(一)发病原因
本症是由于遗传性膜转运缺陷，导致尿中氨基酸排泄量增加，这种疾病的发生是常染色体隐性遗传病所致膜载体改变的后果，正常时肾小球滤过的氨基酸在近端肾小管经特异性能量转运过程几乎全部被重吸收，在先天性氨基酸代谢异常时，未能很好代谢的氨基酸在血浆内浓度升高，而出现在尿中，此乃超滤负荷增加所致，非肾小管转运缺陷，当近端肾小管氨基酸转运缺陷时，可使重吸收障碍而出现氨基酸尿及血中氨基酸水平减低，当一种氨基酸重吸收有障碍，通过同一转运系的其他氨基酸的重吸收也可以减低，并导致较广泛的氨基酸尿，如胱氨酸尿，当一种氨基酸代谢异常，在体内蓄积，过量超滤，可抑制同一转运系的其他氨基酸重吸收，如β-丙氨酸氨基转移异常，发生高丙氨酸血症，而尿中出现大量牛磺酸，异丁酸，β-丙氨酸，当肾小管上皮细胞刷状缘或基底膜外漏，重吸收的氨基酸又自细胞反流入管腔引起广泛的氨基酸尿，如范科尼综合征，赖氨酸尿等，当一种代谢产物在小管上皮细胞蓄积时可抑制重吸收率，引发氨基酸尿，如半乳糖血症和先天性果糖不耐受症，磷酸半乳糖或磷酸果糖可在肾小管细胞内蓄积。
(二)发病机制
正常人肾小球滤液中的氨基酸含量与血浆大致相等，绝大部分由近端小管给予重吸收，在尿中排出的氨基酸主要有甘氨酸(70～200mg/d)，组氨酸(10～300mg/d)，牛黄酸(85～320mg/d)，甲基组氨酸(50～210mg/d)等，当肾小管对某种氨基酸转运发生障碍时即出现该种氨基酸尿。
在多种氨基酸转运缺陷病中，如胱氨酸尿症，二碱基氨基酸尿症，Hartnup病，亚氨基甘氨酸尿症，二羧基氨基酸尿症，表现为对结构相似的氨基酸转运异常，提示膜上存在基因特异的膜受体或载体，这几种转运缺陷病只影响一种氨基酸转运的事实，说明具有底物特异性的转运系统存在，此缺陷病均累及肾和(或)肠中的运转系统，对其他组织不产生影响，本症Ⅰ型纯合子缺乏胱氨酸，赖氨酸，精氨酸和鸟氨酸介导的小肠转运，其杂合子具有正常氨基酸尿液排泌类型，Ⅱ型纯合子缺乏肠道赖氨酸介导的转运，但保存了转运胱氨酸的能力，其杂合子对4种氨基酸的尿液排泄均有适度增加，Ⅲ型纯合子保留了这4种氨基酸介导的小肠内转运能力，其杂合子仅尿中赖氨酸和胱氨酸排量略有增加。
1.胱氨酸尿症 属于常染色体隐性遗传疾病，其发病机制为近端肾小管刷状缘膜和胃肠道的转运胱氨酸以及与它同一转运系的赖氨酸，精氨酸，鸟氨酸的位点丧失，造成该组氨酸尿大量丢失;以后发现肾小管对半胱氨酸——同型胱氨酸形成的混合二硫化物亦同样有重吸收障碍，在胱氨酸尿患者血中胱氨酸及其他3种氨基酸浓度不升高，而肾对这组氨基酸的清除率明显增高，胱氨酸清除率比正常大30倍以上，给胱氨酸尿患者摄食赖氨酸和鸟氨酸后，血中浓度不升高，而粪中出现大量这些氨基酸，用空肠黏膜活组织标本作活性转运研究，亦证实有转运缺陷，胱氨酸尿患者每月尿排出胱氨酸平均3036.8 mmol(正常最高值约74.88 mmol/1g肌酐)，明显超饱和，且其溶解度低，在pH 5～7的尿中只能溶解l248～1664 mmol/L，故易析出结晶，当尿浓缩时，结晶增多易形成结石，引起肾绞痛，尿路梗阻或感染的表现。
2.Hartnup病 是近端肾小管上皮细胞和空肠黏膜对中性单氨基，单羧基氨基酸转运障碍所致，转运障碍的氨基酸有丙氨酸，丝氨酸，苏氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，苯丙氨酸，酪氨酸，色氨酸，组氨酸，谷氨酸及天门冬氨酸等，其中最重要的是色氨酸转运缺陷，色氨酸在尿及粪便中大量丢失，使烟酰胺形成不足，致糙皮病样皮肤损害和神经症状，此外，在肠道内由色氨酸样降解产生的吲哚及色胺，苯丙氨酸产生的苯乙胺，由酪氨酸产生的酪胺以及其他胺类，均显著超过肝脏的解毒能力，进入血循环引起中枢神经系统症状，表现为发作性小脑共济失调及精神症状，本病有两型：伴有小肠功能障碍为Ⅰ型;无障碍者为Ⅱ型。
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