بیماری فنیل کتونوریا یک اختلال تک ژنی با الگوی وراثت اتوزومال مغلوب است. میزان شیوع آن 1 در هر 10000 تولد و 1 در هر 15000 نوزاد به ترتیب در جمعیت­های قفقازی ها و آمریکایی هاست. فنیل کتونوریا PKU کلاسیک یک بیماری متابولیکی نادر ناشی از نقص آنزیم کبدی فنیل آلانین هیدروکسیلاز می باشد. این آنزیم در تبدیل اسید آمینه فنیل آلانین به تیروزین به کمک کوفاکتور BH4 نقش دارد. این نقص موجب افزایش سطح فنیل آلانین در خون و بافت های مختلف مانند مغز می گردد. نقص در سنتز BH4 که کوفاکتور این آنزیم می باشد علت بیماری 1 تا 2 درصد بیماران فنیل کتونوری می­ باشد.

شکل 1: مکانیسم هیدروکسیلاسیون اسید آمینه فنیل آلانین به تیروزین با حضور مولکول اکسیژن، آهن و کوفاکتور BH4 یا تتراهیدروبیوتین را نشان می ­دهد. مسیر تشکیل کوفاکتورتترا هیدروبیوتین و مولکول های واسطه در دوباره تشکیل شدن آن نیز مشاهده می­ شود. tetrahydrobiopterin (BH4), phenylalanine hydroxylase (PAH) sepiapterin reductase (SR), carbinolamie-4adehydratase (PCD), guanosine triphosphate (GTP), GTP cyclohydrolase I (GTPCH), 6-pyruvoyl-tetrahydropterin synthase (PTPS), NADH-dependent dihydropteridine reductase (DHPR).

 ژنتیک بیماری

 علت بیماری نقص در آنزیم فنیل هیدروکسیلاز (PHA) است که جایگاه کروموزومی ژن آن 12q22-24.1 می باشد. انواع جهش که موجب این بیماری می شوند اعم از حذف، اضافه، بد معنی ها، نقص های پیرایشی^[5] و بی معنا ها گزارش شده اند. ژن PHY دارای 13 اگزون می باشد که تا کنون حدود 548 جهش در این ژن گزارش شده است. برای بررسی همبستگی ژنوتیپ-فنوتیپ این بیماری مطالعات مقایسه­ ای با انجام دو تست ژنتیک و بیوشیمیایی انجام شد که نشان دادند جهش متفاوت با فنوتیپ­ ها و شدت­ های متفاوت ایجاد می کنند که به چهار دسته فنیل کتونوریا شدید، فنیل کتونوریا متوسط، فنیل کتونوریا ملایم و هیپر فنیل آلانینمیا ملایم غیر فنیل کتونوریا تقسیم شدند. هتروژنیتی در این بیماری دیده می شود، هیپر فنیل آلانینمی می تواند در اثر وجود نقص در ژن های سازنده کوفاکتور تتراهیدروبیوپترین نیز بروز پیدا می کند که اولین بیمار با این شرایط در سال 1970 گزارش شد. نقص در ژن­ DHPR واقع در 4q15.31، ژن GTPCH واقع در 14q22.1-22.2، ژن 6-PTS واقع در 11q22.2-23.3 و ژن PCD واقع در 10q22 علل ایجاد هیپر فنیل آلانینمی هستند. علایم بالینی همچون کاهش وزن نوزادان، هیپوتونی و هیپرتونی در دست و پا، کاهش فعالیت در 2-3 ماهگی یا از دست دادن کنترل سر، اختلالات عصبی، برادی کینزی^[8]، کجی گردن^[9]، اپیستوتونیک، دست های خمیده^[10]، کلونوس^[11]، به سختی غذا خوردن، بی حالی^[12]، اسپاسم های چشمی^[13]، رعشه^[14]، تشنج میوکلونیک^[15]، میکروسفالی و کلسیفیکیشن^[16] در مغز در بیماران مشاهده می­ شوند. نقص در سنتز نوروترانسمیترها باعث افزایش اختلالات تکوینی و عصبی در این بیماران می گردد.

