Biotin eksikliği bir çok organ ve dokuda belirti verebilir, bunların ilk klinik bulguları saç, tırnak ve ciltte ortaya çıkar. Ensık eksiklik biotin etkinliğini engelleyen biotidinaz eksikliği şeklinde karşımıza çıkar. Diğer sebeplerse biotin metabolizmasını bozan ileçalar, beslenme bozukluğu ve çiğ yumurta tüketimidir.
Biotin Eksikliği Belirtileri ve Tedavisi
Bu konuda yapılmış bilimsel çalışmalar
Yayın 1
Harran Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi Harran Tıp Fak Der 2004; 1 (4) 45
Biotidinaz eksikliği: Olgu Sunumu
Akın İŞCAN, İrfan ALTINTAŞ, M. Mansur TATLI, A. Himmet KARAZEYBEK Harran Üniversitesi Tıp Fakültesi, Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Anabilim Dalı, Şanlıurfa
ÖZET
Biotinidaz eksikliği biotin metabolizmasının bir bozukluğu olup nörolojik belirtiler, deri bulguları ve organik asidüri ile karakterizedir. Bu çalışmada koma tablosunda başvuran ciddi biotinidaz eksikliği olan dört aylık erkek bebek sunulmaktadır. Biotinidaz eksikliği hem idrar organik asit analizi hem de serum biotinidaz aktivitesi ölçümü ile doğrulanmıştır.
Anahtar kelimeler: Biotinidaz eksikliği, biotinidaz aktivitesi, çocuk nörolojisi Biotinidase deficiency: A case report
ABSTRACT
Biotinidase deficiency is a disorder of biotin metabolism and most symptomatic patients with biotinidase deficiency have both neurologic and cutaneous symptoms and typical organic aciduria. We report the case of a child with severe biotinidase deficiency presenting coma. Biotinidase deficiency was considered and was confirmed by both urine organic acid analysis and biotinidase activity measurement.
Keywords: Biotinidase deficiency, biotinidase activity, pediatric neurology
GİRİŞ
Biotinidaz eksikliği ilk kez günümüzden 20 yıl önce Wolf ve ark.ları (1) tarafından tanımlanmıştır. Biotinidaz, vücutta biotin döngüsü adı verilen bir reaksiyon zinciri içinde serbest biotin oluşum basamağı için gerekli bir enzimdir. Biotin, organizmadaki karboksilaz enzimleri için kofaktör olarak görev yapan önemli bir vitamindir. Otozomal resesif geçişli kalıtsal bir hastalık olan biotinidaz eksikliği organizmada biotin döngüsünü bozarak metabolik asidoz, deri bulguları ve nörolojik belirtiler gibi değişik klinik ve laboratuvar bulgularının görüldüğü bir hastalık tablosuna yol açar (2-4). Dünya ülkeleri içinde biotinidaz eksikliğinin en sık görüldüğü ülkenin Türkiye olduğu bildirilmiştir (5). Bu çalışmada, akut ensefalopati tablosuyla hastaneye getirilen ve yapılan incelemeler sonucunda ağır biotinidaz eksikliği tanısı konulan olgu sunuldu.
OLGU
4 aylık erkek bebek.
Yakınmaları: Havale geçirme, ishal, kusma ve bilinç bulanıklığı. Öyküsünden, bir ay önce tüm vücutta kasılma ve gevşeme, gözlerde kayma şeklinde birçok kez havale geçirdiği, bir hastanede yatarak tetkik edildiği, bilgisayarlı beyin tomografi (BBT) ve beyin omurilik sıvısı (BOS) incelemesinde patoloji saptanmayarak önerilerle taburcu edildiği, yakınmalarının devam etmesi ve genel durumunun kötüleşmesi nedeniyle hastanemize başvurduğu öğrenildi. Öz geçmişinden annenin 12. gebeliğinden, miadında, spontane vaginal yolla sorunsuz olarak evde doğduğu, doğumdan sonraki ilk günlerde havale nedeni ile hastanede yattığı, anne sütü ile beslendiği öğrenildi. Soy geçmişinden 40 yaşındaki annenin 12. gebeliğinden doğmuş, Anne- babanın amca çocukları olduğu, anne, baba ve diğer 10 kardeşin sağlıklı olduğu, 3 aylık erkek kardeşinin cilt hastalığından ve 3 aylık kız kardeşinin 6 aylıkken aniden eksitus olduğu öğrenildi. Fizik Muayenede: Ağırlık: 4000 g (< 3 persentil), boy: 54 cm (< 3 persentil) ve baş çevresi: 38 cm (< 3 persentil) olarak bulundu. Bilinç kapalı ve ağrılı uyarana fleksör yanıt alınıyordu. Solunum Kussmaul tipinde olup deri turgor-tonusu azalmış, ön fontanel ve göz küreleri çökük, mukozalar kuru, kapiller dolum zamanı 5 Harran Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi Harran Tıp Fak Der 2004; 1 (4) 46 sn olarak bulundu. Kornea refleksi zayıflamış, pupil refleksi normal ve sol gözde korneal opasite mevcuttu. Ağız mukozasında monoliazis, tonsiller hiperemi ve hipertrofi saptandı. Kalp tepe atımı160/dk ve kalp sesleri olağan bulundu. Sol akciğer oskültasyonunda krepitan raller, karın palpasyonunda 3 cm hepatomegali ve karın cildinde geniş deskuamasyon alanı mevcuttu (Şekil 1). Nörolojik muayenede kas tonusu azalmış ve derin tendon refleksleri hipoaktif olarak alındı. Diğer sistemlerde patoloji saptanmadı.
