StudyMed医師国家試験

アンモニアの行き先はどこ?―尿素サイクルで見抜く先天代謝異常症

第112回医師国家試験 A問題 第1問

国試問題にチャレンジ

第112回 A問題 第1問

高アンモニア血症をきたす疾患はどれか。

  1. a.Gaucher病
  2. b.von Gierke病
  3. c.Hurler症候群
  4. d.メープルシロップ尿症
  5. e.オルニチントランスカルバミラーゼ欠損症

対話形式の解説

ドクタードクター
今回は先天代謝異常症の中から、高アンモニア血症を起こす疾患を選ぶ問題だ。並んでいる疾患はどれも名前は有名だけど、大事なのは「どの酵素が欠けて、何がたまり、どんな検査異常が出るか」を結びつけて考えること。まずはアンモニアがどこから生まれて、どう処理されるかを思い出してみよう。
医学生医学生
アンモニアはアミノ酸のアミノ基から出てくるもので、肝臓で尿素に変えられるんでしたよね。生化学の講義で尿素サイクルを何度も書かされました。
ドクタードクター
その通り。アンモニアは中枢神経に強い毒性があるので、肝臓の尿素サイクルで無毒な尿素に変えて尿に捨てている。ミトコンドリアでアンモニアからカルバモイルリン酸ができ、それがオルニチンと結合してシトルリンになる。この結合を担うのがオルニチントランスカルバミラーゼ、略してOTCだ。そのあと細胞質でアルギニノコハク酸、アルギニンと進み、最後にアルギナーゼで尿素とオルニチンに分かれて回路が一周する。
医学生医学生
ということは、この回路の酵素が欠けている病気を選べばいいわけですね。名前にオルニチンが入っているOTC欠損症が答えでしょうか。
ドクタードクター
正解。OTC欠損症は尿素サイクル異常症の中で最も頻度が高く、アンモニアを尿素に変えられないので高アンモニア血症を起こす。ただ、名前で選ぶだけでなく、ほかの選択肢をきちんと除外できることも大切だ。まず、アンモニアは蛋白質の代謝産物だから、糖や脂質の代謝異常はそもそも候補から外れやすい。Gaucher病はどうかな。
医学生医学生
Gaucher病はライソゾーム病で、脂質がたまる病気だったと思います。病理の講義で、しわしわの紙のような細胞質をもつマクロファージを見ました。
ドクタードクター
よく覚えているね。グルコセレブロシダーゼが欠けて糖脂質のグルコセレブロシドがマクロファージにたまり、そのGaucher細胞が肝臓・脾臓・骨髄に集まる。だから著明な肝脾腫、汎血球減少、骨病変が特徴になる。アンモニアとは関係がない。Hurler症候群も同じライソゾーム病の仲間だ。
医学生医学生
Hurler症候群はムコ多糖症I型で、ガーゴイル様顔貌と角膜混濁が出るんでしたよね。Hunter症候群との違いが角膜混濁の有無だと、CBTの勉強で覚えました。
ドクタードクター
完璧だ。α-L-イズロニダーゼが欠けて、デルマタン硫酸とヘパラン硫酸が全身にたまる。Hurlerは常染色体劣性、HunterはX連鎖劣性で角膜混濁がない、というセットで押さえておこう。次はvon Gierke病だ。
医学生医学生
糖原病I型で低血糖が出る病気ですね。でも高尿酸血症もあった気がして、窒素の代謝も絡むのかと少し迷いました。
ドクタードクター
そこはひっかけやすいポイントだね。von Gierke病はグルコース-6-ホスファターゼの欠損で、肝臓がグルコースを血中に出せず空腹時に強い低血糖になる。行き場のないグルコース-6-リン酸が別の経路に流れ込んで、乳酸、尿酸、中性脂肪が増える。尿酸はプリン合成の亢進によるもので、アンモニアや尿素サイクルとは別の話なんだ。
医学生医学生
なるほど、低血糖・高乳酸・高尿酸・脂質異常の4点セットですね。メープルシロップ尿症はアミノ酸代謝異常なので、アンモニアが上がってもおかしくない気がします。
ドクタードクター
鋭い疑問だ。確かにアミノ酸代謝異常だし、急性期に軽くアンモニアが上がることもある。でもこの病気の本質は、分岐鎖アミノ酸であるロイシン・イソロイシン・バリンのケト酸を分解できないこと。診断の手がかりは分岐鎖アミノ酸、特にロイシンの上昇と、尿や汗の甘い臭いだ。尿素サイクルそのものの障害ではないので、高アンモニア血症を特徴とする疾患とは言えない。
医学生医学生
アミノ酸代謝異常だから即アンモニア、ではなく、尿素サイクルが壊れているかどうかで考えるんですね。
ドクタードクター
その整理が大事。ではOTC欠損症をもう少し掘り下げよう。尿素サイクル異常症のほとんどは常染色体劣性遺伝だけど、OTC欠損症だけはX連鎖遺伝なんだ。男児は新生児期に哺乳不良、嘔吐、多呼吸、意識障害、けいれんで重症発症しやすい。一方、ヘテロ接合の女性もX染色体不活化の偏りによって、感染や高蛋白食、出産をきっかけに大人になってから発症することがある。
医学生医学生
女性でも発症し得るというのは意外です。CPSI欠損症との区別はどうするんですか。
ドクタードクター
ポイントは尿中オロト酸だ。OTCが欠けると使われないカルバモイルリン酸がピリミジン合成に流れ込み、尿中オロト酸が増える。CPSI欠損症ではカルバモイルリン酸自体ができないのでオロト酸は増えない。どちらも血中シトルリンは低い。治療は蛋白制限、アルギニンやシトルリンの補充、安息香酸ナトリウムなどのアンモニア排泄を促す薬で、重症の急性期には血液透析も行う。
医学生医学生
小児科実習で、新生児の意識障害は敗血症と区別がつきにくいと教わりました。アンモニアも測るべきなんですね。
ドクタードクター
まさにそこが臨床の要点だ。生まれたときは元気で、哺乳を始めて数日で哺乳不良や意識障害が出たら、敗血症だけでなく先天代謝異常を疑って血中アンモニアを測る。成人でも、肝硬変やバルプロ酸内服、有機酸代謝異常など高アンモニア血症の原因はいろいろあるので、原因不明の意識障害ではアンモニアを忘れないようにしよう。