شکل 2: ساختار کریستاری سه دومین آنزیم فنیل آلانین انسانی به همراه جهش­های شایع در آن­ها. حدود 70% جهش­ها در دومین کاتالیتیک (آبی)، 16 % در دومین تنظیمی (قرمز) و 14% در دومین تترامریشنن (بنفش) رخ می­دهند

علایم بالینی:

در بیماران فنیل کتونوری کلاسیک تحت درمان با رژیم کنترل کننده متابولیکی که رژیم کم فنیل آلانین برای جنین های تشخیص داده شده و نوزادان غربالگری شده می باشد، نشانه بالینی خاصی مشاهده نمی شود. در این دسته از بیماران رشد طبیعی و یک زندگی طبیعی زمانی که در اوایل نوزادی تشخیص داده شوند و تحت یک رژیم بلند مدت قرار گیرند، مورد انتظار است. اما در برخی از این افراد اسکلرودرمی که ناشی از کمبود اسید آمینه فنیل آلانین در رژیم غذایشان می­ باشد، دیده شد. در بیماران فنیل کتونوری کلاسیک که تحت درمان قرار نگرفته اند، نشانه های بالینی همچون عقب ماندگی ذهنی شدید، ضعف سایکوموتور^[2]، میکروسفالی، تاخیر در صحبت کردن، تشنج، رنگ روشن در مو، چشم، پوست که عوارض ثانویه بیماری و به علت کاهش تشکیل رنگدانه ملانین از تغییر شکل تیروزین ایجاد می گردد، بوی بد بدن و ادرار که ناشی از وجود اسید پیروویک در عرق و ادرار بیمار است، استفراغ، زود رنجی، اگزوما، یافته های بالینی ملایمی (گاهی هم در بیماران تحت درمان قرار گرفته دیده می شود) مانند واکنش های هیپرتونیک، رعشه، مشکلات رفتاری آتاکسی مانند بیش فعالی، اضطراب، تهاجمی، عقب ماندگی ذهنی مشاهده می گردد.

بیماری­زایی:

فنیل آلانین به واسطه پروتئین ناقل LAT1^[17 وارد مغز می­ گردد. مکانیسم­ های مختلفی برای تخریب عملکرد نوروسایکولوژیکال در اثر افزایش غلظت فنیل آلانین پیشنهاد شده است. کاهش ملین در مغز و افزایش ناحیه سفید با تخریب عملکرد نوروسایکولوژیکال در ارتباط می­ باشد. دوپامین، نورپینپانین^[18] و تریپتوفان که ماده پیش ساز 5 هیدروکسی تریپتامین (سرتونین) می ­باشند نیز بوسیله پروتئین ناقل LAT1 وارد مغز می­ شوند. افزایش غلظت فنیل آلانین در خون موجب مهار LTA1 و سایر ناقلین اسید آمینه­ ها می­ گردد که موجب نقص در عملکرد نوروترانسمیترها و سنتز پروتئین­ ها می شود. مکانیسم دیگری که ممکن در تخریب سلول­ های مغزی نقش داشته باشد کاهش فعالیت آنزیم­ های پیروات کیناز و 3- هیدروکسی 3- متیل گلوتاریل کوآنزیم A ردوکتاز می­ باشند. کاهش سطح 5 هیدروکسی تریپتامین (سرتونین) به همراه فنیل پیروات، فنیل لاکتات و فنیل استیک اسید، مهارکننده 5 هیدروکسی تریپتوفان دکربوکسیلاز می باشند. همچنین موجب کاهش مقداری اپی­نفرین، نور اپی­نفرین و دوپامین نیز می­ شود که احتمالا باعث مهار دوپامین دکربوکسیلاز می­ گردد. متابولیت هایی که در این بیماری افزایش می یابند باعث غیر فعال شدن گلوتامیک اسید دکربوکسیلاز در مغز شده و نتیجه آن کاهش سطح 4-آمینوبوتیریک اسید (GABA) خواهد بود.