Serum biotidinaz enzim aktivitesi negatif bulundu.
Klinik gidiş ve izlem: Metabolik koma, ağır dehidratasyon, sepsis, ve menenjit ön tanılarıyla hastaneye yatırılan hastaya izotonik NaCl, NaHCO3 ve dopamin infüzyonu, IV diazepam başlandı. Oksijen verildi. Asidoz ve serum elektrolit değerlerinde düzelme sağlandı. Kısmi parenteral beslenmeye geçildi. Koma tablosu devam eden hasta, aile isteği ile başka bir merkeze sevk edildi. Devam edilen incelemelerde serum biotidinaz enzim aktivitesinin olmadığı saptandı. Yüksek doz biotin tedavisi gerektiğinden hastaya ulaşılmaya çalışıldığında götürüldüğü merkezde eksitus olduğu öğrenildi.
TARTIŞMA
Türkiye’ de biotidinaz eksikliğinin görülme sıklığı dünya ortalamasının çok üzerinde olup bir çalışmada bu oran dünya ortalamasının yaklaşık 8 katı olarak yenidoğanlarda 1:14800 olarak bildirilmiştir (5). Biotinidaz sentezinden sorumlu gen 3p25 bölgesinde lokalize olup hastalığa neden olan 60’dan fazla mutasyon tanımlanmıştır (6, 7). Biotinidaz, endojen serbest biotin oluşumu için gerekli bir enzimdir. Eksiklik durumunda fonksiyon görmeleri için biotine gereksinimleri olan karboksilazların işleyişi durur. Ciddi biotinidaz eksikliğinde metabolik asidoz, laktik asidemi, piruvik asidemi, organik asidemi, organik asidüri ve hiperamonyemi görülür. Hastamızda biotinidaz eksikliğinin tüm metabolik bulguları saptanmıştır. Kan piruvik asit düzeyi ise çalışılamamıştır. Biotinidaz eksikliği genellikle ilk 3-6 aylar arası dönemde klinik semptom verir (8).
Olgumuzun erken süt çocukluğu döneminde konvülziyonlar biçiminde ortaya çıkması dikkat çekicidir. Olgumuzda, konvülziyonların yanı sıra biotinidaz eksikliğinde görülen önemli bulgulardan biri olan deride geniş deskuamasyon kaydedilmiştir (Şekil 1).
İdrarorganik asit analizinde 3-OH izovalerik asit ve 3-metilkrotonilglisin’de artış olması, biotinidaz eksikliğine işaret eden bulgular olarak değerlendirilmiştir.
Biotinidaz eksikliği vakalarında böbrek taşı şimdiye kadar rapor edilmemiştir. Hastamızda böbrek fonksiyonları ve idrar Ca atılımının normal sınırlar içinde olması böbrek fonksiyon bozukluğu ve hiperkalsiürinin etyolojide rolü olmadığını göstermekle birlikte olgunun ağır klinik tablosu etyolojik nedene yönelik diğer incelemelere imkan vermemiştir. Biotinidaz eksikliğinde erken tanı ve tedavi çok önemli olup tanı ve tedavide gecikme nörolojik sekeller ve ölümle sonuçlanabilir(2). Kardeş ölümü ve birinci derece akraba evliliğinin varlığına rağmen ailenin metabolik hastalık yönünden incelenmemiş olması vakamızın erken tanı ve tedavi görme şansını ortadan kaldırmıştır. Biotinidaz eksikliğinin kesin tanısı serum, lenfositler veya fibroblast kültüründe enzim aktivitesinin yokluğunun gösterilmesine dayanır (8). Amniyon hücre kültürü ve koryon villüs hücrelerinde biotidinaz enzim düzeyi ölçümü ve mutasyon araştırılması prenatal tanıya imkan sağlar (9). Hastalığın tedavisinde yüksek doz (10-30 mg/gün) biotin oral yolla verilir. Tedavi ile deri ve nörolojik bulgular düzelir. İşitme ve görme bozuklukları tedaviye daha dirençlidir.
Sonuç olarak: Dermatolojik ve nörolojik belirtiler gösteren süt çocuklarında doğumsal biotinidaz eksikliği olabileceği akla gelmelidir. Aile öyküsünde benzer semptomlar veya kardeş ölümü anamnezi olan çocuklar biotinidaz eksikliği yönünden mutlaka araştırılmalıdır.
Teşekkür
Yazarlar, katkıları için Hacettepe Ü Tıp Fakültesi Çocuk-Metabolizma Bilim Dalı Öğretim Üyesi Prof. Dr.Turgay Coşkun’a çok teşekkür ederler.
KAYNAKLAR
- Wolf B, Heard GS, Weissbecker KA, et al. Biotinidase deficiency: initial clinical features and and rapid diagnosis. Ann Neurol, 1985;18:614-7.
- Rezvani I and Rosenblatt DS. Valine, leucine, isoleucine, and related organic acidemias. In: Behrman RE, Kleigman R, Jenson HB, editors. Nelson textbook of pediatrics 17th ed. Philadelphia: W.B. Saunders, 2003: p.409-18.
- Gulati S, Passi GR, Kumar A, et al. Biotinidase deficiency–a treatable entity. Indian J Pediatr, 2000;67(6):464-6.
- Wolf B. Biotinidase Deficiency: New Directions and Practical Concerns. Curr Treat Options Neurol, 2003;5(4):321-8.
- Baykal T, Huner G, Sarbat G, et al. Incidence of biotinidase deficiency in Turkish newborns. Acta Paediatr, 1998;87(10):1102-3.
- Hymes J, Stanley CM, Wolf B. Mutations in BTD causing biotinidase deficiency. Hum Mutat, 2001;18(5):375-81.
