肝豆状核变性患者青霉胺治疗期间晨尿金属元素谱分析
余晓刚, 焦先婷, 刘晓青, 顔崇淮
上海交通大学医学院附属新华医院 上海市儿科研究所上海市环境与儿童健康重点实验室, 上海 200092

作者简介:余晓刚,男,1973年生,学士,主管技师,主要从事微量元素分析研究。

摘要
目的

了解肝豆状核变性(WD)患者应用青霉胺治疗期间晨尿中多种金属元素的变化。

方法

收集WD患者23例,青霉胺治疗时间3个月180个月以上并低铜饮食;正常对照者18名,分别收集晨起尿液。使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析尿液中铬、铁、钴、硒、锰、铜、锌、钙、镁、锂、铝、钒、镍、镓、砷、锶、镉、铯和钡19种元素。

结果

晨尿中7种必需微量元素(铬、铁、钴、硒、锰、铜和锌)检测结果显示WD组的尿铬、铜和锌浓度明显高于对照组( P<0.01)。晨尿中10种非必需微量元素(锂、铝、钒、镍、镓、砷、锶、镉、铯和钡)检测结果显示WD组的尿砷、镉、镓、锶、铯和钡明显高于对照组( P<0.05)。WD组晨尿中宏量元素尿钙明显高于对照组( P<0.01)。

结论

在肝豆状核变性患者使用青霉胺驱铜治疗期间,除了晨尿中的尿铜增高外,晨尿中尿铬、锌、砷、镉、镓、锶、铯、钡和钙也明显高于对照组。晨尿铜可以作为一个监测WD患者驱铜疗效的指标。

关键词: 金属元素; 晨尿; 肝豆状核变性; 电感耦合等离子体质谱仪
中图分类号:Q581 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2010)08-0644-03
Analysis on the multi-metal element levels in morning urine of Wilson's disease patients during penicillamine therapy
YU Xiaogang, JIAO Xianting, LIU Xiaoqing, YAN Chonghuai
Shanghai Key Laboratory of Children's Environmental Health,Shanghai Institute of Pediatrics,Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200092,China
Abstract
Objective

To analyze the multi-metal element levels in morning urine of Wilson's disease (WD) patients during penicillamine therapy.

Methods

The morning urine of 23 WD patients and 18 healthy controls were collected. The 23 WD patients received penicillamine therapy for 3-180 months, and accompanied hypo-copper diets. The concentrations of chromium (Cr),ferrum (Fe),cobalt (Co),selenium (Se),manganese (Mn),copper (Cu),zinc (Zn),calcium (Ca),magnesium (Mg),lithium (Li), aluminium (Al),vanadium (V),nickel (Ni), gallium (Ga), arsenium (As), strontium (Sr), cadmium (Cd), cesium (Cs) and barium (Ba) in morning urine were determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry(ICP-MS).

Results

The results of 7 essential trace elements (Cr,Fe,Co,Se, Mn,Cu and Zn) in morning urine showed that the concentrations of urine Cr, Cu and Zn in WD patients were markedly higher than those in the controls ( P<0.01).The results of 10 unessential trace elements (Li,Al,V,Ni,Ga,As,Sr,Cd,Cs and Ba) in morning urine revealed that the concentrations of urine As,Cd,Ga,Sr,Cs and Ba in WD patients were higher than those in the controls ( P<0.05). The results of 2 macroelements (Ca and Mg) in morning urine implied the concentration of urine Ca in WD patients was higher than that in the controls ( P<0.01).

Conclusions

During the course of WD patients taking penicillamine,except the urine Cu increased,the concentrations of urine Cr,Zn,As,Cd,Ga,Sr,Cs,Ba and Ca were significantly higher than those in the controls.The effects may be monitored by the urine Cu.

Keyword: Metal element; Morning urine; Wilson's disease; Inductively coupled plasma-mass spectrometry

