黏多糖貯積癥ⅣA型患者GALNS基因突變的研究進(jìn)展

張 進(jìn)，冉 紅，曾憲海，張 鵬，邱書(shū)奇，

(1.遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)，廣東 珠海 519041；2.深圳市耳鼻咽喉研究所，廣東 深圳 518172)

黏多糖貯積癥ⅣA 型(mucopolysaccharidosis ⅣA)是一種由N-乙酰半乳糖胺-6-硫酸酯酶(Nacetylgalac-tosamine-6-sulfate sulfatase，GALNS)缺乏引起的常染色體隱性遺傳病。GALNS是降解6-硫酸軟骨 素(chondroitin-6-sulfate，C6S) 和硫酸角蛋白(keratan sulfate，KS)兩種黏多糖(glycosaminoglycan，GAG)所必需的酶[1-2]。與其他溶酶體酶一樣，GALNS有一個(gè)信號(hào)肽，它將新生蛋白質(zhì)引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，蛋白質(zhì)通過(guò)N-糖基化和蛋白降解過(guò)程進(jìn)行修飾[3]。GALNS 的缺陷導(dǎo)致KS 和C6S儲(chǔ)存在溶酶體內(nèi)，引起溶酶體功能障礙，破壞細(xì)胞功能和代謝，使組織和器官功能受損[4]。大多數(shù)黏多糖貯積癥ⅣA 型患者不進(jìn)行積極治療會(huì)在20 歲之前死亡[5]。黏多糖貯積癥ⅣA 型的臨床表型包括膝外翻、髖內(nèi)翻、后凸、隆胸、步態(tài)蹣跚、脊髓受壓、關(guān)節(jié)松弛、肋部擴(kuò)張、頸椎不穩(wěn)、肺受損、腹疝和角膜混濁[6-7]?；颊叩脑\斷通常在5 歲前作出，大多數(shù)患者出生時(shí)表現(xiàn)并無(wú)明顯異常，甚至部分患者的尿液總GAG水平也正常[8]。診斷黏多糖貯積癥ⅣA 型的金標(biāo)準(zhǔn)是檢測(cè)白細(xì)胞或成纖維細(xì)胞中GALNS 的活性和檢測(cè)GALNS基因的突變[9-10]。本文總結(jié)了黏多糖貯積癥ⅣA型患者GALNS基因突變的類(lèi)型和頻率、常見(jiàn)突變位點(diǎn)的地理分布、基因型與臨床表型的關(guān)系，以期對(duì)臨床患者的早期診治提供參考。

1 GALNS簡(jiǎn)介

1979 年Gl?ssl 等首次從人胎盤(pán)中分離純化出GALNS[11]，Tomatsu 等在1991 年首次報(bào)道了GALNS基因全長(zhǎng)，提出該基因在成纖維細(xì)胞中表達(dá)[12]。GALNS基因定位于人染色體16q24.3，長(zhǎng)度約為50 kb，包含14 個(gè)外顯子，cDNA 編碼區(qū)長(zhǎng)1 566 bp，編碼含522個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)[10]。GALNS是硫酸酯酶基因家族中的一員，目前已克隆了13個(gè)人類(lèi)硫酸酯酶基因。硫酸酯酶基因產(chǎn)物在氨基酸水平上有20%～35%的相似性[13]。GALNS 的半胱氨酸殘基在許多物種的硫酸酯酶蛋白中都是保守的，形成具有催化活性的硫酸酯酶需要對(duì)高度保守的半胱氨酸殘基進(jìn)行翻譯后修飾[7，14]。GALNS 是一種同源二聚體糖蛋白，每個(gè)單體N-端結(jié)構(gòu)域包含活性位點(diǎn)和反向平行的β-鏈，以及一個(gè)C-端曲折?；钚圆课痪哂笑?β拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由6 個(gè)α-螺旋為中心的核心10 鏈β-折疊組成，反向平行β-鏈由垂直于長(zhǎng)α-螺旋的四鏈反平行β-折疊組成，其后的C-端曲折繞回N-端活性位點(diǎn)[15]。GALNS 的缺陷導(dǎo)致KS和C6S儲(chǔ)存在溶酶體內(nèi)，引起溶酶體功能障礙，破壞細(xì)胞功能和代謝是其主要的致病原因。也有報(bào)道GALNS 參與了與β-半乳糖苷酶、唾液酸酶-1 和保護(hù)蛋白/組織蛋白酶A蛋白的溶酶體復(fù)合體形成[16]。近年研究發(fā)現(xiàn)，GALNS的不同改變直接導(dǎo)致黏多糖貯積癥ⅣA 型患者擁有不同的臨床表型和疾病進(jìn)程。因此，準(zhǔn)確定位GALNS 的致病改變可能是對(duì)黏多糖貯積癥ⅣA型患者進(jìn)行早期干預(yù)和長(zhǎng)期隨訪(fǎng)的關(guān)鍵一步。