- Pomponio RJ, Coskun T, M Demirkol M, et al. Novel mutations cause biotinidase deficiency in Turkish children. J Inherit Metab Dis, 2000; 23(2):120-8.
- Lyon G, Adams RD, Kolodny EH. Neurology of hereditary metabolic diseases of children. Second ed. New York: McGraw-Hill, 1996:76-8. 9. Pomponio RJ, Hymes J, Pandya A, et al.
Prenatal diagnosis of heterozygosity for biotinidase deficiency by enzymatic and molecular analyses. Prenat Diagn, 1998;18(2):117-22.
Yazışma adresi: Akın İşcan Harran Ü Tıp Fak Çocuk Sağ. ve Hast. AD. Şanlıurfa
Tel :0 414 314 11 70 e-mail :akiniscan@harran.edu.tr
Yayın 2
Saç Değişiklikleri ve Periorifisyal Lezyonlarla Seyreden Biotinidaz Eksikliği: Olgu Sunumu Biotinidase Deficiency Accompanying Hair Changes and Periorificial Lesions: A Case Report
Erhan Ayhan, Abdullah Kıvrak, Sema Aytekin
Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi, Dermatoloji Anabilim Dalı, Diyarbakır, Türkiye
Özet
Biotinidaz eksikliği biotin metabolizmasının bozukluğu olup değişik dermatolojik, oftalmolojik ve nörolojik belirtilerle karakterizedir. Otozomal resesif geçişli bir hastalıktır. Deri bulguları olarak alopesi, periorifisyal dermatit, seboreik dermatit gibi lezyonlar görülür. Klinik bulgular biotin tedavisi ile dramatik olarak iyileşir. Bu makalede periorifisyal lezyonlar, alopesi ve mikroskobik saç şaftı defektleri olan 6 yaşında bir erkek hasta sunulmuştur. (Turk J Dermatol 2011; 5: 79-81)
Anahtar kelimeler: Alopesi, biotin, biotinidaz eksikliği, periorifisyal dermatit
Giriş
Biotin; asetil KoA karboksilaz, propionil KoA karboksilaz, piruvat karboksilaz ve metilkrotonil KoA karboksilaz gibi dört karboksilazın kofaktörüdür (1). Biotinidaz eksikliği (BE) ise nadir görülen (yaklaşık 1/60.000 canlı doğumda) otozomal resesif geçişli metabolik bir hastalıktır (2). Hastalarda, biotin vitamininin serbest hale geçmesinden sorumlu biotinidaz enziminde eksiklik vardır.
Karboksilazların sorumlu olduğu reaksiyonların gerisinde kalan ürünlerin birikmesi sonucu hastalık belirtileri gelişir. Klinik görünümleri nörolojik, dermatolojik, immünolojik ve oftalmolojik anormalliklerdir (3). Dermatolojik literatürde hastalığa ait bilgiler azdır. Etkilenen çocuklarda özellikle periorifisyal ve nemli bölgelerde özgün olmayan eritemli skuamlı deri lezyonları vardır. Şiddetli tutulum olan vakalarda kandida ile enfekte lezyonlar, parsiyel veya total saç kaybı görülebilir (4). Bu makalede alopesi ve periorifisyal dermatiti olan ve biotin tedavisi sonrası klinik bulguları tamamen gerileyen 6 yaşında bir erkek hasta sunulmuştur.
Olgu
Altı yaşında erkek çocuk, dudak köşelerinde yara ve saç dökülmesi nedeniyle polikliniğimize başvurdu.
Doğumda sağlıklı olup, yaklaşık 7 ay anne sütü aldıktan sonra ek gıdaya geçilmiş ve saçlarda dökülme başlamıştı. Sekiz aylık iken ateş ile beraber nöbet geçirme hikayesi mevcuttu. Mevcut klinik bulgulara dayanarak yapılan tetkikler sonucunda hastaya pediatristler tarafından biotinidaz eksikliği tanısı konmuş ve 5-10 mg/gün biotin tedavisi başlanmıştı. Genetik olarak herhangi bir araştırma yapılmamıştı. İlacı kullanmadığı dönemde saçlarda dökülme, ağız, burun ve göz çevresinde kızarıklık, kabuklanma oluşuyormuş. Soy geçmişinde ebeveynlerin kuzen olduğu ve ailede benzer semptomları olan kardeş olmadığı saptandı.
Dermatolojik muayenede saçlar ince, seyrek ve %95’i telogen evredeydi. Çekme testi ile saçlar kolayca geliyordu. Üst göz kapakları iç kantusu, göz kapakları serbest kenarı, nazal orifisler, dudak köşeleri eritemli, masere ve üzeri sarı skuamlı idi (Şekil 1, 2). Her iki yanakta deri renginde, bazılarının üzerinde siyah renkli tıkacın olduğu açık komedon benzeri sivri papüler lezyonlar gözlendi. Laboratuvar incelemede hemogram, karaciğer fonksiyonları, serum elektrolitleri, vitamin B12, folat ile serum çinko ve bakır düzeyleri normal sınırlardaydı. Fenilketonüri taraması için kullanılan filtre kağıdına kan emdirilerek yapılan basit kolorimetrik tarama prosedürü ile biotinidaz düzeyi düşük olarak saptandı. Ancak üniversitemizde biotinin kantitatif olarak ölçümü yapılamadığından sadece tarama metodu ile biotinidaz eksikliği tespit edilmiştir.
