综述：临床诊断中碱性磷酸酶测定的遗传学、结构学和功能基础

《Pathology》：Genetic, structural, and functional foundations of alkaline phosphatase measurement in clinical diagnostics

碱性磷酸酶（ALP）的遗传、结构及功能多样性影响临床诊断，其异构体分析（如骨、肝、胎盘型）可鉴别骨或肝源性疾病（如骨软化、肝胆疾病），并探讨ABO血型与ALP水平的关联。

　　

Kenneth Andrew Sikaris | Karen Rankin

多雷维奇病理学实验室，海德堡，维多利亚州，澳大利亚

摘要

碱性磷酸酶（ALP）是一种膜结合的外酶，在临床医学中具有重要的诊断价值，尤其是在骨骼和肝脏疾病方面。本文探讨了ALP的遗传、结构和功能基础，强调了其在骨骼、肝脏、肠道、胎盘和中性粒细胞等组织中的分布。文章详细介绍了ALP基因家族的进化过程，包括组织非特异性和组织特异性同工酶，并讨论了遗传变异和翻译后修饰如何影响ALP的活性、血清水平以及临床意义。通过电泳和免疫测定等技术进行的同工酶分析，可以在ALP水平升高的情况下区分其来源，从而提高对佩吉特病、肾性骨营养不良和恶性肿瘤等疾病的诊断准确性。此外，本文还探讨了ABO血型对ALP水平的影响、ALP在骨骼矿化和炎症中的功能作用，以及理解分子多样性对于准确测量的重要性。ALP异构体的稳定性、清除率和碳水化合物组成也是临床检测中的关键因素。总体而言，全面了解ALP的遗传和生化多样性对于解读血清ALP检测结果、区分骨骼和肝脏病变以及指导临床决策至关重要。这些知识增强了ALP作为诊断生物标志物的实用性，并支持其在监测代谢性骨病和其他疾病中的作用。

引言

碱性磷酸酶（ALP）是最早在临床医学中发挥诊断作用的酶之一¹。1908年，Suzuki及其同事首次描述了一种能够通过水解植酸从种子和谷物中释放无机磷酸盐的酶²。一个多世纪后，Robison发现骨提取物中存在一种能够通过水解己糖磷酸酯释放磷酸盐的物质³，并推测这种酶可能通过释放磷酸盐与钙结合来促进骨骼矿化⁴。1926年，Robison与Martland共同提出了“磷酸酶”和“骨磷酸酶”这两个术语⁵。然而，当时人们对ALP的真实作用仍持谨慎态度，因为这种酶在致命的碱性pH环境下活性最高⁶。

从20世纪30年代开始，人们对佩吉特病和骨髓瘤等骨骼疾病的临床兴趣日益增加。当Roberts开发出测量血液中该酶活性的方法⁷时，他发现该酶在骨骼疾病以及梗阻性黄疸患者的血液中水平升高。后来发现，ALP不仅存在于骨骼和肝脏组织中，还存在于胎盘、肠道、肾脏、肾上腺、脾脏和肺等许多其他组织中。

Jenner⁸、Bodansky⁹和King与Armstrong¹⁰逐步优化了检测方法，确定了最佳的pH范围为8至9，并制定了标准的酶活性单位，“Bodansky”单位约为“King-Armstrong”单位的一半¹¹。

在发现前列腺组织中存在另一种最佳pH值为酸性的磷酸酶¹²后，Gutman等人¹³发现这种新的“酸性磷酸酶”在骨吸收细胞转移灶中水平升高，其最佳pH值约为5。酸性磷酸酶在前列腺癌转移患者的血清中尤为显著¹⁴，这有助于区分碱性磷酸酶和酸性磷酸酶。

人类ALP的遗传学

人类ALP的遗传学

“碱性磷酸酶超家族”主要包括两大类：一类是芳基硫酸酶，另一类相对同质的酶包括碱性磷酸酶和外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶（ENPPs）。ALP是这个大家族中较新加入的成员，其独特特征是含有一个镁离子及其相关的结合螺旋结构¹⁵。哺乳动物的这种金属酶在活性位点含有两个Zn⁺⁺和一个Mg⁺⁺

ALP的遗传关联

最初通过双胞胎研究证实了ALP水平的遗传决定因素，发现ALP水平与ABO血型相关⁴⁷。全基因组关联研究显示，影响ALP水平的最强基因位点位于9号染色体上的136.15位置，该位置与ABO血型基因位点相对应^48,49。

研究发现，O型和B型血患者的ALP水平通常比A型和AB型血患者高10%，且这种差异与血型无关

ALP的结构功能

在ALP水平较低的个体中，PPi（磷酸吡哆醛-5’-磷酸）、吡哆醛-5’-磷酸（P5P）和磷酸乙醇胺的水平较高，这表明它们可能是ALP的天然底物⁵⁴。除了在骨骼矿化中的作用外，ALP的功能尚不明确

ALP同工酶的功能区分

LKB型ALP对L-同型精氨酸和左旋咪唑敏感，而组织特异性ALP则受苯丙氨酸的抑制。苯丙氨酸-甘氨酸-甘氨酸复合物是胎盘ALP的强抑制剂，有助于将其与其他类型的ALP区分开来⁶⁰。胎盘或生殖细胞ALP在65°C下可稳定存在1小时以上，而LKB型ALP在该温度下1分钟内活性就会丧失。骨骼型ALP对温度非常敏感

血清ALP水平

ALP是一种膜结合酶，通过糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白附着在细胞膜上。内源性酶GPI特异性磷脂酶D可以将ALP从GPI锚定蛋白上释放出来，使其以可溶形式（无锚定蛋白）进入血液循环⁸²。ALP的半衰期约为5-7天；需要注意的是，随着唾液酸含量的降低，其清除速度也会减慢，胎盘ALP的半衰期更长（约8天）

结论

碱性磷酸酶（ALP）在临床医学中具有重要的诊断价值。它存在于多种组织中，包括骨骼、肝脏和肠道。测量ALP有助于诊断骨骼和肝脏疾病，其同工酶有助于了解特定组织的受累情况。本文详细介绍了ALP的遗传基础、结构多样性和功能作用，强调了遗传变异和翻译后修饰对血清水平及临床意义的影响