まとめ

アンモニアはアミノ酸の分解で生じ、肝臓の尿素サイクルで尿素に変えられて排泄されるため、この経路の酵素欠損である尿素サイクル異常症が高アンモニア血症の代表的な原因となります。なかでもオルニチントランスカルバミラーゼ欠損症は最も頻度が高く、唯一のX連鎖遺伝で、尿中オロト酸の増加と血中シトルリン低値が特徴です。Gaucher病とHurler症候群はライソゾーム病、von Gierke病は低血糖・高乳酸・高尿酸・脂質異常を示す糖原病、メープルシロップ尿症は分岐鎖アミノ酸の上昇が本質であり、いずれも高アンモニア血症を特徴とはしません。疾患名・欠損酵素・蓄積物質・検査異常をセットで覚えることが、先天代謝異常症を整理する近道です。臨床では、原因のはっきりしない新生児や成人の意識障害で血中アンモニアを測る習慣が、見逃しを防ぐ鍵になります。

解答・解説

正解はeです

テーマ

先天代謝異常症の代表的な疾患について、どの酵素が欠けていて、何がたまり、どんな検査異常が出るかを結びつけて覚えているかを問う問題である。

アンモニアの処理

アミノ酸を分解するとアミノ基からアンモニアが生じる。アンモニアは中枢神経に強い毒性をもつため、肝臓の尿素サイクル(オルニチン回路)で無毒な尿素に変えられ、腎臓から尿中に排泄される。尿素サイクルの反応は以下のとおりである。 ①ミトコンドリア内でアンモニアと重炭酸からカルバモイルリン酸ができる(カルバモイルリン酸合成酵素Ⅰ:CPSⅠ、活性化にN-アセチルグルタミン酸が必要)。 ②カルバモイルリン酸とオルニチンからシトルリンができる(オルニチントランスカルバミラーゼ:OTC)。 ③細胞質でシトルリンとアスパラギン酸からアルギニノコハク酸ができる(アルギニノコハク酸合成酵素)。 ④アルギニノコハク酸がアルギニンとフマル酸に分かれる(アルギニノコハク酸分解酵素)。 ⑤アルギニンが尿素とオルニチンに分かれる(アルギナーゼ)。 この経路の酵素が先天的に欠けた病気を尿素サイクル異常症といい、アンモニアを処理できないため高アンモニア血症を起こす。