Işık mikroskobunda saçların çapında incelme, saç köklerinde çatallanma, lokalize düzensiz koyulaşma, hipopigmentasyon ve trikoreksis nodoza saptandıi
Mevcut bulgulara dayanarak hastaya biotin 10 mg/gün başlandı. Beş ay sonra kontrole çağrılan hastanın saçlarının uzayıp çoğaldığı, periorifisyal lezyonların ve yanaklarındaki açık komedon benzeri papüllerin iyileştiği gözlendi
Tartışma
Biotin, yağ asit sentezi, glukoneogenezis ve amino asit katabolizması için önemli olan propionil KoA karboksilaz, 3-metil krotonil KoA karboksilaz, asetil KoA karboksilaz ve pirüvat karboksilaz enzimlerinin kofaktörüdür (5). Biotinidaz ise sindirim sisteminde, kanda, hücre içinde protein ve enzimlere bağlı bulunan biotini serbest hale getirir. Böylece
Ülkemizdeki sıklığı akraba evliliğinin sıklığından dolayı 1/14.800’dür (6). Eksiklik enzim aktivitesine göre ağır veya kısmi olabilir. Ağır tip eksiklikte, aktivite %10’dan daha azdır. Kısmi eksiklikte ise %10-30 arası bir aktivite vardır (7). BE’ninmdiğer organik asidemilerden en önemli farkı deri bulgularınınm daha belirgin olmasıdır. BE’ de ataksi, konvülziyon, gelişme geriliği, üst solunum yolu infeksiyonları, duyma ve görme kusuru ile alopesi, eksfoliyatif döküntü, stafilokoksik deri infeksiyonu, blefarit görülebilir (8). Ülkemizden yapılan bir çalışmada ise hastalarda alopesi, deri kuruluğu, seboreik dermatit, pürülan konjonktivit, eksfoliyatif döküntü ve perinazal eritem saptanmıştır (9). BE’deki deri bulguları akrodermatitis enteropatika, yağ asidi eksikliği, Kwashiorkor ile karışabilir (4, 8). Biotinidaz eksikliğinde saç şaftında görülen anormalliklere yönelik bilgiler çok azdır. Vakamızda ışık mikroskobik incelemesinde saç köklerinde çatallanma, lokalize düzensiz koyulaşma ve trikoreksis nodoza gibi ilginç bulgular gözlendi. Hastalık tespit edildiğinde biotin oral yolla 5-30 mg/gün başlanır ve ömür boyu devam edilir. Kısmi biotin eksikliğinde ise kesin veriler olmamakla beraber 1-10 mg/gün biotin ile hastalığın semptomları baskılanabilir (5). Tedavi ile dermatolojik ve nörolojik bulgular hızla gerilerken, duyma ve görme bozuklukları ise tedaviye daha dirençlidir (10). Olgumuzda da saç dökülmesi ve periorifisyal dermatit nedeniyle akrodermatitis enteropatika düşünüldü. Ancak serum çinko düzeyinin normal olması üzerine hikaye derinleştirildi ve hastanın düzensiz biotin kullandığı saptandı.
Sonuç olarak; BE çok nadir görülen bir hastalık olmasına rağmen, erken tanı konulduğunda tedavisi mümkün olan ve ömür boyu biotin kullanılması gereken bir hastalıktır. Deri lezyonları BE’de ipucu olmasa da uyarıcı olması nedeniyle erken tanıda önemlidir. Konvansiyonel tedavilere yanıt vermeyen periorifisyal dermatitli yeni doğanlar BE açısından değerlendirilmelidir. Ayrıca hastalık, enzim eksikliğinin hafif olduğu olgularda asemptomatik olabileceğinden diğer aile bireyleri de biotinidaz eksikliği yönünden taranmalıdır. Çıkar Çatışması Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması bildirmemişlerdir.
Kaynaklar
- Moss J, Lane MD. The biotin dependent enzymes. Adv Enzymol 1971;35:321-442.
- Wolf B. Disorder of biotin metabolism. In: Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, editors. The metabolic and molecular basis of inherited disease. 8th ed. New York, NY: McGraw-Hill; 2001. p. 3935e62.
- Wolf B, Heard GS, Weissbecker KA, et al. Biotinidase deficiency: initial clinical features and rapid diagnosis. Ann Neurol 1985;18:614-7.
- Prendiville JS, Manfredi LN. Skin signs of nutritional disorders. Semin Dermatol 1992;11: 88-97.
- Rezvani I, Rosenblatt DS. Valine, leucine, isoleucine, and related organic acidemias. In: Behrman RE, Kliegman RM and Jenson HB (eds). Nelson Textbook of Pediatrics 17th ed) Philadelphia: WB Saunders, 2004: 409-18.
- Baykal T, Huner G, Sarbat G ve ark. Incidence of biotinidase deficiency in Turkish newborns (letter). Acta Paediatr 1998;87:1102-3.
- Hart PS, Hymes J, Wolf B. Biochemical and immunological characterization of serum biotinidase deficiency. Am J Hum Genet 1992;50:126-36.
- Wastell HJ, Bartlet K, Dale G, et al. Biotinidase deficiency: a survey of 10 cases. Arch Dis Child 1988;63:1244-9.
- Doğan M, Bay A, Yılmaz C ve ark. Biotidinaz enzim eksikliği: Üç vaka sunumu. Tıp Araştırmaları Dergisi 2005:3:34-7.
