机体对能量摄取、利用和储存的过程称为新陈代谢。新陈代谢是生命的基本形式，更是高级生命的基础。而能量代谢是所有生物代谢的重要过程和体现。新陈代谢使机体各组织、器官之间，机体与环境之间不断进行物质交换和转化，同时体内物质又不断进行分解、利用与更新，为个体的生存、活动、生长、发育、生殖、衰老以及维持内环境恒定提供物质和能量。新陈代谢包括物质合成代谢和分解代谢两个过程。分解代谢是指机体将复杂的大分子物质（如：糖、蛋白质和脂肪等）分解为小分子物质（如：ATP、二氧化碳和水）的过程，即产生和利用能量的过程；合成代谢是指机体将简单分子（葡萄糖、氨基酸、脂肪酸）合成大的复杂分子的过程（糖原、蛋白质、脂肪），即能量储存的过程。近年发现很多微量元素包括铁、铜、锌、钴、锰、碘、铬、钒、硒等为机体所必需，在机体物质代谢过程中起着重要的甚至是关键的作用。随着分子生物学、系统生物学、各种组学（蛋白质组学、基因组学、脂质组学、表观基因组学、代谢组学）的发展，扩展了人们对代谢疾病的认识。对传统的代谢疾病如糖代谢紊乱、脂代谢紊乱、钙磷代谢紊乱相关疾病的不断深入探索，进一步阐明其发病机制和遗传学异常，尤其在能量代谢紊乱与肿瘤、衰老、认知功能障碍等疾病的关联研究进一步丰富了代谢疾病谱。随着对多种代谢相关疾病发病机制的阐明，将对其精确诊断及防治策略产生深远影响。新陈代谢的过程十分复杂，因遗传和环境因素影响导致的营养不足和营养过剩以及某些代谢途径的异常，均可以导致代谢相关性疾病的发生。

（一）遗传性代谢性疾病

遗传性代谢缺陷的病因主要是基因突变、DNA结构改变，从而引起机体的许多蛋白质（如各种酶、受体、细胞膜蛋白、血红蛋白等）结构和功能紊乱，继而影响细胞和器官功能。基因突变的本质可以从遗传密码中碱基序列和突变蛋白质中氨基酸顺序改变来推断，这已经广泛应用于各种血红蛋白和葡糖-6-磷酸脱氢酶等的先天性变异的诊断。DNA限制性内切酶分析及DNA测序分析技术可直接分析DNA结构的改变，如点突变、插入、缺失、颠倒等。对人类DNA序列多种突变与疾病的关系的研究不仅可以解释这些疾病的发病机制，而且对基因突变导致的相关临床表型的研究有助于揭示这些基因的功能，可能形成治疗靶点，为遗传性疾病的基因治疗提供可能。青少年成年起病型糖尿病（MODY），是一种以常染色体显性遗传方式糖尿病，例如MODY1、MODY2、MODY3分别是肝细胞核因子4α（HNF-4α）和葡萄糖激酶基因（GCK）以及肝细胞核因子1α（HNF-1α）基因突变所引起。现已发现单基因突变引起的肥胖病。瘦素（leptin）基因突变是最先报道的常染色体隐性遗传的单基因突变肥胖病，表现为患者血清瘦素水平极度低下，出生时体重正常、但在数月内食欲亢进，体重增加迅速，伴有严重的胰岛素抵抗，成年后发展为糖尿病。瘦素受体（LEPR）基因突变导致瘦素受体信号传导通路受损，其临床特征类似于瘦素基因突变（瘦素缺乏）患者的部分临床表现。

