導(dǎo)致原發(fā)性Ⅰ型腎小管酸中毒的SLC4A1突變R388C致病機(jī)制的細(xì)胞學(xué)研究

潘鑫，李亞彩，王曉黎

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，內(nèi)分泌研究所，遼寧省內(nèi)分泌疾病重點實驗室，沈陽 110001）

Ⅰ型腎小管酸中毒又被稱為遠(yuǎn)端腎小管酸中毒 （distal renal tubular acidosis，dRTA），在成人中常繼發(fā)于其他疾病，如慢性肝臟疾病、自身免疫性疾病、腎移植、藥物性腎損傷等。原發(fā)性dRTA多見于兒童，致病基因主要為編碼位于頂膜H+-ATP酶B1和A4亞單位的ATP6V1B1（MIM：192132） 基 因和ATP6V0A4（MIM：605239） 基因，以及編碼基底膜陰離子 （Cl-/HCO3-） 轉(zhuǎn)運體1 （anion exchanger 1，AE1） 的SLC4A1（MIM：109270） 基因［1-2］，其他基因還包括FOXI1（MIM：601093） 基 因［3］和WDR72（MIM：613214） 基因［4］，但較為少見，除此之外還有15%左右的基因位點不明［2，5］。典型dRTA的臨床表現(xiàn)為慢性代謝性酸中毒、低鉀血癥、高尿鈣、腎臟鈣質(zhì)沉著和腎結(jié)石，尿液偏堿性。但原發(fā)性dRTA的臨床表現(xiàn)異質(zhì)性較強(qiáng)，部分不典型dRTA患者有可能至成年后才得到確診，容易延誤診治［6-7］。本文對我院診斷為dRTA的1例成人患者及其父親攜帶的一處新型SLC4A1基因雜合性突變R388C進(jìn)行了細(xì)胞學(xué)研究，證實了該突變是導(dǎo)致dRTA的致病原因，并總結(jié)了目前已知的可導(dǎo)致dRTA的SLC4A1基因突變的類型和特點。

1 材料與方法

1.1 研究對象

研究對象為2018年在我院因低鉀血癥就診、經(jīng)基因診斷為原發(fā)性dRTA的1例患者及其父親，2人均接受了病史采集、甲狀腺功能、腎功能、尿常規(guī)、甲狀腺和腎上腺相關(guān)激素以及影像學(xué)檢查等，明確低鉀血癥的病因，并進(jìn)行了二代基因測序。本研究已通過我院倫理委員會審核批準(zhǔn)，所有研究對象均簽署了知情同意書。

1.2 檢測方法

采用全自動生化儀檢測肝腎功能、血離子，采用免疫化學(xué)發(fā)光法測定促腎上腺皮質(zhì)激素、皮質(zhì)醇等。采用放射免疫法測定腎素、血管緊張素、醛固酮、胰島素等。

提取患者及其父親基因組DNA，利用經(jīng)過生物素標(biāo)記的探針 （P039-Exome，北京邁基諾公司） 與文庫DNA雜交，進(jìn)行外顯子捕獲，在NextSeq 500 （美國Illumina公司） 上進(jìn)行高通量測序，測序數(shù)據(jù)經(jīng)Burrows-Wheeler Aligner （v.0.7.10-r1039） 軟件將其比對到人類基因組并分析 （基因組版本為GRCh37/hg19）。重點篩查與低鉀血癥臨床表型相關(guān)的基因，并對檢出的基因突變位點在患者及其父親中采用一代測序驗證。

1.3 細(xì)胞學(xué)實驗

使 用GV230 （CMV-MCS-EGFP-SV40-Neomycin，吉凱基因） 質(zhì)粒，利用XhoⅠ/KpnⅠ酶切位點導(dǎo)入野生型SLC4A1基因序列 （NM_000342） 和其突變型 （R388C） 基因序列，測序驗證后，抽提質(zhì)粒并保存。培養(yǎng)HEK-293細(xì)胞至80%融合度后，利用Lipofectamine 2000試劑盒 （美國 Invitrogen公司） 轉(zhuǎn)染上述質(zhì)粒至細(xì)胞。培養(yǎng)48 h后利用熒光顯微鏡 （德國徠卡公司） 觀察細(xì)胞形態(tài)。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料