- Chedrawi AK, Ali A, Al Hassnan ZN, et al. Profound biotinidase deficiency in a child with predominantly spinal cord disease. J Child Neurol 2008;23:1043-8. Ayhan ve ark. Turk J Dermatol 2011; 5: 79-81 Biotinidaz Eksikliği 81
Yayın 3
Possible involvement of partial biotinidase deficiency in alopecia areata
- Georgala1, K. Schulpis2,*, E.D. Papakonstantinou2, S. Kalogirou2, T. Michas1
Article first published online: 28 JUL 2006 DOI: 10.1111/j.1468-3083.1996.tb00609.x
Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology
Volume 7, Issue 2, pages 135–138, September 1996
Keywords:
Biotin;Biotinidase
Abstract
Background The many factors which appear to be implicated in alopecia areata (AA) include
genetic and autoimmune disorders as well as emotional stress. Biotinidase deficiency, an inborn
error of metabolism, causes alopecia in infants, children and adults.
Subjects and methods A fluorimetric method was used to evaluate biontinidase activity in 19
patients before and after 40 days treatment with biotin (20 mg/day p.o). Nineteen members of the
medical staff were the controls.
Results The mean biotinidase activities in our patients before treatment (3.0 ± 1.50 mmol/1/min)
were statistically significantly decreased compared to those of controls (4.75 ± 0.80 mmol/1/min)
as well as to those after treatment (4.40 ± 0.84 mmol/1/min). Consequently, 12 of our 19 patients
showed a clinical remission of the disease after treatment, and thin white hair appeared on the
frontal area of the scalp.
Conclusions An evaluation of biotinidase activity is suggested in all patients with AA and
supplements of biotin are recommended.
Yayın 4
Low Serum Biotinidase Activity in Children with Valproic Acid Monotherapy
- H. Schulpis1, G. A. Karikas2, J. Tjamouranis1, S. Regoutas2, S. Tsakiris3
Article first published online: 20 DEC 2001 DOI: 10.1046/j.1528-1157.2001.47000.x
Epilepsia
Volume 42, Issue 10, pages 1359–1362, October 2001
Purpose: Valproic acid (VPA) is an effective antiepileptic drug (AED), which is Summary:
associated with dose-related adverse reactions such as skin rash, hair loss (alopecia), etc.
Profound as well as partial biotinidase deficiency causes dermatologic manifestations similar
these. Therefore, it was of interest to evaluate serum biotinidase activity in patients receiving VPA
monotherapy.
Methods: Seventy-five patients with seizures, mean age, 8.6 years (±1.9 years) were divided into
three groups. Group A (n = 25) was treated with VPA 28.7 ± 8.5 mg/kg/24 h, group B (n = 25)
with 41.6 ± 4.9 mg/kg/24 h, and group C with 54.5 ± 5.8 mg/kg/24 h. Their “trough” VPA serum
levels were 40.9 ± 13.2, 86.25 ± 11.5, and 137 ± 14.5 μg/ml, respectively. Fifty healthy children
were the controls. Patients and controls underwent clinical and laboratory evaluations including
liver function data, complete blood counts, NH3, and so on, after 45 days of VPA treatment.
Biotinidase serum levels were evaluated fluorometrically.
Results: Liver function data were found elevated in the groups B and C. On the contrary,
biotinidase activity was significantly statistically lowered (p < 0.001) in groups B and C (1.22 ±
1.11, 0.97 ± 0.07 mmol/min/L respectively), as compared with controls (5.20 ± 0.90
mmol/min/L). Strong inverse correlations were observed between liver enzymes and VPA blood
levels with the activity of the enzyme. Additionally, no inhibitory effect on biotinidase activity was
found, when the enzyme was incubated in vitro with high (1.2 mM) concentrations of the drug.
Skin lesions (seborrheic rash, alopecia) were improved in our patients after biotin (10 mg/day)
supplementation.
Conclusions: It is suggested that VPA impairs the liver mitochondrial function, resulting in a low
biotinidase activity and or biotin deficiency. Biotin supplementation could restore some of the side
effects of the drug.
Valproic acid (VPA) has been in clinical use for the treatment of epilepsy for many years. A review
of the literature has shown VPA to be a remarkably safe and effective antiepileptic drug (AED) in a
wide range of epileptic conditions in children and adults. Apparently VPA is also a safe AED in
old-age epilepsy because of good control of seizure frequency and fewer side effects when
compared with other AEDs (1–3). It has minimal impact on cognitive function and is associated
with fewer cognitive and behavioral problems than phenytoin (PHT) and phenobarbital (PB). The
more common dose-related phenomena quite specific to VPA include weight gain (4), tremor, skin
rash, and hair loss (alopecia), and do not usually abate with continued treatment, but may
respond to a lowering of the dosage or to a change in the dosing regimen (2,3). Fatal
hepatotoxicity is a rare idiosyncratic not dose-related adverse reaction that has been reported
coincident with VPA therapy (3,4).
Biotinidase (EC 3.5.1.12) cleaves the biocytin moiety (lysyl biotin) and other small peptides present
in biotin-dependent carboxylases. The enzyme permits free biotin to recycle and to be claimed
from dietary proteins. Biocytin, the lysine ε-amino-amide of biotin, is considered to be the natural
substrate of biotinidase and probably arises from the proteolysis of the biotin-dependent
carboxylases, in all of which biotin is bound to the apocarboxylases via the ε-amino group of
α-lysine residue (5). Profound as well as partial biotinidase deficiencies cause dermatologic
manifestations similar to biotin deficiency, probably as a consequence of impaired intestinal
absorption, cellular salvage, and renal reclamation of biotin, as well as neurologic manifestations
including seizures, hence little free biotin is metabolically available (6). Because inherited
biotinidase deficiency has been reported to induce skin lesions such as hair loss and skin rash,
which are also characteristic side effects of VPA, it is speculated that these findings could be
related to a possibly acquired biotinidase deficiency of VPA-treated patients.