روش تشخیص:

غربالگری جهانی نوزادان با استفاده از خون پاشنه نوزاد از سال 1960 برای تشخیص زودرس و تحت درمان قرار گرفتن مبتلایان به PKU مورد استفاده قرار می گیرد. برای این تشخیص راه های آزمایشگاهی متعددی مانند روش گاتری که مقیاس رشد باکتری باسیلیوس سوبتیلیس (برای رشد نیازمند وجود اسید آمینه فنیل آلانین است) در مجاورت خون نوزاد با استاندارد ها است که روشی ارزان، ساده و قابل اطمینانی می باشد. روش اندازه گیری مقدار اسید پیروویک در ادرار نوزاد که در صورت حضور آن در مجاورت کلرید آهن نمونه به رنگ سبز در می آید، روش­ های آنالیز فلورومتریک و طیف سنجی که تست­های کمی و اتومات با جواب مثبت کاذب کمتر هستند و بر اساس اندازه گیری تیروزین و با توانایی شناسایی سایر اختلالات با یک نمونه واحد صورت می گیرد مورد استفاده قرار می­ گیرند. اخیرا از روش مستقیم real time برای غربالگری نوزادان استفاده می­ گردد. آنالیز کمی اسید آمینه های پلاسمایی بویژه سطح اسید آمینه های تیروزین و فنیل آلانین که در آمریکا سطح فنیل آلانین خون برای افراد کمتر از 12 سال بین 2-6 mg/dL و در افراد بزرگتر از 12 سال بین 2-10 mg/dL طبیعی محسوب می گردد. توصیه می گردد، برای سنجش سطح فنیل آلانین در طول یک سالگی یکبار در هفته تا یکبار در ماه و بعد از یک سالگی یک بار در ماه تا هر سه ماه یکبار تکرار گردد. MRI از مغز علائمی همچون هیپوپلازی^[3] کورپوس کالاسوم ^[4] که یک مارکر بر علیه تکوین مغز در عقب ماندگی ذهنی PKU است و مناطق میلین زدایی شده را نشان می دهد، دیده می شود. تست ژنتیک ملکولی که برای تایید بیماری، تعیین ناقلیت در افرادی که فرد مبتلا در خانواده شان دارند، تشخیص قبل از تولد برای زوجین ناقل درخواست می گردد و با روش های آنالیز جهش، از جمله سکوئنسینگ و آنالیز پیوستگی ژنی انجام می پذیرد. با آنالیز جهش DNA روی عضو بیمار خانواده نوع جهش مسبب بیماری در ژن PAH مشخص می گردد و با بررسی آن در سلول های جنین از نمونه های آمنیوسنتز و CVS می توان سلامت جنین را بررسی کرد.همچنین بررسی دیگر افراد در معرض خطر خانواده از نظر ناقلیت می تواند از به دنیا آمدن فرزند مبتلا در خانواده مذکور جلوگیری نماید. برای تشخیص قبل از تولد از روش اولتراسونوگرافی نیز استفاده می شود که در این روش جنین مبتلا دارای علائمی چون تاخیر رشد در رحم، میکروسفالی و بیماری مادرزادی قلبی می­­ باشد.

مدیریت بالینی:

رژیم غذایی با محدودیت فنیل آلانین تنها راه شناخته شده برای جلوگیری از صدمه های عصبی و عقب ماندگی ذهنی در بیماران فنیل کتونوریا است. در این خصوص استفاده از غذاهایی با سطح فنیل آلانین پایین و تیروزین بالا توصیه می گردد. در خانم های مبتلا با توانایی تولید مثل که رژیم غذایی خود را ادامه نداده اند، فنیل آلانینمی در خون شان پدیدار شده و با وجود هتروزیگوت بودن جنین شان عوارض بیماری در وی ظاهر می گردد که به این واقعه فنیل کتونوریا مادری می گویند. برای جلوگیری از اثر تتراژنیک افزایش سطح فنیل آلانین در طول بارداری که موجب آنومالی های جنین می گردد باید از درمان رژیم غذایی قبل و در طول بارداری در زنان مبتلا استفاده کرد. آنومالی های مشاهده شده در بچه های زنان مبتلا به PKU که رژیم غذایی را رعایت نکرده اند عبارتند از عقب ماندگی سایکوموتور (92%)، تاخیر رشد در رحم (40%)، میکروسفالی، نقایص مادرزادی قلبی (10%)، تاخیر رشد بعد از تولد، مشکلات عصبی، ناهنجاری ملایم کرانیوفاسیال^[19] چهره مشاهده می شود. اختلالات رخداده بر اثر فنیل آلانین مادری در ایمبرینوژنز و ارگانوژنز در اوایل بارداری بسیار مشابه هم هستند. به طور متعادل سطح فنیل آلانین در طور بارداری مابین 2-6 mg/dL یا 1-4 mg/dL توصیه می گردد. میزان سطح فنیل آلانین برای زنان مبتلا کمتر از6 mg/dL سه ماه قبل از بارداری و بین 2-6 mg/dL در طول بارداری توصیه می گردد. نوزادان بدنیا آمده از مادران مبتلا می­ توانند از شیر مادران خود تغذیه کنند با اینکه میزان فنیل آلانین شیر مادری بالاست ولی به علت اینکه نوزاد دارای آنزیم فنیل آلانین هیدروکسیلاز با فعالیت طبیعی می ­باشد قادر به هضم این اسید آمینه می­ باشد و مشکلی از این بابت نخواهد داشت.