正解を導く考え方

アンモニアは蛋白質(アミノ酸)代謝で生じる物質なので、まず糖や脂質の代謝異常(ライソゾーム病や糖原病)は候補から外れる。アミノ酸代謝異常のうち、アンモニアを尿素に変える経路そのものの異常が尿素サイクル異常症であり、オルニチントランスカルバミラーゼ欠損症はその代表である。

選択肢考察

  1. ×a.  Gaucher病

    高アンモニア血症はきたさない。Gaucher病は、ライソゾームの酵素であるグルコセレブロシダーゼ(酸性β-グルコシダーゼ)が欠けているため、糖脂質であるグルコセレブロシド(グルコシルセラミド)がマクロファージの中にたまる病気である。ライソゾーム病の中のスフィンゴリピドーシスに分類され、常染色体劣性遺伝である。脂質を取り込んで膨らんだマクロファージ(Gaucher細胞)が肝臓・脾臓・骨髄に集まるため、著明な肝脾腫、汎血球減少、骨痛・骨病変がみられる。神経症状を伴う病型もある。酵素補充療法や基質合成抑制療法がある。

  2. ×b.  von Gierke病

    高アンモニア血症はきたさない。von Gierke病は糖原病Ⅰ型(Ⅰa型)で、グルコース-6-ホスファターゼが欠けている。肝臓でグルコース-6-リン酸をグルコースに変えられないため、グリコーゲンの分解でも糖新生でも血糖を保てず、空腹時に強い低血糖を起こす。行き場を失ったグルコース-6-リン酸は解糖系やペントースリン酸経路へ流れ込み、乳酸の増加(高乳酸血症・代謝性アシドーシス)、プリン合成の亢進による高尿酸血症、中性脂肪の合成亢進による脂質異常症を生じる。肝臓と腎臓にグリコーゲンがたまり、肝腫大や人形様顔貌、低身長もみられる。「尿酸」の名前から窒素の代謝異常を連想しないよう注意する。

  3. ×c.  Hurler症候群

    高アンモニア血症はきたさない。Hurler症候群はムコ多糖症Ⅰ型(重症型)で、ライソゾームの酵素α-L-イズロニダーゼが欠けているため、ムコ多糖(グリコサミノグリカン)のデルマタン硫酸とヘパラン硫酸を分解できず、全身の組織にたまって尿中にも多く出る。常染色体劣性遺伝である。粗い顔貌(ガーゴイル様顔貌)、角膜混濁、肝脾腫、骨変形(多発性異骨症)、関節拘縮、心臓弁膜症、精神運動発達遅滞などを示す。なお、ムコ多糖症Ⅱ型のHunter症候群はX連鎖劣性遺伝で、角膜混濁がないのが特徴である。

  4. ×d.  メープルシロップ尿症

    高アンモニア血症を特徴とする疾患ではない。メープルシロップ尿症は、分岐鎖アミノ酸(ロイシン、イソロイシン、バリン)から生じる分岐鎖α-ケト酸を分解する酵素(分岐鎖α-ケト酸脱水素酵素複合体)が欠けた常染色体劣性遺伝のアミノ酸代謝異常症である。血中・尿中に分岐鎖アミノ酸とそのケト酸が増え、尿や汗がメープルシロップ(カラメル)のような甘い臭いを放つ。新生児期に哺乳不良、嘔吐、意識障害、けいれん、ケトアシドーシスで発症し、特に血中ロイシンの高値が脳症の主な原因となる。新生児マススクリーニングの対象疾患である。アミノ酸代謝異常だが、尿素サイクルそのものの障害ではなく、診断の手がかりとなるのはアンモニアの上昇ではなく分岐鎖アミノ酸の上昇である。