The aim of this study was the evaluation of serum biotinidase activity and liver function
parameters in patients with seizures on treatment with VPA. Additionally, a preliminary in vitro
experiment of VPA effect on biotinidase activity was carried out.
PATIENTS AND METHODS
The study was approved by the Greek Ethical Committee. Seventy-five patients with seizures on
VPA therapy, mean age, 8.6 ± 1.9 years, participated in the present study. Their biochemical
screening, including evaluation of amino acids in blood and urine, NH3, lactate, pyruvate in blood,
urine organic acids, as well as biotinidase activity in blood, were found normal before entering
VPA treatment. Fifty healthy school children of comparable age (9.0 ± 2.3 years), blood tested for
their annual check-up, were the controls. The patients were divided into three groups, group A (n
= 25) was treated with VPA, 28.7 ± 8.5 mg/kg/24 h; patients of group B (n = 25) were taking
41.6 ± 4.9 mg/kg/24 h VPA; and group C (n = 25) received 64.5 ± 5.8 mg/kg/24 h VPA.
All patients and controls underwent clinical and laboratory examinations, complete blood counts,
liver function tests, including SGOT, SGPT, NH3, alkaline phosphatase, γGt, and serum albumin
after 45 days of treatment with VPA monotherapy. Moreover, blood (3.0 ml) was drawn for the
estimation of biotinidase activity, as well as VPA levels at the same period of this study. All these
biochemical parameters were evaluated in our patients before their division into groups.
Additionally the control levels were obtained in the same batches as the patients’ levels.
Patients with skin lesions were treated with biotin (10 mg/day) for 20 successive days.
Biotinidase assay
A fluorometric assay for the determination of biotinidase activity was carried out, according to
Ebrahim and Dekisnamur (7). Human serum was dialyzed against 50 mM phosphate buffer, pH
7.0, and stored at −20°C before use. The reaction was performed by adding dissolved serum
sample to a reaction mixture containing 0.1 M sodium acetate buffer (pH 5.5), 5 mM EDTA, and
0.5 mM biocytin to a final volume of 0.5 ml. After 1-h incubation at 37°C, 50 μl of perchloric acid,
60%, was added to stop the reaction. The precipitated protein was removed by centrifugation.
Supernatant (0.45 ml), after alkalinization, was mixed with 0.5 ml of fresh-made buffer
(containing 0.5 M sodium carbonate, pH 9.5, 0.1% 1,2-diacetyl benzene, and 3 mM
2-mercaptoethanol). After 25 min at room temperature, the samples were evaluated in a
Perkin-Elmer LS3 fluorometer at 546 nm. Biotinidase activity (in vitro) was tested in triplicate,
when treated with VPA (range of concentrations, 0.3–1.2 mM). The evaluation was carried out
after incubation at 37°C and gentle shaking (drug, predissolved in distilled water), against a blank
identical to control and a reference sample containing VPA only, plus a distilled water reference
blank (maximum VPA absorbance at 354 nm). Pure VPA was purchased from Sanofi Winthrop Ltd.
Valproic acid assay
An ABBOTT (TDXR system) Fluorescence Polarization Immunoassay (FIA) method was used. In
FIA the antigen label is usually fluorescein, a substance that emits light at 520 nm, when excited
by light at a wavelength of 490 nm, although reaction end-product fluorescence may also be
detected. The sampling time was immediately before the next dose (trough) (8).
Statistical analysis
Student’s t test and Spearman test were used for the statistical analysis of the results; p < 0.05
was considered statistically significant.
RESULTS
Clinical findings, generalized seborrheic skin rash (six and seven of 25, respectively), hair loss
(three and six of 25, respectively), and generalized pruritus (three and four of 25, respectively)
were the most prominent clinical findings among the patients of groups B and C. Only six of these
groups of patients had both skin rash and alopecia. Additionally, biotinidase deficiency correlated
partially with the severity of skin lesions and/or their alopecia. These clinical features were absent
in group A. As a consequence of their treatment with biotin, generalized seborrheic lesions (two
and five of 25), hair loss (two of 25), and generalized pruritus (three of 25) disappeared in the
patients of the groups without VPA discontinuation, whereas a “mild” improvement of their skin
lesions was observed in the rest of the affected children. Neither seborrheic rash nor alopecia
went away without alteration of VPA treatment and/or biotin supplementation.
Table 1 presents statistically significant elevations of the liver enzymes, as well as NH3 , in groups
of patients (B and C). On the contrary, albumin levels were reduced in the same groups of
patients. According to pharmacokinetics, VPA serum levels are characterized as low in group A
(40.9 ± 13.2 μg/ml), therapeutically accepted in group B (86.25 ± 11.5 μg/ml), and “toxic” in
group C (137 ± 14.5 μg/ml). The biotinidase activity is also shown in all groups of our study
(Table 1). The enzyme activity in groups B and C was statistically decreased, whereas its values in
group A did not differ as compared with those of controls. Furthermore, strong inverse
correlations were found between the levels of the drug and the liver enzymes SGOT, SGPT, and
γGt (Table 2).
Table 1. Liver function data, NH3, VPA serum levels, and biotinidase activity in the groups of
patients versus controls
Group A (n = 25) Group B (n = 25) Group C (n = 25) Controls (n = 50)
Values are expressed as mean ± SD.
VPA, valproic acid.
a/b = a/b = b/c = p < 0.01; c/e = a/c ± p < 0.001.
b/b = a/b = a/d = d/d = NS.