درمان:

ژن درمانی با هدف اصلاح عملکرد آنزیم فنیل آلانین هیدروکسیلاز در طی مطالعه انجام پذیرفت. در طی این مطالعه اصلاح فعالیت آنزیم فنیل آلانین هیدروکسیلاز کبدی بعد از تزریق عضلانی وکتورهای ژن فنیل آلانین هیدروکسیلاز به موش موتانت گزارش شد. استفاده از روش­ های دیگری همچون پیوند سلول­ هایی با فعالیت طبیعی متابولیسم فنیل آلانین هیدروکسیلاز و BH4 یا پیوند کبد با فعالیت طبیعی در این زمینه و یا ژن درمانی با فنیل آلانین آمونیالیاز^[20] نیز به توصیه شده است.

[1] Caucasians

[2] Psychomotor handicaps

[3] Hypoplasia

[4] corpus callosum

[5] Splicing defects

[6] 125I-labeled human PAH cDNA

[7] human lymphoblastoid cell line

[8] Bradykinesia

[9] Torticollis

[10] Pronate

[11] Clonus

[12] Expressionless

[13] Oculogyric spasms

[14] Tremors

[15] Myoclonic siezure

[16] Calcification

[17] L-aminoacid transporter 1

[18] norepinephrine

[19] Craniofacial

[20] phenylalanine ammonia lyase

افراد با موهای قرمز دارای خطر بالاتری برای ابتلا به سرطان پوست هستند. برای اولین بار، محققین سعی در اندازگیری میزان این خطر کردند. با کمال تعجب، محققین دریافتند که این ریسک فقط مردم با موهای قرمز را در معرض خطر قرار نمی دهد.

در پوستی که در معرض نور UV قرار بگیرید، چه از طریق نور خورشید و چه از طریق تخت برنزه، خطر تخریب DNA افزایش می یابد. این ارتباط بارها در مطالعات پیشین مشخص شده است. با این حال، هیچ کس میزان تخریب DNA بر اثر تابش UV را نمی داند. به ویژه افراد با موهای قرمز و پوست روشن به این نوع از آسیب حساس هستند. افراد مو قرمز نزدیک 1-2 درصد از جمعیت جهان اما حدود 6 درصد از جمعیت بریتانیا را تشکیل می دهند. این افراد دو نسخه از نوع خاصی از ژن MC1R دارند که باعث تغییر در تولید ملانین رنگدانه می شود و همچنین پوست رنگ پریده، کک و مک، و مو قرمز می گردد.

ژن MC1R کد کننده گیرنده ملانوکاروتین 1، که در تولید رنگدانه و ملانین درگیر می باشد. ملانین برای کنترل میزان رنگدانه چشم، مو و پوست ضروری است. دو نوع ملانین وجود دارد که عبارتند از املانينها[1]، که در تولید موهای تیره و محافظت سلول در برابر اشعه UV نقش دارد، و فيوملانينها[2] که قادر به محافظت سلول در برابر حمله UV نمی باشد.

