GTPBP3基因變異相關(guān)線粒體病1例報告并文獻復(fù)習(xí)

楊 倩 符躍強

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科 兒童發(fā)育疾病研究教育部重點實驗室 國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地 兒科學(xué)重慶市重點實驗室（重慶 400014）

原發(fā)性線粒體病是由線粒體基因或核基因缺陷導(dǎo)致的線粒體功能障礙或結(jié)構(gòu)異常而引發(fā)，常致多系統(tǒng)受累，是最為常見的先天性代謝缺陷，其臨床表現(xiàn)及遺傳方式具有高度的異質(zhì)性，致死及致殘率高。三磷酸鳥苷結(jié)合蛋白3（guanosine triphosphate -binding protein 3，GTPBP3）基因是線粒體病的致病基因之一。國外關(guān)于GTPBP3基因相關(guān)線粒體病報道極少，國內(nèi)尚未見報道。本文回顧分析1例診斷明確的GTPBP3基因變異相關(guān)的線粒體病女性患兒的臨床特征及基因變異特點，并對相關(guān)文獻進行復(fù)習(xí)。

1 臨床資料

患兒，女，3歲4月齡，因面色蒼白、呼吸困難3小時，驚厥1 次入院。入院前3 小時患兒于外院行康復(fù)治療時突然出現(xiàn)呼吸困難、面色發(fā)紺，伴驚厥發(fā)作1次，主要表現(xiàn)為雙目凝視，呼之不應(yīng)，即予甘露醇、吸痰和止驚等處理，氣管插管后轉(zhuǎn)至重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院，以驚厥待查、重癥肺炎、肺出血可能收入院?；純合礕2P2，足月剖宮產(chǎn)，出生體質(zhì)量3 450 g，無窒息搶救史。母孕期無異常，無放射線接觸史?；純? 歲前生長發(fā)育和同齡人無明顯差異，1 歲后生長發(fā)育比同齡人落后；1 歲半扶走，2 歲獨立行走，3 歲半能跑跳，但動作較緩慢；2 歲叫爸爸媽媽，3 歲半才能聽懂他人簡單話語，目前自我表達能力欠佳，不能完整表述簡單句。有一哥哥，14 歲，體健，生長發(fā)育、語言及智力情況與同齡人無差異。否認家族性遺傳病史，父母非近親婚配。入院體格檢查：體溫37.5℃，呼吸30 次/min（機械通氣），心率150 次/min，血壓 105/52 mmHg，氧飽和度98%，體質(zhì)量14.0 kg；發(fā)育遲滯，營養(yǎng)良好，精神欠佳，深度昏迷，面色欠佳，無脫水貌；全身無皮疹，無牛奶咖啡斑；心、肺、腹無異常。實驗室檢查：血氣分析pH 6.99，pCO232.7 mmHg，HCO3

-7.9 mmol/L，TCO28.9 mmol/L，SBC 8.8 mmol/ L，ABE -24 mmol/L，乳酸29 mmol/L，血糖19.1 mmol/ L；超敏肌鈣蛋白I 1.91 μg/L，肌酸激酶MB 同工酶15.92 μg/L；丙酮酸599 μmol/L，β-羥丁酸0.71 mmol/L，游離脂肪酸0.69 mmol/L；血氨 45.1 μmol/L。入院前頭顱磁共振（MRI）示雙側(cè)丘腦對稱斑片狀T1低、T2高信號影，T2FLAIR及DWI呈高信號（圖1A、B）；橋腦膨大，呈T1稍低、T2稍高信號影，F(xiàn)LAIR及DWI呈稍高信號影，雙側(cè)小腦齒狀核可見斑片狀T1低、T2高信號影，F(xiàn)LAIR及DWI呈稍高信號影（圖1C、D）。入院后超聲心動圖示左室稍增大，左室后壁動度降低；左肺動脈血液流速稍增快；左心收縮功能降低，舒張功能無明顯異常，射血分數(shù)44%。心電圖示竇性心律。腦電圖示界限性，清醒閉眼時雙側(cè)后頭部呈5～7 Hz θ節(jié)律為主，枕區(qū)波幅最高，夾雜少量中幅δ波及極低幅快波，雙側(cè)基本對稱；閃光刺激時未見間隙性光刺激相關(guān)異常放電；睡眠波及睡眠周期基本正常，可見雙側(cè)基本對稱的頂尖波、睡眠紡錘波、K-綜合波；監(jiān)測中未見明顯發(fā)作性腦電圖改變。

圖1 患兒MRI 表現(xiàn)

入院后患兒行呼吸機輔助通氣，出現(xiàn)難以糾正的嚴重代謝性酸中毒、高乳酸血癥，并伴有高鈉血癥。在多普勒超聲引導(dǎo)下行頸內(nèi)靜脈穿刺置管術(shù)，并行持續(xù)有創(chuàng)血壓監(jiān)測。入院后行血液透析治療，無血液透析濾過相關(guān)并發(fā)癥。血液透析后，血氣明顯好轉(zhuǎn)。同時予B族維生素、輔酶Q10、左卡尼汀等治療10天后，病情好轉(zhuǎn)，神志清楚，生命體征平穩(wěn)，出院。

