9］，后来又分离提纯了一种呈双球状的磷酸肌醇锚定形式的铜蓝蛋白［10］。另外，单核细胞和巨噬细胞系也可以合成、分泌铜蓝蛋白。这些不同组织合成、分泌的铜蓝蛋白分子结构极其相似，具相同的生理功能。

2 铜蓝蛋白的生理功能

铜蓝蛋白、亚铁氧化酶(hephaestin)和Fet3(酵母铜蓝蛋白同系物)同属于具亚铁氧化酶活性的多铜氧化酶铜蓝蛋白家族。它们可以催化多种底物尤其是Fe2+和有机胺的氧化，但Fe2+和有机胺与铜蓝蛋白的结合位点不同。有趣的是亚铁氧化酶结合位点的突变致其酶活性减少一半，但它对有机胺的氧化酶活性无明显变化［11］。离体灌注肝脏实验显示注射提纯的全铜蓝蛋白(holoceruloplasmin)后肝细胞分泌铁离子急剧增加，证实全铜蓝蛋白是一种重要的亚铁氧化酶。全铜蓝蛋白可以催化Fe2+氧化为Fe3+，并将其转运到血浆的前转铁蛋白(apotransferrin)合成转铁蛋白(transferrin)。转铁蛋白与人体的总抗氧化状态呈明显正相关［12］，其主要参与红细胞血红蛋白的生物合成。当血红蛋白衰老破坏后铁被释放出来再重新与转铁蛋白前体结合。只有和转铁蛋白结合的Fe3+才能在体内转运从而发挥其生理作用，而铜蓝蛋白在网状内皮系统释放铁的过程中起重要作用。铜蓝蛋白可能还参与生成S－亚硝基硫醇和催化S－亚硝基谷胱甘肽［13］。此外，铜蓝蛋白与凝血因子Va和Ⅷa具高度同源序列，同时还是一种急性期反应物。然而亚铁氧化酶活性可能是铜蓝蛋白最重要的生理功能，但目前尚不完全清楚铜蓝蛋白在脑皮质的功能。

3 无铜蓝蛋白血症

到目前为止，在铜蓝蛋白基因中发现了6种形式的突变，从而引起铜蓝蛋白基因的开放阅读框架发生改变，导致羧基端的决定三核簇状结构的氨基酸链的功能丧失，使铜蓝蛋白无法和铜结合，导致患者铜蓝蛋白的氧化酶活性消失。显然无铜蓝蛋白血症患者由于亚铁氧化酶缺陷血清铁离子的浓度降低会导致贫血，但患者仅有轻度贫血提示体内存在其他氧化机制将部分铁离子转运到转铁蛋白。铁离子与转铁蛋白上的受体通过经典的胞吞模式迅速结合。非转铁蛋白依赖的铁离子吸收机制主要是迅速清除循环中的Fe2+，但该生理过程的很多细节目前尚不清楚［14］。铜蓝蛋白缺乏则转铁蛋白不能利用铁或不能和铁结合，将导致铁离子在网状内皮系统中大量积聚，肝细胞和网状内皮细胞中铁浓度显著增高，血中铁蛋白浓度增高，铁离子浓度下降;胰腺和其他实质脏器的铁离子浓度增高，特别是胰岛的铁离子浓度增高和胰腺B细胞的选择性缺失，表现为所有病人均有糖代谢异常，大多数发展成胰岛素依赖性糖尿病;基底节区神经元、胶质细胞大量铁离子沉积和神经元部分丢失，主要表现为锥体外系症状(如不自主运动，肌张力增高等)、记忆力减退，逐渐发展为痴呆［15］;视网膜铁离子的沉积和感光细胞的丢失，出现不典型的视觉症状如视力减退，检查可见视网膜变性。

