卟啉病是由于血红素生物合成途径中的酶缺乏引起的一组疾病。
卟啉或其前体[如δ-氨基-r-酮戊酸(ALA)和胆色素原(PBG)]生成，浓度异常升高，并在组织中蓄积，由尿和粪中排出。临床表现主要累及神经系统和皮肤。
血红素生物合成途径
血红素，一种含铁的色素，参与血红蛋白的组成，存在于机体内所有组织。
不同的酶参与8步合成步骤，第1个酶和最后3个酶存在于线粒体中，而中间步骤中的酶存在于胞液中。
1.ALA合成酶，是血红素生物合成途径的第一个酶，它催化甘氨酸和琥珀酰辅酶A聚合成ALA.该酶积聚在线粒体的内膜且需要5′-磷酸吡哆醛作为辅酶，不同的基因把红细胞和非红细胞的ALA合成酶进行编码。
2.ALA脱水酶，存在于胞液中，它使2分子的ALA脱去2分子的水而合成单吡咯——PBG.铅抑制ALA脱水酶，是由于它取代了酶中的锌(酶活性所必需的金属)。琥珀酰丙酮是一种ALA的结构类似物，它是最强的酶抑制剂，可见于遗传性酪氨酸血症病人的尿和血中。
3.PBG脱氨酶催化4分子PBG聚合产生线性四吡咯，即HMB.有两个PBG脱氨酶的同功酶：一个只存在于红细胞中，而另一个则存在于非红细胞中。这两种PBG脱氨酶的同功酶是由不同的信使RNAs(mRNAs)进行编码，这些mRNAs是由一个单基因通过交替的转录和嫁接而被转录。
4.尿卟啉原Ⅲ聚合酶催化HMB形成尿卟啉原Ⅲ，这涉及分子内重排和影响D环的定向大环闭合形成尿卟啉原Ⅲ。当该酶缺乏时，HMB则自发环化，没有反向的D环，而形成尿卟啉原Ⅰ。
5.胞液中，尿卟啉原脱羧酶催化尿卟啉(8个羧基的卟啉)中羧甲基侧链的4个羧基连续脱去产生7个羧基卟啉，6个羧基卟啉，5个羧基卟啉，最后形成粪卟啉原Ⅲ(一个4个羧基的卟啉)。此酶也能催化尿卟啉原Ⅰ形成粪卟啉原Ⅰ。
6.哺乳动物细胞中的粪卟啉原氧化酶是一种线粒体酶，它催化粪卟啉原Ⅲ的吡咯环A和B上的丙基脱去羧基和2个氢成为这些位置上的乙烯基而形成原卟啉原。这种酶不能代谢粪卟啉原Ⅰ。
7.原卟啉原Ⅸ氧化为原卟啉Ⅸ是由原卟啉原氧化酶起中介作用，该酶催化原卟啉原Ⅸ中心脱去6个氢原子。
8.亚铁螯合酶，催化铁嵌入原卟啉，是血红素生物合成的最后一步。该酶并非对铁有特异性，它也能催化一些其他金属的嵌入例如锌。
代谢途径的中间体仅存在于细胞内，正常排泄的量很少。他们的分子大小，溶解度和其他的性质相互间差异很大。ALA，PBG和卟啉原是无色和无荧光的。原卟啉，最后的中间体，唯一被氧化的卟啉。氧化的卟啉受到长波紫外线照射时呈红色荧光。漏到细胞外液的卟啉原自动氧化为卟啉而排泄。然而，一定量的未氧化的粪卟啉原可能排泄在尿中。ALA，PBG，尿卟啉，7羧基，6羧基和5羧基的卟啉是水溶性的，大部分排泄在尿中。粪卟啉(一个4羧基卟啉)是排泄在尿和胆汁中。硬卟啉(一种3羧基卟啉)和原卟啉(一种2羧基卟啉)很难溶解于水中，而不能由肾脏排泄。它们出现在血浆中，被肝脏摄取，然后排泄在胆汁和粪中，它们也可积聚在骨髓。
血红素合成的控制
血红素合成最多在骨髓，在那里血红素和有氧转输功能的血红蛋白结合，而在肝脏，则多数和细胞色素结合，它是电子转输蛋白。在肝脏大多数细胞色素是细胞色素P-450酶，它代谢药物和许多其他外源的和内源的化学品。
血红素生物合成在肝脏和骨髓的调控机制是不同的。在肝脏血红素合成是限速的，它受到第一个酶，ALA合成速度的控制。正常肝细胞中酶活性十分缓慢，在肝脏为应答各种化学疗法而需要制造更多的血红素时，酶的浓度显著地上升。酶的合成也受细胞内血红素量的反馈控制，当游离的血红素浓度高时，合成就降低。某些药物和激素诱导肝细胞制造更多的ALA合成酶，血红素及细胞色素P-450.
在骨髓，血红素由成红细胞和仍保留有线粒体的网织红细胞制造，然而循环中的红细胞没有线粒体则不能形成血红素。红细胞系内血色素合成至少部分受到细胞摄取铁过程的调节。骨髓细胞表达某些途径中酶的红细胞系的特异形式。红细胞系的特异ALA合成酶受到在mRNA中的铁应答元素的调节，它也部分受到为形成血红蛋白而合成血红素的组织特异调节。
病因学和发病机制
血红素生物合成途径中的8个酶已全部被克隆，定序和染色体定位。某些X连锁铁粒幼红细胞性贫血已被发现有红细胞系特异形式的ALA合成酶的突变。卟啉症和相关疾病和其他7个酶的缺乏有关，这些酶的突变基因已被确定。虽然各种类型的遗传性卟啉病和特异的酶缺乏有关，但是有一定量酶缺乏的病人来源于同一家庭，似乎酶有不同的突变基因。因此，这些疾病在分子水平上有不均一性。
当血红素生物合成途径的酶缺乏时，其底物和血红素前体可积聚在骨髓或肝脏。血液中这些血红素前体增多，并被转运至其他组织，随尿和粪排出体外。
某些卟啉病，尤其是早期卟啉前体ALA，PBG升高的卟啉病，可损害神经，出现多种症状，如腹痛，肌无力，后者可发展为肌麻痹。推测神经症状的发病机制有过多血红素中间产物在神经系统作用，或神经系统缺乏血红素合成。但ALA和其他血红素代谢产物未证明有神经毒性，病人神经组织未发现有血红素缺乏。确切发病机制还不清楚。
引起组织和血浆中卟啉(如尿卟啉，粪卟啉，原卟啉)升高的卟啉病可有光敏感性。在有O2 条件下，当这些卟啉在波长400nm光线照射下可产生带电不稳定氧，称为单线态氧(singletoxygen)，可引起组织损伤。因为皮肤是暴露在光线下最多的组织，故皮肤特别敏感。