  5. ○e.  オルニチントランスカルバミラーゼ欠損症

    高アンモニア血症をきたす。オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC)は、尿素サイクルの中でカルバモイルリン酸とオルニチンからシトルリンを作る酵素である。これが欠けるとアンモニアを尿素に変えられず、高アンモニア血症になる。尿素サイクル異常症の中で最も頻度が高く、尿素サイクル異常症の中で唯一のX連鎖遺伝である。男児では新生児期に哺乳不良、嘔吐、多呼吸(呼吸性アルカローシス)、意識障害、けいれんで重症に発症することが多い。ヘテロ接合体の女性も、X染色体の不活化の偏りによって、幼児期以降や成人になってから、感染や蛋白質の多い食事、出産などを契機に発症することがある。使われずにたまったカルバモイルリン酸がピリミジン合成に流れるため、尿中のオロト酸が増える。血中シトルリンは低い。この2つが、CPSⅠ欠損症(オロト酸は増えない)との鑑別点である。治療は蛋白制限、アルギニン・シトルリンの補充、安息香酸ナトリウムやフェニル酪酸ナトリウムなどのアンモニア排泄を促す薬で、重症の急性期には血液透析を行う。根治には肝移植が選択されることもある。

高アンモニア血症の主な原因

・先天性:尿素サイクル異常症(CPSⅠ欠損症、OTC欠損症、シトルリン血症Ⅰ型、アルギニノコハク酸尿症、アルギニン血症、N-アセチルグルタミン酸合成酵素欠損症)、有機酸代謝異常症(プロピオン酸血症、メチルマロン酸血症など。蓄積した代謝物がN-アセチルグルタミン酸の合成を妨げ、二次的に尿素サイクルが働かなくなる)、高オルニチン血症・高アンモニア血症・ホモシトルリン尿症(HHH症候群)、リジン尿性蛋白不耐症、シトリン欠損症など。 ・後天性:肝硬変・劇症肝炎などの肝不全(肝性脳症)、門脈体循環シャント、バルプロ酸の服用、Reye症候群、尿路感染症(ウレアーゼを産生する細菌)など。

尿素サイクル異常症の鑑別のポイント

・オロト酸が増える:OTC欠損症(シトルリン低値)。シトルリン血症などでもオロト酸が増えることがある。 ・オロト酸が増えない:CPSⅠ欠損症、N-アセチルグルタミン酸合成酵素欠損症(シトルリン低値)。 ・シトルリン著増:シトルリン血症Ⅰ型(アルギニノコハク酸合成酵素欠損)。 ・アルギニノコハク酸が増える:アルギニノコハク酸尿症(毛髪の異常=結節性裂毛を伴うことがある)。 ・アルギニン高値:アルギニン血症(高アンモニア血症は軽く、痙性対麻痺が目立つ)。 ・遺伝形式:OTC欠損症のみX連鎖遺伝で、ほかは常染色体劣性遺伝。

選択肢の疾患の整理

・Gaucher病:グルコセレブロシダーゼ欠損、グルコセレブロシドの蓄積(スフィンゴリピドーシス)。 ・von Gierke病(糖原病Ⅰa型):グルコース-6-ホスファターゼ欠損、低血糖・高乳酸血症・高尿酸血症・脂質異常症。 ・Hurler症候群(ムコ多糖症Ⅰ型):α-L-イズロニダーゼ欠損、デルマタン硫酸・ヘパラン硫酸の蓄積。 ・メープルシロップ尿症:分岐鎖α-ケト酸脱水素酵素欠損、ロイシン・イソロイシン・バリンの上昇。 ・OTC欠損症:尿素サイクルの障害、高アンモニア血症、尿中オロト酸の増加。

新生児の高アンモニア血症の症状

生まれたときは正常で、哺乳を始めて数日のうちに哺乳不良、嘔吐、不機嫌、多呼吸、筋緊張の低下、意識障害、けいれんが現れる。敗血症と間違えられやすく、原因のわからない新生児の意識障害では血中アンモニアを測ることが大切である。

POINT

・高アンモニア血症をきたす先天代謝異常の代表は尿素サイクル異常症で、最も多いのはOTC欠損症(X連鎖遺伝、尿中オロト酸増加、血中シトルリン低値)。 ・von Gierke病:低血糖・高乳酸血症・高尿酸血症・脂質異常症(アンモニアではない)。 ・Gaucher病とHurler症候群はライソゾーム病(それぞれ糖脂質、ムコ多糖の蓄積)。 ・メープルシロップ尿症:分岐鎖アミノ酸(ロイシン・イソロイシン・バリン)の上昇と、尿の甘い臭い。 ・疾患名、欠けている酵素、たまる物質・特徴的な検査値をセットで覚える。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。