4 无铜蓝蛋白血症的动物模型研究

无铜蓝蛋白血症大鼠模型的建立为研究铜蓝蛋白在中枢神经系统铁平衡中的作用提供了一个很好的工具［16］。缺乏铜蓝蛋白的大鼠肝脏网状内皮细胞内铁离子过度聚集、轻度贫血、血清铁离子浓度降低但铁蛋白增加。不同族群的大鼠具有不同的临床表现。这种模型的大鼠在生命的晚期可出现轻度的神经变性表现，但不会出现临床病理变化，这一点和在缺乏铜蓝蛋白的人群观察到的现象一致［17］。亚铁还原酶(hephaestin)是哺乳动物第二常见的具亚铁氧化酶活性的多铜氧化酶家系成员且与铜蓝蛋白高度同源，因此人们还建立了一种缺乏铜蓝蛋白和亚铁氧化酶的大鼠模型即多铜氧化酶缺陷大鼠模型。该模型显示神经变性表现大约出现在大鼠6月龄(5月－9月)，出现的症状包括步态异常、无力和理毛行为减少。组织铁含量测定显示除肝脏外所有组织中亚铁氧化酶均起重要的调节铁平衡的作用，提示铜蓝蛋白在调节肝脏铁离子代谢中起重要作用。神经变性表现和整个脑部铁离子沉积证实多铜氧化酶家族在调节中枢神经系统铁平衡中起关键作用。这个大鼠模型提示以下两种可能:亚铁氧化酶在人脑铁平衡中作用有限或其在大鼠中枢神经系统铁代谢中作用显著。但无论哪一种可能均显示多铜氧化酶家族调节中枢神经系统的氧化还原反应和保护组织免受铁离子介导的氧化损害。

无铜蓝蛋白血症大鼠铜的代谢是完全正常的［18］。对于该模型大鼠静注64Cu 24小时后观察脑组织铜浓度与使用原子吸收分光光度计法测定正常脑组织铜浓度相同，表明铜蓝蛋白对于铜转运或代谢不起重要作用，提示无铜蓝蛋白血症的临床病理改变不是继发于铜代谢障碍或其毒性。

5 无铜蓝蛋白血症的病理特征

无铜蓝蛋白血症患者遭受增强的胞质脂质过氧化反应［19］、脑部脂质过氧化反应［20］、线粒体酶异常［21］并形成氧化修饰的脂质纤维酸性蛋白［22］。显然，人类患病与铁在脑中异常沉积有关，有趣的是动物模型的研究显示大鼠中枢神经系统异常铁沉积很少，提示缺乏铜蓝蛋白不会导致神经变性，而铁离子在脑内沉积则会引起神经损害。有报道无铜蓝蛋白血症患者的脑脊液中铁离子的含量是正常人3倍，其增高程度与超氧化物歧化酶活性增多是一致的［19］，说明铁离子介导的脂质过氧化反应参与了神经元变性的病理过程。实际上，在无铜蓝蛋白血症患者组织中测得铁离子的量与测得的氧化型胆固醇水平相关［23］。进一步的PET研究显示无铜蓝蛋白血症患者中枢神经系统的糖代谢和氧代谢降低［24］，在这些患者中还发现基底节区的呼吸链上复合物Ⅰ和Ⅳ的酶活性降低至少50%［24］。

传统的观点认为铜蓝蛋白是帮助铁从神经元或其他脑细胞铁释放，如果其减少或缺失，会造成细胞铁释放减少，从而导致细胞铁过量积聚造成细胞变性坏死。但新进的研究表明在脑内铜蓝蛋白的主要作用可能是参与细胞铁摄取而不是传统的铁释放［25］。新的观点认为，铜蓝蛋白通过它的亚铁氧化酶活性不仅能够影响细胞铁摄取也能影响细胞的铁释放，或许在生理条件下，后者的作用更为巨大。如果缺乏铜蓝蛋白可以驱使非转铁蛋白结合的铁离子(包括抗坏血酸亚铁、枸橼酸铁或自由的Fe2+)进入神经元或其他中枢神经系统组织细胞中。这可造成神经元或其他中枢神经系统组织细胞中铁的过度沉积，诱导氧化应激反应形成自由基，引发一连串的病理变化导致神经元死亡。在这一过程中，细胞膜上的二价金属离子转运体(divalent metal transporter，DMT1)和其他的非转铁蛋白结合铁的转运体表达可能会增加［26］。同时，体内存在的其他氧化机制可能代偿性增强并产生大量的氧自由基，这可能是无铜蓝蛋白血症神经元死亡的主要原因之一。

虽然目前的研究取得了很多进展，使我们深刻理解了铜蓝蛋白缺乏所引起的脑代谢紊乱在神经变性发生发展中的作用，但无铜蓝蛋白血症的神经变性机制的很多细节还不清楚，有待于以后的进一步研究。

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