肝豆状核变性(hepatolenticular degeneration)又称Wilson病(Wilson's disease, WD), 是一种铜代谢异常的常染色体隐性遗传病[1], 发病率约占活产婴儿1 / 30 0001/100 000, 发病年龄主要在学龄前期和学龄期。其发病机制主要是由于P型ATP酶缺陷[2], 导致活性铜蓝蛋白生成减少, 胆汁铜排泄障碍, 过量铜贮积于肝脏、神经系统以及肾脏等重要脏器, 继而导致上述脏器功能障碍[3]。大约1/3的患者有阳性家族史, 以神经、精神症状为首发症状者占70%。临床表现复杂多样, 常有肝、肾、脑、角膜、骨骼和肌肉等多脏器损害的证据。若治疗不及时, 症状进行性加重最终危及生命。该病的治疗主要是应用螯合剂络合铜从尿中排出, 改善临床症状, 控制疾病的进展。目前青霉胺为治疗WD患者的首选螯合剂, 疗效明确。但是青霉胺是否同时螯合及影响到体内其他元素, 因此需要定期监测患者尿液中金属元素的变化。又由于该病多数为儿童起病, 24 h尿液的留取受到一定的限制, 晨尿能否取代24 h尿液。因此, 我们采用先进的电感耦合等离子体质谱仪法(inductively coupled plasma-mass spectrometer, ICP-MS)测定经青霉胺治疗的WD患者晨尿中共计19种元素, 并与对照组进行比较, 评估青霉胺对晨尿中铜及其他元素影响。

材料和方法
一、临床资料

选择上海交通大学医学院附属新华医院和上海儿童医学中心小儿神经科随访的WD患者23例, 均经青霉胺治疗并自愿留取晨尿, 均其中男13名、女10名, 年龄2.5岁15岁。青霉胺治疗时间为3个月180个月以上, 剂量为每天1520 mg/kg, 每日最大剂量为1 g/d。所有患者均给予忌硬壳类等含铜量相对多的可食性动植物的低铜饮食。正常对照组为无上述症状、生化指标正常的志愿者18名, 其中男11名、女7名, 年龄2~7岁。研究方案经上海交通大学医学院附属新华医院医学伦理委员会审批同意, 获得患儿监护人口头知情同意。

二、收集

留取当日清晨首次尿液, 计量后混匀并取样(25 mL)置于专用去离子管中待测。

三、分析

尿液中各种元素[铬(Cr)、铁(Fe)、钴(Go)、硒(Se)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钙(Ca)、镁(Mg)、锂(Li)、铝(Al)、钒(V)、镍(Ni)、镓(Ga)、砷(As)、锶(Sr)、镉(Cd)、铯(Cs)和钡(Ba)]的浓度使用ICP-MS(Agilent 7500ce)进行分析。 标准溶液的配置:吸取多元素标准溶液, 用2%硝酸[摩斯(MOS)级]将标准贮备液逐级稀释为0.0、1.0、10.0、50.0、100.0 μ g/L的混合标准溶液系列。测试样本按尿∶ 2%HNO3=1∶ 10混匀。

四、统计学方法

采用SPSS 11.3 统计软件包进行统计分析。计数资料采用中位数(M)和四分位数间距(Q)表示, 组间比较用秩和检验。P< 0.05 表示差异有统计学意义。

结 果
一、晨尿中7种必需微量元素的检测结果

WD组和对照组晨尿中Mn、Fe、Go和Se的浓度无明显差异, WD组晨尿中Cr、Cu和Zn的浓度明显高于对照组(P均< 0.01)。见表1

表1 对照组和WD组晨尿中7种必需微量元素浓度分析[M(Q)]
二、晨尿中10种非必需微量元素检测结果

WD组晨尿中As、Cd、Ga、Sr、Cs和Ba明显高于对照组(P< 0.05); Li、Al、V和Ni 2组间无明显差异。见表2

表2 对照组和WD组晨尿中10种非必需微量元素浓度分析[M(Q), μ g/L]
三、晨尿中宏量元素检测结果

WD组晨尿中Ca浓度高于对照组(P< 0.01), Mg 2组间差异无统计学意义, 见表3

表3 对照组和WD组晨尿中Ca、Mg浓度分析[M(Q), mg/L]
讨 论

WD是少数几种可以治疗的神经遗传代谢病之一, 临床以肝脏、神经系统损伤和出现K-F环为特征, 生化检测可见血清铜蓝蛋白、血清Cu水平降低和24 h尿Cu升高。生理情况下Cu主要在肝脏代谢[4], 在膜蛋白ATP7B酶的作用下, 血浆中90%以上的游离Cu与铜蓝蛋白结合, 其余的Cu经胆汁排泄, 这是体内排Cu的最主要途径, 仅有微量Cu经尿液排出。WD患者由于ATP7B基因突变[5]导致该酶活性降低, 经胆汁排泄的Cu仅为正常人20%~40%或甚至更低, 而尿Cu排出却明显增多[6]。该病临床症状及体征出现的早晚和轻重主要与肝胆系统以及体内其他重要组织中Cu的沉积程度及其功能损害有关[7]。WD的诊断除了测定患者的血、尿铜蓝蛋白, 24 h尿Cu的增高也是重要参考指标之一。目前24 h尿Cu的监测已经用于对临床治疗疗效的评估, 但该病的发病年龄主要在学龄前期和学龄期, 因此24 h尿液的留取受到一定的限制, 如果晨尿的留取能替代24 h尿液的监测, 将会为临床治疗疗效的监测提供很大的方便。