جهشی که در ژن MC1R موجب موی قرمز می گردد توانایی تولید املانين را کاهش می دهد؛ بنابراین، فيوملانين به وفور تولید و موجب بدون محافظ شدن پوست در برابر اشعه خورشید می شود. اگر چه افرادی که حامل دو نسخه از ژن MC1R با جهش مذکور باشند دارای حساسیت خاصی نسبت به آسیب های نور خورشید هستند، اما مقدار دقیق این خطر مشخص نشده بود. محققین از موسسه سانگر ولکام تراست[3] شروع به کشف میزان خطر درگیر در ناقلین دو نسخه از این ژن خاص کردند.

سرپرست این تحقیقات دکتر دیوید ادم بیان می کند در مطالعات قبل ثابت شده است که فرد با موهای قرمز دارای احتمال بالاتری برای ابتلا به سرطان پوست هستند، اما این اولین بار است که همراهی این ژن با سرطان پوست که حاوی جهش های زیادی می باشد، مورد بررسی قرار می گیرد.

در این تحقیق محققین توالی DNA تومورها را در بیش از 400 نفر مورد ارزیابی قرار دادند. این نمونه ها از بیماران در سراسر جهان جمع آوری شده بودند و در ایالات متحده تعیین توالی شدند. آنها دریافتند که افراد حامل ژن موتانت MC1R 42 درصد بیشتر دارای جهش های حساس به نور خورشید در تومورهای خود بودند.

سطح جهش مرتبط با جهش MC1R معادل 21 سال در معرض نور خورشید قرار گرفتن بود، در مقایسه با کسانی که از فاقد جهش در این ژن بودند.

پروفسور تیم بیشاپ، مدیر موسسه سرطان و آسیب شناسی لیدز در دانشگاه لیدز، درباره این تحقیق گفت: "این مطالعه برای اولین بار چگونه ایجاد جهش های خود بخودی در سرطان پوست در فردی که ژن MC1R موتانت را به ارث برده و همچنین مراحل چگونه ایجاد سرطان پوست را توضیح می دهد."

پیش از این، تصور می شد که تغییر در رنگدانه های پوست در افراد مو قرمز اجازه عبور UV بیشتری از پوست را می دهد که در نتیجه باعث تخریب بیشتر DNA می گردد. این ممکن است در مواردی موجب تخریب بیشتر DNA گردد اما یافته های کنونی نشان می دهد که مکانیسم های دیگری در این افراد وجود دارند که باعث تخریب DNA می شوند.

این گروه دریافتند که ژن MC1R، همانطور که انتظار می رود، موجب افزایش میزان جهش ناشی از اشعه ماوراء بنفش می گردد اما یافته شگفت انگیز در این تحقیق آن بود که انواع جهش های دیگر که منشا آنها UV نمی باشد نیز افزایش یافته بود. این به این معناست که نوع MC1R ممکن موجب تغییر و یا تداخل در مسیرهای دیگر می گردد که منجر به ایجاد جهش های تومورزا می شوند.

این یافته نه تنها برای افراد مو قرمز که دارای دو نسخه از نوع موتانت MC1R هستند صادق می کند، بلکه برای افرادی که ناقل یک نسخه از این ژن هستند و صفت مو قرمز را ندارند، نیز صادق می کند. به گفته دکتر آدامز، آنها دریافتند که "افراد فقط با یک کپی از این واریانت ژن دارای خطر بسیار بالاتر برای ایجاد جهش های تومورزا نسبت به بقیه جمعیت دارند."

این یافته ها یکی از مطالعاتی است که برای اولین بار نشان می دهد که پروفایل ژنتیکی معمول می تواند با اثر بزرگی که دارد به یک ژنوم سرطانی بینجامد.

تمام داده های این مطالعه برای تمام پژوهشگران آزادانه در دسترس است و ارزش تحقیقات مشترک و دسترسی عمومی به این داده ها را نشان می دهد. این گروه امیدوار است که نتایج این مطالعه برای شناسایی آسان تر افراد در معرض خطر ابتلا به سرطان پوست کمک نماید. آنها همچنین امیدوارند که این نوع اشتراک گذاری داده ها اکتشافات جدید و هیجان انگیز را به ارمغان آورد.

منبع: 

1. Red hair gene variation drives up skin cancer mutations by equivalent of two extra decades of sun exposure

2. MC1R (melanocortin 1 receptor)

 

[1] Eumelanin

[2] Pheomelanin

[3] Wellcome Trust Sanger Institute