患者，男，30歲，既往有發(fā)作性軟癱7年的病史，常因為天氣變涼而誘發(fā)，實驗室檢查發(fā)現(xiàn)間斷低鉀血癥 （入院后血鉀3.33 mmol/L），長期自行補(bǔ)鉀治療。家族史：父親有類似表現(xiàn)，但未經(jīng)系統(tǒng)診治?；颊邿o腎損傷相關(guān)用藥史和其他肝臟疾病、自身免疫性疾病病史，完善了其他低鉀血癥病因的相關(guān)檢查，如腎上腺增強(qiáng)3D-CT未見異常，促腎上腺皮質(zhì)激素-皮質(zhì)醇節(jié)律和測定值在正常范圍，腎素-血管緊張素-醛固酮水平正常，風(fēng)濕抗體系列正常。因臨床表現(xiàn)不典型，且存在家族史，故行二代測序明確低鉀原因。

2.2 基因檢測結(jié)果

全外顯子組測序提示，患者攜帶一處位于SLC4A1基因 （NM_000342） 第11外顯子上的雜合性突變 （c.1162C>T，p.Arg388Cys）。Sanger測序驗證了本突變，并且對患者親屬的相應(yīng)位點進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)患者父親攜帶相同突變 （圖1A、1B）。

2.3 細(xì)胞學(xué)實驗

圖1 患者的家系圖和基因測序結(jié)果和SLC4A1基因突變示意圖Fig.1 Pedigree of the kindred and sequencing result of SLC4A1 gene with schematic diagram of the mutation sites

將攜帶野生型和突變型SLC4A1基因序列的GV230質(zhì)粒轉(zhuǎn)染到HEK-293細(xì)胞后，培養(yǎng)48 h后在熒光顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染野生型SLC4A1質(zhì)粒的細(xì)胞可見SLC4A1綠色熒光蛋白分布于細(xì)胞表面，提示蛋白合成后可轉(zhuǎn)運至正常位置；而轉(zhuǎn)染突變型SLC4A1質(zhì)粒的細(xì)胞可見SLC4A1綠色熒光蛋白分布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，無法達(dá)到細(xì)胞表面，不能發(fā)揮正常作用 （圖2）。

圖2 轉(zhuǎn)染野生型kAE1和野生型kAE1質(zhì)粒的HEK293細(xì)胞 ×200Fig.2 HEK293 cells transfected with wild-type kAE1 and wildtype kAE1 plasmid ×200

3 討論

dRTA分為原發(fā)性和繼發(fā)性，繼發(fā)性因素包括慢性肝臟疾病、自身免疫性疾病、腎移植、藥物性腎損傷等，多見于成人。而原發(fā)性dRTA多為嬰幼兒起病，甚至不能成活，成人起病較為少見，多為不完全性或非經(jīng)典性，因此較難鑒別，需細(xì)致除外繼發(fā)性因素。典型dRTA的臨床表現(xiàn)包括軟癱或抽搐等低鉀血癥表現(xiàn)、骨骼異常表現(xiàn) （成人骨軟化癥、兒童佝僂病、骨折、骨痛等）、感覺神經(jīng)性耳聾等，實驗室檢查會發(fā)現(xiàn)陰離子間隙正常的代謝性酸中毒、低鉀血癥、高尿鈣、尿液pH值增高，必要時可完善氯化銨試驗，判斷腎小管的酸化功能。影像學(xué)檢查會發(fā)現(xiàn)腎臟鈣質(zhì)沉著 （常見） 和腎結(jié)石 （少見），骨骼呈佝僂病樣改變，在部分聽力減低的患者中，內(nèi)耳CT檢查可發(fā)現(xiàn)前庭導(dǎo)水管擴(kuò)張［5］。本文的患者以低鉀血癥就診，起病年齡較早，并且與其父親有相似的臨床表現(xiàn)，因此考慮遺傳性疾病的可能性。由于患者癥狀不典型，并無其他dRTA臨床表現(xiàn)，因此并未首先考慮遺傳性dRTA，而是直接進(jìn)行了二代測序以明確低鉀血癥的病因，這體現(xiàn)了二代測序在診斷不典型遺傳性疾病中的優(yōu)勢。

以往認(rèn)為遺傳性dRTA的致病基因主要為ATP6V1B1基因、ATP6V0A4基因和SLC4A1基因，其中最多見的為ATP6V1B1基因和ATP6V0A4基因 （共占70%），SLC4A1基因突變約占15%左右［2，5］，新近有個例報道FOXI1基因［3］和WDR72基因突變也可以導(dǎo)致遺傳性dRTA［4］，此外還有15%的患者家系存在未知的基因突變位點。由于遺傳性dRTA的致病基因較多，因此在臨床中可疑遺傳性dRTA的患者同樣應(yīng)推薦進(jìn)行性價比較高的二代測序進(jìn)行基因診斷。