SGOT, (U/L) 24.6 ± 8.0a 39.8 ± 11.4b 44.6 ± 12c 23.0 ± 9.0a
SGPT, (U/L) 20.4 ± 8.1a 39.6 ± 15.7b 43.9 ± 16c 21.0 ± 8.9a
Al. Phos. (U/L) 63.5 ± 21a 86.9 ± 27b 90.9 ± 28c 60 ± 15a
γGt (U/L) 10.5 ± 4a 17.3 ± 7.5b 19.6 ± 8.5c 12.0 ± 4.0a
NH3 (γ%) 34.0 ± 7.8a 76.8 ± 8.5b 98 ± 9.5c 28 ± 9.0a
Albumin (g/L) 4.3 ± 0.3a 3.6 ± 0.6b 2.5 ± 0.5b 4.2 ± 0.4a
VPA (μg/ml) 40.9 ± 15.2a 86.2 ± 13.5b 137.9 ± 14.5c
Biotinidase (mmol/min/L) 3.95 ± 1.08 1.22 ± 1.11b 0.97 ± 0.07c 5.2 ±
0.90e
Table 2. Correlation coefficients between biotinidase activity, liver function data and VPA serum
levels in patients with VPA treatment
Biotinidase activity
Group A Group B Group C
VPA, valproic acid.
a p < 0.05, bp < 0.01, cp < 0.001.
SCOT −0.59a −0.62b −0.61c
SGPT −0.59a −0.59a −0.64b
Al. Ph −0.48 −0.50 −0.52
γGt −0.60a −0.64b −0.69c
VPA −0.62b −0.61b −0.66c
Albumin 0.48 0.34 0.31
As presented in Table 3, VPA demonstrated no inhibitory effect on biotinidase activity, even when
incubated with high (1.2 mM) final concentration of the drug.
Table 3. The effect of VPA concentrations on biotinidase activity (in vitro)
VPA final concentration (mM) Biotinidase activity (mmol/min/L) Percentage of activity (%)
Values are expressed as mean ± SD
VPA, valproic acid.
Control 4.3 100
0.3 (60 mg/100 ml) 4.3 100
0.6 (120 mg/100 ml) 5.8 134
0.9 (180 mg/100 ml) 4.8 111
1.2 (240 mg/100 ml) 4.6 106
DISCUSSION
VPA is administered orally. The recommended initial dose is 15 mg/kg/24 h, increasing at 1-week
intervals by 5 to 10 mg/kg/24 h until seizures are controlled or side effects preclude further
increases. The maximal recommended dosage is 60 mg/kg/day (4) because our patients (group
- C) received VPA as daily treatment. Among the adverse events in patients with the VPA
therapeutic dose, alopecia (13 of 34), skin rash (15 of 134), pruritus (10 of 71) are reported (3).
Moreover, patients receiving the high dose of the drug had more obvious adverse reactions:
alopecia, 23 of 131; skin rash, 30 of 131; and pruritus, 21 of 131 (3). These findings are in
agreement with those presented in groups B and C. Minor elevations of transaminases (e.g.,
SGOT, SGPT) are frequent and appear to be dose related. Hyperammonemia, which was detected
in groups B and C, is reported among patients receiving VPA therapy (4). Lower concentrations of
serum albumin were also found in our patients, as Nagamine et al. (9) reported in patients with
liver disease, who also had low biotinidase activity. Furthermore, the decreased biotinidase
activities (Table 1) found in our patients were not related to the severity of their skin side effects
of VPA, even though the number of patients who exhibited additional problems other than
alopecia, seborrheic skin rash, and pruritus was small.
According to the literature, neurologic manifestations were mainly reported in patients with
profound (total) biotinidase deficiency. The absence of such symptoms in our patients could be
due to their acquired “partial” biotinidase deficiency, which was seen only with dermatological
symptoms (10). Additionally, the highest specific activity of biotinidase was found in liver and
serum (11), but relatively low in the brain (12). Pispa (13) noted a 50% decrease in the
biotinidase activity in the liver, and a 30% decrease in serum activity of partially hepatectomized
rats. It was concluded that liver was the likely source of serum biotinidase.
In a recent study (14), significantly reduced values for cerebrospinal fluid biotin were found in
epilepsy patients compared with controls, whereas in serum, the difference approached
significance. Because biotin is the substrate of biotinidase, present findings and more specific
biotinidase inhibition could be related in some degree to a reduced biotin concentration. This
suggestion is reinforced by the therapeutic results of biotin supplementation in our patients with
skin lesions.
Interestingly, in our previous study (15), isotretinoin (13-cis-retinoic acid) was found to cause
partial biotinidase deficiency in patients with cystic acne. It was then suggested that isotretinoin
isomers, metabolites, possibly act in the liver, resulting in low biotinidase activity.
Moreover, the serum biotinidase activities in patients with chronic hepatic diseases were detected
below the lower limit of activity found in healthy subjects (8). Thus VPA might impair the liver
function (3), resulting in low serum biotinidase activity (8). A possible speculation, as regards the
VPA mechanism over biotinidase activity, could be related with an expected impairment of a
number of carboxylases involved in the biotin cycle of mitochondrial function (4).
Finally, the absence of an in vitro effect of the drug on biotinidase activity reinforces the
suggestion that an indirect mechanism takes place between VPA and the enzyme.
CONCLUSIONS
Dose-dependent low serum biotinidase activity observed in patients receiving VPA is possibly due
to a liver-impairing effect induced by an indirect mechanism and/or to a low serum biotin
concentration found in epilepsy patients.
The dermatologic lesions (seborrheic skin rash, alopecia) found in our patients of groups B and C
with VPA treatment could be related to the initial symptoms of their low biotinidase activities
and/or low serum biotin concentrations. These findings are clinically important because patients
taking VPA therapy may develop symptoms similar to those observed in patients with partial
biotinidase and/or biotin deficiency.