目前WD的治疗原则主要是采用螯合剂与沉积在组织中的Cu结合, 形成稳定和可溶性复合物而经尿排出。青霉胺是主要的螯合剂, 其作用与巯基有关[8]。青霉胺口服后, 10 h内约80%从尿中排出。正常人24 h尿Cu的排出量< 50 μ g, 而WD患者24 h尿Cu排量在100 μ g以上。前期研究发现, WD组的24 h尿Cu明显高于正常组 [9]。本研究发现应用青霉胺治疗后, 患者晨尿中Cu的排出量为124.300 μ g/L, 明显高于对照组(4.420 μ g/L)。因此, 定期检测晨尿中Cu的含量可以简便的评估WD患者排Cu的效果。

应用青霉胺治疗的WD患者晨尿中微量元素Cr、Zn、As、Cd、Ga、Sr、Cs和Ba明显高于对照组, 而血中这些元素的含量未同时测定, 其临床意义尚有待于进一步研究。而尿Mn、Fe、Se、Li、Al、V和Ni在2组间无明显差异, 推测青霉胺对这些元素可能没有明显的络合作用。WD组的尿钙明显高于对照组, 这与24 h尿钙的结果完全符合。因此在治疗中应该注意钙的补充, 以免影响患儿的生长发育。

通常无机元素分析所用的仪器主要有原子吸收分光光谱仪(包括火焰法和石墨炉法)、电感耦合等离子体发射光谱及ICP-MS三大类。本研究使用的ICP-MS具有技术新、分析元素种类多、灵敏度高、稳定性好、检测线性范围宽、实际样本干扰程度小、分析速度快、测定准确度高等优点, 可同时分析多达数十种元素, 单个元素分析成本低, 可用于临床诊断和监测。通过应用ICP-MS的检测不但可以较精确的检测WD患者尿Cu的排出量, 而且可以同时检测尿液中的其他多种元素含量。

本研究检测青霉胺药物治疗的WD患者晨尿中19种主要元素, 其中部分元素排泄量较对照组明显增加, 有助于便捷的了解尿中各种元素的丢失情况。但是, 是否应该对丢失较多的各种元素进行相应补充?补充后是否会影响青霉胺的治疗效果, 还需要进行深入研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Kenney SM, Cox DW. Sequence variation database for the Wilson disease copper transporter, ATP7B[J]. Hum Mutat, 2007, 28(12): 1171-1177. [本文引用:1] [JCR: 5.213]
[2] Fatemi N, Sarkar B. Structural and functional insights of Wilson disease copper-transporting ATPase[J]. J Bioenerg Biomembr, 2002, 34(5): 339-349. [本文引用:1] [JCR: 1.604]
[3] Garcia Hejl C, Vrignaud C, Garcia C, et al. From gene to disease: copper-transporting P ATPases alteration[J]. Pathol Biol(Paris), 2009, 57(3): 272-279. [本文引用:1]
[4] Roberts EA, Sarkar B. Liver as a key organ in the supply, storage, and excretion of copper[J]. Am J Clin Nutr, 2008, 88(3): 851S-854S. [本文引用:1] [JCR: 6.504]
[5] Cox DW, Moore SD. Copper transporting P-type ATPases and human disease[J]. J Bioenerg Biomembr, 2002, 34(5): 333-338. [本文引用:1] [JCR: 1.604]
[6] 刘晓青, 张雅芬, 刘孜孜, . 肝豆状核变性基因类型与临床表型关系研究[J]. 中华儿科杂志, 2003, 41(1): 35-38. [本文引用:1]
[7] Kitzberger R, Madl C, Ferenci P. Wilson disease[J]. Metab Brain Dis, 2005, 20(4): 295-302. [本文引用:1] [JCR: 2.333]
[8] Medici V, Rossaro L, Sturniolo GC. Wilson disease--a practical approach to diagnosis, treatment and follow-up[J]. Dig Liver Dis, 2007, 39(7): 601-609. [本文引用:1]
[9] 焦先婷, 刘晓青, 黄丽素, . 肝豆状核变性患者青霉胺治疗期间尿中多种元素分析[J]. 上海交通大学学报(医学版), 2009, 29(8): 951-954. [本文引用:1]