Screening af nyfødte for medfødte stofskiftesygdomme ved tandem-massespektrometri

Tandem-massespektrometri er en analysemetode, som er ved at vinde indpas i neonatal screening. Metoden kan bestemme indholdet af aminosyrer og acylkarnitiner i screeningsblodprøver fra nyfødte i én integreret analyse. Derved kan 20 metaboliske sygdomme detekteres. Det drejer sig om aminoacidopatier, fedtsyreoxidationsdefekter og organiske acidæmier med en samlet hyppighed i størrelsesorden 1:4.000, hvilket svarer til hyppigheden af kongenit hypotyreose (1:3.400). Den hyppigste af de nye sygdomme, som kan detekteres, er fedtsyreoxidationsdefekten mellemkædet acyl-CoA-dehydrogenase-mangel, som har en hyppighed på 1:10.000-1:20.000 i Nordeuropa. Mellemkædet acyl-CoA-dehydrogenase-mangel medfører risiko for livstruende stofskiftekriser, som kan undgås, hvis sygdommen diagnosticeres. Prognosen er dermed god. Hovedtemaet for behandling af mellemkædet acyl-CoA-dehydrogenase-mangel er kulhydrattilskud ved interkurrent sygdom. Tandem-massespektrometri vil desuden forbedre den eksisterende screening for fenylketonuri: screeningstidspunktet vil kunne fremrykkes til 48-72 timer post partum, falsk-positiv-raten vil blive reduceret, og der vil ikke være interferens ved antibiotikabehandling. Teknikken er indført som rutine enkelte steder i verden og afprøves i pilotstudier mange andre steder. I Danmark startede man et prospektivt landsdækkende pilotprojekt den 1. februar 2002. Pilotprojektet omfatter også tandem-massespektrometri-screening for galaktosæmi. Ud over neonatal screening kan tandem-massespektrometri anvendes i særlige situationer, herunder ved udredning for metabolisk sygdom, pludselig død og shaken baby -syndrom. Fremtidig implementering af tandem-massespektrometri vil føre til forbedrede diagnostiske muligheder og terapeutisk intervention ved metaboliske sygdomme.

Formålet med screening af nyfødte er tidlig diagnostik og tidlig behandling af medfødte sygdomme for at forebygge sequelae. Stort set alle screeningsprogrammer for nyfødte, inkl. det danske, omfatter sygdommene fenylketonuri (PKU) og kongenit hypotyreose. De fleste screeningsprogrammer inkluderer desuden andre sygdomme. I Danmark er der tale om screening for kongenit toksoplasmose, som blev indført i 1999, mens der internationalt set er store forskelle mellem screeningsprogrammerne. Hyppigt screenes der for 21-hydroxylase-mangel, galaktosæmi og hæmoglobinopatier. Andre tilstande er biotinidasemangel, homocystinuri, ahornsirupuri, cystisk fibrose, glukose-6-fosfatdehydrogenase-mangel og medfødt hørenedsættelse. Man er i mange screeningsprogrammer inden for de seneste år gået i gang med at implementere tandem-massespektrometri (MS/MS), og dette er måske den vigtigste udvikling inden for feltet i de seneste to dekader. MS/MS kan kvantificere aminosyrer og acylkarnitiner i screeningsblodprøver fra nyfødte (PKU-kort). Derved kan henved 20 metaboliske sygdomme detekteres.

Forholdene omkring neonatal screening i Danmark blev vurderet af et udvalg under Sundhedsstyrelsen i 1980 (1). Udvalget anbefalede at fortsætte screeningen for PKU, som var blevet indført i 1973, samt at gøre screening for kongenit hypotyreose permanent og at udføre pilotstudier til vurdering af screening for galaktosæmi og 21-hydroxylase mangel. Herudover har Dansk Pædiatrisk Selskabs udvalg for screening og klinisk genetik for nogle år siden vurderet, hvilke sygdomme det måtte formodes at være relevant at screene for under danske forhold, hvilket tidligere har været gengivet i Ugeskriftet (2). I forbindelse med Sundhedsstyrelsens retningslinjer for svangreomsorg fra 1998 blev screening for kongenit toxoplasmose anbefalet og har været udført landsdækkende siden 1999.