患兒有全面性生長發(fā)育遲緩，伴嚴重代謝性酸中毒、高乳酸血癥及神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，結(jié)合頭顱MRI，考慮遺傳代謝性疾病可能。經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理審核，并取得患兒父母知情同意后，行基因檢測。抽取患兒及其父母外周靜脈血2 mL，使用 Solpure Blood DNA Kit試劑盒（Magen 公司）提取基因組DNA，取1 μg基因組DNA樣本經(jīng)Q800R超聲破碎儀處理后得到約350 bp的DNA 片段，制備測序文庫，用特異性捕獲探針，對OMIM收錄的遺傳疾病相關(guān)的4 000個基因的目標區(qū)域（包括全部外顯子及上下游各30 bp內(nèi)含子）進行雜交捕獲，富集目的基因片段，使用 Illumina Nextseq500高通量測序儀進行基因測序（廣州嘉檢醫(yī)學(xué)檢測有限公司）。測序數(shù)據(jù)評估合格后通過bel2fastq軟件進行生物信息學(xué)分析，與參考序列（Human GRCh 37/hg 19）進行匹配，生成變異列表。通過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、變異頻率和變異分類的篩選，以及變異與疾病的關(guān)系，鎖定可能的致病突變。檢測結(jié)果顯示，患兒GTPBP 3基因存在雜合變異c.785 A>C（p.Q 262 p）、c.1169delG（p.G390Efs*16）雜合缺失F和c.1169delG（p.G390Efs*16）雜合缺失R（圖2），分別來自患兒的母親和父親（均為雜合狀態(tài)）。c.785 A>C（p.Q 262 p）導(dǎo)致第262 氨基酸由谷氨酰胺變異為脯氨酸，該變異尚未見文獻報道，變異所在區(qū)域是這個蛋白質(zhì)的一個核苷酸結(jié)合位點，不同物種的氨基酸序列高度保守，計算機輔助分析預(yù)測其可能影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)/功能，結(jié)合患兒臨床表現(xiàn)和家系分析，依據(jù)美國ACMG變異分類指南（PMID：25741868，31690835），這個變異為“3類-意義未明”。c.1169delG（p.G390Efs*16）不僅導(dǎo)致15 個氨基酸被替換，而且還缺失120 個氨基酸，變異所在區(qū)域是這個蛋白的一個重要結(jié)構(gòu)域，這個新型變異尚未見報道，該變異為移碼變異，預(yù)測可能導(dǎo)致提前出現(xiàn)氨基酸的終止密碼，結(jié)合患兒的臨床表現(xiàn)和家系分析，依據(jù)ACMG指南（PMID：25741868，31690835），為“2類-可能致病”。

圖2 患兒及父母基因測序圖

2 討論

線粒體普遍存在于真核細胞胞質(zhì)中，是氧化和能量轉(zhuǎn)換的重要場所，亦是細胞核外唯一帶有遺傳物質(zhì)的細胞器。線粒體DNA（mtDNA）含有37個編碼基因，分別編碼22種tRNA、2種rRNA（12s和16srRNA）以及13種參與氧化磷酸化能量產(chǎn)生、呼吸鏈電子傳遞過程的蛋白亞單位[1]。呼吸鏈結(jié)構(gòu)和功能缺損是構(gòu)成人類線粒體疾病多樣性的基礎(chǔ)，既可由核DNA、也可由mtDNA 缺陷所致，可影響處于任何發(fā)育階段的任何組織和系統(tǒng)，導(dǎo)致多樣化的臨床表現(xiàn)。線粒體病通常在嬰兒期表現(xiàn)就很嚴重，這與氧化磷酸化障礙有關(guān)。tRNAs在線粒體翻譯過程中具有非常重要的作用，其發(fā)揮正常功能需要進行轉(zhuǎn)錄后修飾，某些tRNAs 的修飾進化高度保守，不同物種中已發(fā)現(xiàn)不同的修飾側(cè)鏈。在哺乳動物中，發(fā)現(xiàn)用于線粒體tRNAs修飾的是5-?；撬峒谆蜍誟2]。而GTPBP3是一種高度保守的tRNAs 修飾酶，用于5-?；撬峒谆蜍盏纳锖铣桑瑃RNAs修飾有助于其提高穩(wěn)定性、正確的折疊及解碼能力[3]。GTPBP3基因變異患兒中，tRNAs更容易被降解。由于tRNAs結(jié)構(gòu)變化，使其在蛋白質(zhì)翻譯過程中不能有效識別密碼子，影響線粒體蛋白質(zhì)翻譯，最終導(dǎo)致線粒體呼吸鏈功能受損，能量供應(yīng)不足，無氧酵解增加，導(dǎo)致乳酸性酸中毒；累及心臟，心肌供氧不足，導(dǎo)致心肌損害；活動時機體不能滿足或代償氧耗增加，導(dǎo)致急性呼吸衰竭；機體長期供氧不足，組織細胞代謝障礙，導(dǎo)致患兒生長發(fā)育遲緩和不同程度的腦損害。