（二）获得性代谢性疾病

获得性代谢性疾病较多见，常继发于内脏器官（如肝、肾、心、肺、胰、胃肠）疾病并发严重功能障碍或衰竭时造成的代谢紊乱。

1.肥胖可以引起全身多器官、多代谢紊乱，包括：胰岛素抵抗、2型糖尿病、脂质代谢紊乱、脂肪组织代谢异常、脂肪肝、心肌代谢异常等。

2.幽门梗阻或高位肠梗阻引起呕吐的情况下，患者常因丢失大量盐酸而引起碱中毒，严重胃肠液丧失而引起酸中毒、失水和严重电解质紊乱。

3.肝功能严重损害或衰竭时，体内多种物质代谢失常较严重，包括：肝细胞损伤引起的胆红素代谢和排泄的异常可引起肝细胞性黄疸、血浆白蛋白降低、血氨升高和氨基酸代谢产物水平升高。肝细胞损伤严重时，胆固醇水平明显降低，胆汁淤积时胆固醇和甘油三酯均可增高。肝细胞损伤可以引起肝糖原合成和储存减少，容易发生低血糖。类固醇激素代谢失常引起男性乳房发育或引起女性月经周期紊乱、继发性醛固酮增多症和水钠潴留。严重肝病引起维生素D不能在C25位上羟基化而激活，可引起钙磷代谢紊乱与代谢性骨病。

4.胰腺病变导致外分泌腺腺泡损坏严重时常影响蛋白质、脂肪的消化吸收和胰源性腹泻；如引起胰岛损伤β细胞严重破坏时，常引起胰源性糖尿病。

5.心力衰竭及周围循环衰竭时，常因有效循环血量减少，组织灌注降低引起组织缺氧，继而引起多种代谢紊乱，继发性醛固酮增多症和水、盐、电解质紊乱。

6.肾衰竭时，蛋白、脂肪、水及电解质等代谢呈多种复杂变化，表现为代谢性酸中毒。维生素D的C1位羟基化障碍，常引起抗药性维生素D缺乏症、低钙血症和继发性甲状旁腺功能亢进症。肾小管功能紊乱常导致肾小管性酸中毒伴失钾、失钠、失钙、失磷和高氯性代谢性酸中毒和代谢性骨病等。

7.肺功能衰竭引起缺氧和二氧化碳潴留，表现为呼吸性酸中毒，且常与代谢性酸中毒和/或代谢性碱中毒混合存在。

（三）遗传和环境因素相互作用引起的复杂病

在许多代谢疾病的发病机制中，往往是遗传和环境因素包括不良生活方式共同作用的结果。肥胖和2型糖尿病是多基因异常和多种环境因素所导致的复杂性疾病，与营养过剩、体力活动减少等不良生活方式有关。多基因异常导致的复杂病患病率高，影响人类健康，在代谢疾病中占有重要地位。

（四）共同特点

由于代谢底物和代谢产物（如糖、脂肪、蛋白质、电解质等）广泛存在于人体内，故代谢紊乱影响全身，累及的脏器和组织比较广泛，但各种代谢性疾病仍各有其特点。

1.代谢疾病常有遗传倾向 呈家族集聚性。如MODY、线粒体糖尿病、家族性高胆固醇血症、家族性高甘油三酯血症、苯丙酮尿症、半乳糖血症等。

2.代谢性疾病可以发生在任何年龄 常影响生长、发育、成熟和衰老过程。但是发生的年龄不同，其病因、临床表现、转归、预后具有明显差异。

3.发生在新生儿和幼年起病的代谢性疾病发病率低，常与单基因突变有关，具有明显的临床特征，往往病情严重。如糖原贮积症中第Ⅱ、Ⅳ型常使婴儿夭折。枫糖尿病属于支链氨基酸代谢异常疾病，呈常染色体隐性遗传。其经典型可在出生1周后即出现喂食困难、呕吐、严重脱水，导致酸中毒及神经系统受损表现，如果不能及时诊断和正确治疗患者常在数周或数月内死亡。许多代谢病可影响智力和精神状态、其中部分由于基因异常影响脑部蛋白质合成或由于代谢紊乱影响脑部功能，如氨基酸代谢障碍的苯丙酮尿症、胱氨酸尿症、分支链酮酸尿等均伴有严重脑部损害和智力减退。