通常ATP6V1B1、ATP6V0A4、FOXI1和WDR72基因突變導(dǎo)致的dRTA的臨床表現(xiàn) （代謝性酸中毒和低鉀血癥） 要比SLC4A1基因突變導(dǎo)致的dRTA嚴(yán)重 （前3個基因突變的臨床表現(xiàn)常伴隨耳聾）［3-4，8］。SLC4A1基因編碼的蛋白可在腎臟和紅細(xì)胞膜中表達(dá)，在紅細(xì)胞膜中表達(dá)的AE1又稱為帶3蛋白，是紅細(xì)胞膜的重要組成成分，因此部分突變類型可造成遺傳性球形紅細(xì)胞血癥，從而導(dǎo)致溶血性貧血。在腎臟的α閏細(xì)胞中表達(dá)的AE1又稱為kAE1，可使碳酸氫根與氯離子交換并重吸收入血液。因此，其功能受損會導(dǎo)致酸中毒、低血鉀、尿鈣增加等一系列dRTA的臨床表現(xiàn)。

目前文獻(xiàn)已報道導(dǎo)致dRTA的SLC4A1基因突變有36處，遺傳模式根據(jù)突變類型不同可表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳 （autosomal dominant，AD） 或常染色體隱性遺傳 （autosomal recessive，AR）［9-10］，熱點區(qū)域為第11、13、15和20外顯子。AD dRTA的發(fā)生機(jī)制為kAE1二聚體中的雜合性突變蛋白導(dǎo)致正常kAE1蛋白的運輸障礙，又稱之為“顯性-隱形效應(yīng)”，如R589H和S613F［11］，以及集中于C端第20外顯子的突變，如A888L/D889X （del20bp）［7］、R901X （ins13bp）［12］、D902N［13］、D905dupCGA （ins3bp）［14］、D905G fs15（ins1bp）［15］、E906Q［16］和M909T［17］。而導(dǎo)致AR dRTA最常見的位點是位于第17外顯子的G701D［14，18］。本例患者的SLC4A1基因突變R388C位于第11外顯子，系kAE1蛋白N端的雙性螺旋1 區(qū)域 （H1區(qū)域），屬于高度保守區(qū)域，推測R388C可能會引起kAE1構(gòu)像上的變化，造成其與野生型kAE1形成的雜合二聚體停留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，無法正常轉(zhuǎn)運至胞膜發(fā)揮正常的作用，這也在本研究的細(xì)胞實驗中得到了證實，在遺傳模式和致病機(jī)制方面都符合AD 模式的dRTA。SLC4A1基因突變導(dǎo)致的dRTA臨床表現(xiàn)異質(zhì)性較強(qiáng)，甚至相同突變的表現(xiàn)也不盡一致，通常AD模式的臨床表現(xiàn)要輕于AR模式［1］。本例患者及其父親起病時間長，就診時無酸中毒表現(xiàn)，僅表現(xiàn)為間斷低鉀血癥、堿性尿和高尿鈣，父親甚至常年未正式就醫(yī)，這與其他AD模式的dRTA臨床表現(xiàn)相似［6-7，13］。

dRTA的治療首要是要及時糾正酸中毒和低鉀血癥，從而避免出現(xiàn)急性癥狀和降低慢性并發(fā)癥的嚴(yán)重程度 （如生長遲緩、腎鈣質(zhì)沉著、骨軟化、腎小球濾過率下降等），通常選擇堿性藥物如枸櫞酸鉀、枸櫞酸鈉等；其次是要定期隨訪，監(jiān)測血氣分析、血離子、尿離子、腎臟超聲、骨密度、聽力等；三是建議做基因檢測，可以選擇二代測序，并合理的進(jìn)行遺傳咨詢［1］。

綜上所述，本文對文獻(xiàn)中已報道的SLC4A1基因突變進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對前期發(fā)現(xiàn)的位于SLC4A1基因H1區(qū)域的一處突變R388C進(jìn)行了發(fā)病機(jī)制的探討，細(xì)胞學(xué)實驗證實突變的kAE1蛋白無法達(dá)到細(xì)胞表面發(fā)揮正常的離子轉(zhuǎn)運功能，提示本突變是造成AD dRTA的分子基礎(chǔ)。