Biotinidase as well as biotin deficiency are potentially treatable disorders, and empiric evidence
suggests that a supplement of biotin (10 mg/day) in these patients might prevent their clinical
manifestations (16).
Acknowledgment: We are grateful to Mrs. A. Stamatis for her careful editorial assistance.
REFERENCES
1
Wilder BJ. Gastrointestinal tolerance of sodium valproate. Neurology 1983;33:808–11.
PubMed,Web of Science®
2
McKinney PA, Finkebine RD, DeVane Cl. Alopecia and mood stabilizer therapy. Ann Clin Psychiatry
1996;8:183–5.
CrossRef,PubMed
3
Wallace SJ. A comparative review of the adverse effects of anticonvulsants in children with
epilepsy. Drug Safe 1996;15:378–93.
CrossRef,PubMed,Web of Science®
4
Physicians desk reference. Sodium valproate. 53rd ed. Montvale, NJ, 1999:417–9.
5
Baumgartner ER & Suormola T. Multiple carboxylase deficiency: inherited and acquired disorders.
Int J Vitam Nutr Res 1997;67:377–84.
PubMed,CAS,Web of Science®
6
Secor McVoy JR & Levy HL, et al. Partial biotinidase deficiency: clinical and biochemical features. J
Paediatr 1990;116:78–83.
CrossRef
7
Ebrahim H & Dekisnamur T. A fluorometric assay for biotinidase. Ann Biochem 1986;154:82–286.
CrossRef
8
Cobb M & Gother S. Fluorescence immunoassay in the clinical laboratory. Am J Med Tech
1982;48:671–7.
PubMed,Web of Science® Times Cited: 17
9
Nagamine TS, Saito S, Yamada T, et al. Biotinidase activity in patients with liver disease. Scand J
Gastroenterol 1993;28:899–906.
CrossRef,PubMed,CAS,Web of Science®
10
Hymes J & Wolf B. Human biotinidase isn’t just for recycling biotin. J Nutr 1999;(25 suppl):485–9.
11
Wolf B, Heard GS. Disorders of biotinidase metabolism In: Scriver J, et al. eds. Molecular and
metabolic bases of inherited disease. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 1996:3151–70.
12
Hymes J & Wolf B. Biotinidase and its roles in biotin metabolism. Clin Chim Acta 1996;255:1–11.
CrossRef,PubMed,Web of Science®
13
Pispa J. Animal biotin. Ann Med Exp Biol Fenn 1985;43(suppl 5):5–38.
14
Anagnostouli M, Livaniou E, Nyalala J, et al. Cerebrospinal fluid level of biotin in various
neurological disorders. Acta Neurol Scand 1999;99:387–92.
Direct Link:
AbstractPDF(590K)ReferencesWeb of Science®
15
Schulpis K, Georgala S, Papakonstantinou E, et al. The effect of Isotretinoin on biotinidase activity.
Skin Pharmacol Appl Skin Physiol 1999;12:28–33.
PubMed,CAS,Web of Science®
16
Wallace SJ. Biotinidase deficiency: pre- symptomatic treatment. Arch Dis Child 1985;60:374–5.
Yayın 5
Phenotypic variation in biotinidase deficiency † ‡
M.D., Ph.D. Barry Wolfa, b, c, d, e, f, g, 1, , M.S. Robert E. Griera, b, c, d, e, f, g, M.D. Richard J.
Allena, b, c, d, e, f, g, M.D. Stephen I. Goodmana, b, c, d, e, f, g, M.D., Ph.D. Craig L. Kiena, b, c,
d, e, f, g, M.D. W. Davis Parkera, b, c, d, e, f, g, M.D. David M. Howella, b, c, d, e, f, g, M.D.
Daniel L. Hursta, b, c, d, e, f, g
a Department of Human Genetics, Children’s Medical Center, Medical College of Virginia,
Richmond, Va., USA
b Department of Pediatrics, Children’s Medical Center, Medical College of Virginia, Richmond, Va.,
USA
c Department of Pediatrics and Neurology, Section of Pediatric Neurology, University of Michigan
Medical Center, Ann Arbor, Mich., USA
d Department of Pediatrics, University of Colorado School of Medicine, Denver, Colo., USA
e Department of Pediatrics, Medical College of Wisconsin, the Milwaukee Children’s Hospital,
Milwaukee, Wis., USA
f Department of Biochemistry, Medical College of Wisconsin, the Milwaukee Children’s Hospital,
Milwaukee, Wis., USA
g Department of Pediatrics, Fitzsimons Army Medical Center, Aurora, Colo. USA
Biotinidase deficiency is the usual biochemical defect in biotin-responsive late-onset multiple
carboxylase deficiency. We reviewed the clinical features of six patients with the enzyme
deficiency and compared them with features described in the literature in children with late-onset
MCD. In all of the reported probands, MCD was diagnosed because they had metabolic
ketoacidosis and organic aciduria in addition to various neurologic and cutaneous symptoms, such
as seizures, ataxia, skin rash, and alopecia. Although in several of our patients biotinidase
deficiency was also diagnosed because they manifested a similar spectrum of findings, others
never had ketoacidosis or organic aciduria. Thus the initial features of biotinidase deficiency
usually include neurologic or cutaneous symptoms, whereas organic aciduria and MCD are
delayed, secondary manifestations of the disease. These findings suggest that biotinidase
deficiency should be considered in any infant or child with any of these neurologic or cutaneous
findings, with or without ketoacidosis or organic aciduria. If the diagnosis cannot be excluded,
such individuals should be given a therapeutic trial of pharmacologic doses of biotin.