Acylkarnitiner

Ved MS/MS anvender man elektriske felter til at adskille og detektere ladede forbindelser (Fig. 1 ). Til screening af nyfødte er den vigtigste nye gruppe forbindelser, som kan undersøges ved MS/MS, de såkaldte acylkarnitiner, som ophobes ved fedtsyreoxidationsdefekter og visse organiske acidæmier (Fig. 2 ). En samlet oversigt over sygdomme, som kan påvises ved analyse af acylkarnitiner og aminosyrer er anført i Tabel 1 .

MCAD-mangel

Den hyppigste af de nye metaboliske sygdomme, som kanpåvises ved MS/MS er mellemkædet acyl-CoA-dehydrogenase (MCAD)-mangel. Allelfrekvensstudier har vist, at den beregnede incidens af MCAD-mangel er særlig høj i nordeuropæiske populationer, cirka 1:10.000-1:20.000 (3, 4), og sygdommen har dermed en hyppighed af samme størrelsesorden som PKU. Enzymdefekten fører til nedsat oxidation af mellemkædede fedtsyrer, hvilket under normale omstændigheder tolereres af de afficerede. Men patienterne er i latent livsfare ved faste eller ved interkurrent sygdom, som kan føre til katabolisme og øget energiomsætning. Da betaoxidationen er delvist defekt, kan organismen ikke imødekomme energibehovet ved at øge forbrændingen af fedt, og der opstår en metabolisk krise med hypoketotisk hypoglykæmi, encefalopati og leveraffektion. Ud over hypoglykæmi spiller ophobning af toksiske biprodukter fra den defekte fedtmetabolisme muligvis også en rolle i patogenesen. Behandlingen i det akutte stadium er glukosetilførsel, mens temaet for langtidsbehandlingen er at forebygge metaboliske kriser ved at undgå faste og ved at supplere kosten med hyppige, kulhydratrige måltider, evt. glukoseinfusion ved interkurrent infektion. En opgørelse af 120 afficerede viste, at blandt MCAD-patienter, som debuterede med metabolisk krise, omkom 20 %, og 25 % fik varige neurologiske sequelae (5). Blandt de diagnosticerede kan man helt forebygge metaboliske kriser, og langtidsprognosen er derfor god (6). Screening for sygdommen kan foretages med høj diagnostisk præcision ved måling af mellemkædede acylkarnitiner i PKU-kortene fra nyfødte (7). Fig. 3 viser acylkarnitinprofilerne i PKU-kort fra en rask nyfødt og fra en patient med MCAD-mangel.

Forbedret screening for PKU

Screening for PKU med MS/MS giver en markant reduktion af falsk positive resultater (8). Dette skyldes dels MS/MS-metodens analytiske præcision, dels det centrale tema ved MS/MS: at man kan anvende multiple analytter til screening. Den enzymatiske fejl i PKU (fenylalaninhydroxylase-mangel) resulterer i ophobning af fenylalanin som følge af defekt konvertering af fenylalanin til tyros in. Markøren ved konventionel screening er derfor fenylalanin. Men da en væsentlig del af blodets indhold af tyrosin stammer fra fenylalanin, er den kompositte markør, fenylalanin:tyrosin-ratio, også anvendelig i diagnostikken. Ud over styrken ved at måle på begge sider af det enzymatiske blok, korrigerer ratio også for volumenimpræcision i blodprøven og for postprandial stigning i blodets aminosyreniveau, da fenylalanin og tyrosin påvirkes i samme retning. Ved den nuværende screeningsmetode i Danmark anvender man en fenylalaninafhængig bakterievækst som screeningsparameter. Dette gør målemetoden uforenelig med antibiotikabehandling, hvilket resulterer i flere hundrede gentagne prøver årligt, forsinket diagnostik og kompliansproblemer. Desuden er det pga. metodens semikvantitative præg nødvendigt at sikre tilstrækkelig ophobning af fenylalanin, hvorfor prøven anbefales taget i 5.-7. levedøgn. Det optimale tidspunkt ved MS/MS-baserede screeningsprogrammer er 48-72 timer post partum. MS/MS vil derfor medføre logistisk forbedring af den neonatale screening, da en større andel af nyfødte vil få taget screeningsblodprøven, før de bliver udskrevet fra fødestedet.