關(guān)于GTPBP3基因變異導(dǎo)致線粒體翻譯缺損相關(guān)疾病的臨床研究報道罕見。有報道11例GTPBP3基因變異導(dǎo)致的與線粒體翻譯缺損有關(guān)疾病的患兒，來自9個家庭。這些患兒有共同的臨床表現(xiàn)，包括乳酸酸中毒（11/11）、心肌病（9/11）和神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)癥狀（6/11），具體表現(xiàn)為喂養(yǎng)困難、生長發(fā)育遲緩、易疲勞、智力障礙、肌張力減低、視力損害和癲癇發(fā)作等。部分患兒頭顱MRI提示丘腦、腦干、殼核、中腦、基底節(jié)等部位異常T 2 高信號；大部分患兒心臟彩超提示肥厚型心肌病或擴張型心肌病，這可能與心臟本身就是一個需氧量相對較高的器官，長期慢性缺氧心臟代償性肥厚或者失代償性擴張有關(guān)[3]。需要注意的是，疾病的嚴重性在不同的個體上差異明顯，多數(shù)患兒在1 歲前就出現(xiàn)癥狀，有的從新生兒開始發(fā)病不久便死亡，有的從嬰兒晚期開始出現(xiàn)癥狀，在青春期還存活。

GTPBP 3基因相關(guān)疾病為氧化磷酸化偶聯(lián)缺陷23型，為常染色體隱性遺傳。其特征是兒童早期出現(xiàn)肥厚型心肌病、心臟衰竭和/或神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，包括肌張力低下和精神運動發(fā)育延遲，某些可出現(xiàn)癲癇，實驗室檢查有與線粒體功能缺陷相關(guān)的乳酸性酸中毒。本例患兒的臨床癥狀非常相似。本例患兒GTPBP 3基因的2個變異c.785A>C（p.Q262P）和c.1169delG（p.G390Efs*16）目前尚未在線粒體相關(guān)疾病中報道。GTPBP 3基因變異導(dǎo)致GTPBP 3 蛋白缺乏目前尚無特異的治療方法，主要是對癥支持治療?；純喝朐簳r呈卒中樣發(fā)作綜合征、神志昏迷、呼吸衰竭、動脈血pH 值低、乳酸高、心肌損害，經(jīng)過氣管插管、有創(chuàng)機械通氣和靜脈輸注碳酸氫鈉等治療血氣仍然不能改善，故入院后即給予“線粒體病雞尾酒療法”。目前常用此療法來治療線粒體腦病，包括使用核黃素、硫胺素、葉酸、肉毒堿、維生素C、維生素E和輔酶Q10等，使線粒體呼吸鏈的功能最大化，恢復(fù)線粒體的能量代謝。建議兒童可使用以下方案：核黃素100～400 mg/d，硫胺素50～100 mg/d，左旋肉堿50 mg/(kg·d)，輔酶 Q1010～20 mg/(kg·d)[5 mg/(kg·d)]。此外，也有建議針對線粒體疾病高劑量補充亞葉酸0.5～8.0 mg/(kg·d)[4]。

連續(xù)性血液濾過和血液透析濾過是治療代謝性危象的有效措施[5-6]。但是關(guān)于血液凈化在兒科線粒體相關(guān)性代謝危象中應(yīng)用的報道并不多。有報道采用持續(xù)性腎臟替代治療25例代謝危象患兒，15例治療成功、10例死亡；其中3例為線粒體相關(guān)性疾病，均表現(xiàn)為乳酸酸中毒，1例治療成功，2例死亡[7]。本例患兒在機械通氣和線粒體雞尾酒療法外，使用血液透析濾過數(shù)小時后動脈血氣基本恢復(fù)正常。經(jīng)治療后患兒病情逐漸好轉(zhuǎn)，順利撤機，神志清醒?；純撼鲈汉箝L期規(guī)律隨訪，目前病情穩(wěn)定。

研究報道，GTPBP3基因敲除斑馬魚表現(xiàn)為心肌細胞肥大和心室肌纖維紊亂，產(chǎn)生肥厚性心肌病的表現(xiàn)[8]。有報道11例GTPBP 3基因變異導(dǎo)致與線粒體翻譯缺損有關(guān)疾病的患兒中9例伴有心肌病。本例患兒超聲心動圖示左室稍增大，左室后壁動度降低，左心收縮功能降低，可能是GTPBP 3基因變異所致，當然也不除外嚴重代謝性酸中毒對心臟功能抑制所致。

綜上，GTPBP3基因變異可影響患兒生長發(fā)育及全身多個系統(tǒng)。若發(fā)現(xiàn)患兒多系統(tǒng)受累，應(yīng)高度懷疑遺傳代謝性疾病，基因檢測能明確診斷。當患兒出現(xiàn)難以糾正的乳酸酸中毒危及生命時，可采用血液透析以快速恢復(fù)正常的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，以免對機體造成進一步的損害。