4.成年起病的代谢疾病多以慢性非传染性疾病为主，如肥胖、糖尿病、脂代谢紊乱、心血管疾病等。成人起病的代谢性疾病大多具有起病隐匿、发展缓慢的特点。起病早期缺乏明显的症状和临床特点，一旦出现症状即达到较为严重的程度，往往伴随器官受损和功能障碍，常以并发症的特征为患者就诊的主要原因。2型糖尿病就是最典型例子。患者常以视力降低甚至失明、水肿、大量蛋白尿/尿毒症、足部溃疡，以及伴发难治性感染等晚期并发症而就诊。随着糖尿病教育的普及和公众健康意识的提高，接受定期体检的人群增多，近年通过筛查或体检获得诊断的糖尿病患者来越来越多，将糖尿病诊断的阶段极大提前，为患者争取了早期治疗，预防和延缓各种并发症的宝贵时间。同样、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）、高胆固醇血症均具备这些特征，因此对这些代谢疾病早期诊断，可以降低2型糖尿病、心血管疾病的风险。

（一）针对病因和诱因的防治

以环境因素和不良生活方式为主引起的代谢病，多数能针对诱因进行防治。对常见的高发病率的代谢性疾病（肥胖、糖尿病、脂代谢紊乱等），则应积极普及和推进正确的生活方式干预，及早纠正代谢紊乱，预防和延缓代谢相关疾病发病风险。以遗传性代谢缺陷为主的代谢病，针对病因的治疗已显示出一定前景，但是主要还是针对诱因和发病机制进行治疗，有报道用肝、脾、骨髓等移植以治疗肝豆状核变性、免疫球蛋白缺乏症和其他免疫缺陷等。

（二）临床前期和早期防治

早期诊断和采取防治措施可避免不可逆的形态和功能改变，使病情不致恶化，甚至终身不出现症状，如苯丙酮尿症、半乳糖血症的早期及时治疗。对于肥胖、非酒精性脂肪性肝病、2型糖尿病患者，则需要积极控制体重，在糖调节受损和早期糖尿病阶段积极控制血糖和针对多重危险因素的治疗（包括生活方式干预和药物治疗），可以预防和延缓糖、脂代谢异常向终点结局的进展，从而延缓糖尿病进程，有效地改善各种糖尿病并发症的不良结局。

对已生育过遗传性代谢病患儿、具有遗传病家族史或某些遗传性代谢病高发区的孕妇进行孕前咨询和指导、相关基因筛查、产前羊水检查，对防治遗传性代谢病有重要价值。

（三）针对发病机制的治疗

1.限制环境因素

例如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症（G-6-PD）患者应避免进食蚕豆和对乙酰氨基酚、阿司匹林、磺胺、伯氨喹等药物；苯丙酮尿症患者限制进食含苯丙氨酸（如：奶酪、肉类高蛋白饮食均富含苯丙氨酸）的食物等，新生儿采用低苯丙氨酸特制奶粉。

2.替代治疗

例如1型糖尿病患者的胰岛β细胞受自身免疫损伤造成胰岛素绝对缺乏，引起严重的糖代谢紊乱，应及时采用胰岛素替代治疗纠正糖、脂代谢紊乱；2型糖尿病患者晚期β细胞功能严重受损时胰岛素不足成为突出矛盾，此时也开始胰岛素替代治疗。有些代谢病是由于作为酶反应辅助因子的维生素合成不足，或由于酶缺陷以致与维生素辅酶因子的亲和力降低所致，补充相应维生素可纠正代谢异常。例如胱硫醚β-合成酶缺乏所致的高胱氨酸尿症，须给予低蛋氨酸饮食，并试用大剂量维生素B₆及叶酸。

对于那些致命的但缺乏有效治疗方法的代谢性疾病，细胞及脏器移植可能会挽救生命。如1型糖尿病患者可行胰岛细胞移植或全胰移植术以及正在探索性的干细胞移植。肝豆状核变性患者可通过肝移植术而获得缓解。

3.针对病理生理机制方面的治疗

以治疗2型糖尿病药物的研发为例，从早期的胰岛素促泌剂、到胰岛素增敏剂，再到以胰高血糖素样多肽（GLP-1）治疗为基础的药物问世，目前陆续上市的钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT-2）抑制剂，显示了对多种代谢性疾病病理生理机制的基础研究的突破对药物研发的重要意义。随着对代谢疾病机制的深入研究和新的药物靶点的发现，相信将会有更多的、适于个体化治疗的药物问世，将会对目前代谢性疾病的治疗带来革命性的改变。