Erfaringer med MS/MS-screening

I litteraturen findes der indtil nu kun få rapporter om MS/MS-screening. Et kommercielt laboratoriums resultater ved screening af mere end 700.000 nordamerikanske nyfødte viste en hyppighed af aminoacidopatier på 1:9.000 (80% PKU og hyperfenylalaninæmi), af organiske acidæmier på 1:20.000 og af fedtsyreoxidationsdefekter på 1:13.000 (87% MCAD-mangel) og dermed en samlet hyppighed på 1:4.000 (9). Falsk-positiv-raten var 0,25%. Lignende observationer er der rapporteret om fra New Englands screeningslaboratorium, som screenede 160.000 nyfødte og identificerede 42 afficerede med en falsk-positiv-rate på 0,3% (10). I New South Wales, Australien, rapporterede man for tre år siden om 140.000 screenede, 30 påviste positive resultater og <0,1% falsk-positive screeningsresultater (11). Sammenholdt med mødepræsentationer fra andre screeningscentre er det samlede billede, som tegner sig, at MS/MS-screening vil kunne detektere nogenlunde lige mange patienter med aminoacidopatier og fedtsyreoxidationsdefekter (ca. 1:10.000 for hver gruppe) og halvt så mange med organiske acidæmier (ca. 1:20.000). Den samlede hyppighed er således omkring 1:4.000, hvilket er i samme størrelsesorden som for kongenit hypotyreose (1:3.400 i Danmark). Den prædiktive værdi af et positivt screeningsresultat er i størrelsesorden 10%.

I internationale faglige organisationer inden for neonatal screening og klinisk genetik har man taget officiel stilling til MS/MS-screening, og det fremføres, at denne metodik kan være til stor gavn, hvis implementeringen foretages på en gennemtænkt måde og evalueres (12, 13). Flere end ti stater i USA udfører obligatorisk MS/MS-screening for en eller flere af de mulige sygdomme, mens en lang række stater udfører pilotstudier, og man forsøger at nå til en national konsensus på området. Pilotstudier udføres i en række vesteuropæiske lande, men så vidt vides har kun det danske pilotprojekt national dækning (se nedenfor). Tysklands nationale screeningskomité har på baggrund af erfaringerne fra tre screeningscentre besluttet at anbefale landsdækkende screening for en del af MS/MS-panelet inden udgangen af 2002.

Prospektiv afprøvning af MS/MS-screening i Danmark

MS/MS-screening har som led i et forskningsprojekt (14) siden den 1. februar 2002 været et valgfrit tilbud ved screening af nyfødte i Danmark og Færøerne. Efter planen skal projektet evalueres efter en toårig periode. Rekruttering foretages i forbindelse med den rutinemæssige screening af nyfødte. De omfattede sygdomme er vist i Tabel 1 sammen med den anbefalede strategi for initial udredning og efterfølgende diagnostik. Dataark for hver sygdom er sammen med andre oplysninger placeret på projektets hjemmeside, www.ssi.dk/ stofskifte. I Danmark foretages der ud over aminosyre- og acylkarnitinpanelet også screening for galaktosæmi med en ny MS/MS-metode, som er udviklet her i landet (15).

Selektiv screening

Andre sygdomme, som kan afspejle sig i aminosyre- og acylkarnitinprofilerne, er fravalgt i screeningsprojektet af forskellige årsager. Der er bl.a. tale om: nonketotisk hyperglycinæmi (ingen terapeutisk mulighed), tyrosinæmier (høj falsk-positiv-rate pga. transient tyrosinæmi hos mange præterme nyfødte), homocystinuri/cystationin-betasyntase-mangel (lav sensitivitet), isovaleryl-CoA dehydrogenasemangel (analytisk interferens med pivampicillin eller pivmecillinam) og karnitintransportørmangel (høj falsk-positiv-rate).

Det har været fremført, at acylkarnitinanalysen muligvis kan detektere fedtsyreoxidationsdefekter hos asymptomatiske patienter i højere grad end organisk syreanalyse af urinen (12). Acylkarnitinanalyse kan derfor være indiceret ved klinisk mistanke om metabolisk sygdom (16). I tilfælde med pludselig uventet død hos børn kan man supplere konventionelle analyser med MS/MS-screening af blod, galde og urin, der er opsamlet på PKU-kort i forbindelse med autopsi (17, 18), og med afdødes oprindelige PKU-kort, som i de fleste tilfælde vil være bevaret i biobanken for det neonatale screeningsprogram (19). Af retsmedicinsk betydning kan også være differentialdiagnostik af shaken baby -syndrom over for glutaracidæmi type I, som kan påvises ved acylkarnitinanalyse. MS/MS vil givetvis få en rolle ved selektive undersøgelser i fremtiden, for der er et klart potentiale i de nævnte situationer.

Diskussion

I WHO's klassiske screeningskriterier (20) indgår der en vurdering af screeningens gevinst over for omkostningerne. Dette har bl.a. at gøre med distributionsetik: aktiviteter, som ikke er omkostningseffektive, fjerner ressourcer fra andre områder i sundhedssektoren, hvor de med større fordel kunne anvendes. Der er næppe tvivl om den økonomiske gevinst af screening for kongenit hypotyreose og PKU, som er blevet skønnet til at være 200 mio. kr. årligt i Danmark (2). Derimod er den kliniske gevinst af screening for disse grundpiller i screeningssammenhæng aldrig blevet dokumenteret ved randomiserede, kontrollerede undersøgelser. Dette hænger formentlig sammen med den åbenlyse gevinst ved screening, hvor der opnås normal udvikling af de behandlede børn i stedet for dyb mental retarding . Dokumentationen eksisterer som observationelle studier. Paradokset er blevet kaldt »selvindlysende evidens« (21), frit citeret: »Jo mere effektiv en intervention er, desto dårligere er den faglige dokumentation herfor«. Det er for nylig fremført i Ugeskriftet, at fremtidige screeningsaktiviteter bør forudgås af randomiserede, kliniske studier (22). Imidlertid er de metaboliske sygdomme, som kan detekteres ved MS/MS, alle sjældnere end PKU (<1:10.000), og derfor bliver det inden for en overskuelig periode vanskeligt at levere anden dokumentation for den kliniske nyttevirkning af intervention ved selv de hyppigste af disse sygdomme end de samlede erfaringer fra forskellige observationelle studier. En underkendelse af denne type evidens vil være uheldig, da manglende screening har afgørende sundhedsmæssig betydning for patienter med denne gruppe af sjældne lidelser, som kollektivt har en hyppighed i samme størrelsesorden som kongenit hypotyreose. Det bedste enkeltstående eksempel er MCAD-mangel, hvor alle screeningskriterier synes at være opfyldt, men hvor der ikke findes dokumentation i form af randomiserede, kontrollerede studier. Den britiske epidemiolog Carol Dezateux har beregnet, at påvisning af 50% reduktion af morbiditeten ved MCAD-mangel, som er den hyppigste af de »nye« sygdomme, vil kræve et femårigt stu dium med randomisering af hele Englands population af 700.000 nyfødte per år til screening eller nonscreening (23). Den samme dokumentation ville det tage 50 år at tilvejebringe på nationalt plan i Danmark med den nuværende fødselsrate på ca. 70.000 per år. Internationalt respekterede screeningseksperter advokerer derfor for en snarlig indførelse af screening for MCAD-mangel på baggrund af den eksisterende dokumentation for klinik og screeningseffektivitet (24, 25). Tøven i denne sammenhæng har også en etisk dimension.

Screening for de sjældnere sygdomme, som kan påvises ved MS/MS, har endnu længere perspektiver med hensyn til dokumenteret klinisk effekt. Skal man da undlade at screene for de sjældnere genetiske sygdomme inden for dette sygdomspanel? Hvis man applicerer WHO's kriterier på sygdommene hver for sig, vil deres sjældenhed kunne føre til den konklusion, at screening er irrelevant (20). Men man skal huske, at perspektivet i 1968 var en vurdering af den enkelte screeningstest anvendt til påvisning af den enkelte sygdom. Da MS/MS-teknikken er en integreret analyse, som giver mulighed for samtidig screening for mange sygdomme i samme proces, forrykkes præmisserne for de klassiske screeningskriterier, bl.a. fordi screening for en ekstra sygdom kan udføres for relativt beskedne merudgifter, når infrastruktur og analyse er etableret. For at få en balanceret vurdering er man derfor nødt til at betragte den samlede effekt af MS/MS-screening med hensyn til nyttevirkning i forhold til udgifter og ulemper.

MS/MS kan anvendes til effektiv præsymptomatisk diagnostik og præventiv intervention ved en gruppe sjældne metaboliske sygdomme, som kollektivt er lige så hyppige som den kvantitativt væsentligste lidelse i neonatal screening, kongenit hypotyreose. Fremtidig evaluering af danske og udenlandske erfaringer med denne teknologi kan danne grundlag for en ansvarlig implementering til gavn for de afficerede.

Henrik Simonsen, Klinisk Biokemisk Afdeling, Statens Serum Institut, Artillerivej 5, DK-2300 København S.
E-mail: henrik.simonsen@dadlnet.dk

Antaget den 29. oktober 2002.

Statens Serum Institut, Klinisk Biokemisk Afdeling.

1. Sundhedsstyrelsen. Neonatal screening. Principper og organisation. Redegørelse afgivet december 1980 af et udvalg under Sundhedsstyrelsens Planlægnings- og visitationsudvalg. København: Sundhedsstyrelsen, 1980.
2. Simonsen H, Brandt NJ, Nørgaard-Pedersen B. Neonatal screening i Danmark. Ugeskr Læger 1998; 40: 5777-82.
3. Gregersen N, Winter V, Curtis D, Deufel T, Mack M, Hendrickx J et al. Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase (MCAD) deficiency: the prevalent mutation G985 (K304E) is subject to a strong founder effect from northwestern Europe. Hum Hered 1993; 43: 342-50.
4. Seddon HR, Gray G, Pollitt RJ, Iitia A, Green A. Population screening for the common G985 mutation causing medium-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency with Eu-labeled oligonucleotides and the DELFIA system. Clin Chem 1997; 43: 436-42.
5. Iafolla AK, Thompson RJ Jr, Roe CR. Medium-chain acyl-coenzyme A dehydrogenase deficiency: clinical course in 120 affected children. J Pediatr 1994; 124: 409-15.
6. Wilson CJ, Champion MP, Collins JE, Clayton PT, Leonard JV. Outcome of medium chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency after diagnosis. Arch Dis Child 1999; 80: 459-62.
7. Chace DH, Hillman SL, van Hove JL, Naylor EW. Rapid diagnosis of MCAD deficiency: quantitative analysis of octanoylcarnitine and other acylcarnitines in newborn blood spots by tandem mass spectrometry. Clin Chem 1997; 43: 2106-13.
8. Chace DH, Sherwin JE, Hillman SL, Lorey F, Cunningham GC. Use of phenylalanine-to-tyrosine ratio determined by tandem mass spectrometry to improve newborn screening for phenylketonuria of early discharge specimens collected in the first 24 hours. Clin Chem 1998; 44: 2405-9.
9. Naylor EW, Chace DH. Automated tandem mass spectrometry for mass newborn screening for disorders in fatty acid, organic acid, and amino acid metabolism. J Child Neurol 1999; 14 (suppl 1): S4-8.
10. Zytkovicz TH, Fitzgerald EF, Marsden D, Larson CA, Shih VE, Johnson DM et al. Tandem mass spectrometric analysis for amino, organic, and fatty acid disorders in newborn dried blood spots: a two-year summary from the New England Newborn Screening Program. Clin Chem 2001; 47: 1945-55.
11. Wiley V, Carpenter K, Wilcken B. Newborn screening with tandem mass spectrometry: 12 months' experience in NSW Australia. Acta Paediatr Suppl 1999; 88: 48-51.
12. Tandem mass spectrometry in newborn screening. American College of Medical Genetics/American Society of Human Genetics Test and Technology Transfer Committee Working Group. Genet Med 2000; 2: 267-9.
13. ISNS: Comments and guidelines. Tandem mass spectrometry in newborn screening. J Med Screen 2000; 7: 164-5.
14. Simonsen H, Jensen UG, Brandt NJ, Christensen E, Skovby F, Nørgaard-Pedersen B. Design of a pilot study to evaluate tandem mass spectrometry for neonatal screening. Southeast Asian J Trop Med Public Health 1999; 30 (suppl 2): 166-9.
15. Jensen UG, Brandt NJ, Christensen E, Skovby F, Nørgaard-Pedersen B, Simonsen H. Neonatal screening for galactosemia by quantitative analysis of hexose monophosphates using tandem mass spectrometry: a retrospective study. Clin Chem 2001; 47: 1364-72.
16. Lund AM, Christensen E, Skovby F. Diagnostik og akut behandling af arvelige stofskiftesygdomme hos spædbørn. Ugeskr Læger 2002; 164: 5613-9.
17. Rashed MS, Ozand PT, Bennett MJ, Barna