2 GALNS基因突變類(lèi)型和頻率

GALNS的突變沿著整個(gè)基因和外顯子分布，最常見(jiàn)的是錯(cuò)義突變，其次是無(wú)義突變、剪接位點(diǎn)突變以及插入和缺失突變[17-18]。目前報(bào)道的關(guān)于黏多糖貯積癥 ⅣA 型患者的GALNS突變共有446 種。這些突變來(lái)自1 190名被診斷為黏多糖貯積癥ⅣA型或新生兒篩查檢測(cè)GALNS突變陽(yáng)性的患者。最常見(jiàn)的變異是錯(cuò)義突變(65.0%)，其次是無(wú)義突變(8.1%)和剪接位點(diǎn)突變(7.2%)，以及小幅移碼缺失或插入(7.0%)。其中968人(81.3%)有報(bào)告性別，45.9%為女性，54.1%為男性。上述報(bào)道的受試者基因型中GALNS變異純合子有600例(50.4%)，復(fù)合雜合子442例(37.1%)，只有一個(gè)突變位點(diǎn) 的127 例(10.7%)，無(wú)突變位點(diǎn)的12 例(1.0%)[19]。變異發(fā)生在GALNS全長(zhǎng)序列內(nèi)，無(wú)特定“熱點(diǎn)”變異區(qū)域。

3 GALNS基因常見(jiàn)突變位點(diǎn)的地理分布

黏多糖貯積癥ⅣA型是一種罕見(jiàn)疾病，發(fā)病率在1/76 000～1/640 000。阿聯(lián)酋的新生兒發(fā)病率約為1/71 000，丹麥為1/323 000，馬來(lái)西亞為1/1 872 000，我國(guó)目前無(wú)相關(guān)流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告[20-22]。在被診斷為黏多糖貯積癥ⅣA 型或新生兒篩查基因檢測(cè)GALNS突變陽(yáng)性的1 190 例患者中，可以獲得地理信息的有1 024 例(86.1%)。地理信息顯示患者來(lái)自各大洲，且地域之間存在明顯的突變位點(diǎn)異質(zhì)性。各個(gè)國(guó)家/地區(qū)都擁有多個(gè)不同的特異性變異位點(diǎn)，在GALNS突變報(bào)道前10 位的國(guó)家/地區(qū)中，中國(guó)(77∶153)和意大利(64∶130)的特異性變異位點(diǎn)占比最大，巴西(30∶181)和哥倫比亞(14∶118)最小。各地域最常見(jiàn)的特異性變異位點(diǎn)及占比見(jiàn)表1，變異c.1156C>T[p.(Arg386Cys)]是10個(gè)代表國(guó)家中分布最為廣泛的變異位點(diǎn)，出現(xiàn)在哥倫比亞、巴西、意大利、波蘭和西班牙，占已鑒定變異位點(diǎn)的3.5%[19，23-25]。Tapiero-Rodriguez 等報(bào)告的變異c.485C>T[p.(Ser162Phe)]占哥倫比亞變異位點(diǎn)的12.9%，是哥倫比亞報(bào)道的唯一≥5 次的變異位點(diǎn)[24]。c.1023C>G[p.(Ser341Arg)]是巴西人中最常見(jiàn)的變異位點(diǎn)，占巴西人群中所描述變異位點(diǎn)的18.2%[25]。Moisan等于2020年報(bào)道的c.1171A>G[p.(Met391Val)]是加拿大最常見(jiàn)的變異位點(diǎn)，占所報(bào)道的加拿大突變位點(diǎn)的30.5%[26]。c.860C>T[p.(Ser287Leu)]是印度最常見(jiàn)的變異位點(diǎn)(占印度變異位點(diǎn)的8.3%)，但在中東地區(qū)等其他地區(qū)/國(guó)家也有該突變位點(diǎn)的報(bào)道(占中東變異位點(diǎn)的3.6%)。而c.95A>C[p.(Asn32Thr)]只在印度患者中被報(bào)道[27]。英國(guó)出現(xiàn)>5 次的唯一變異位點(diǎn)是c.337A>T[p(Lle113Phe)]，此變異位點(diǎn)在不列顛群島的愛(ài)爾蘭血統(tǒng)患者中比較常見(jiàn)[18]。我國(guó)最常見(jiàn)的變異位點(diǎn)是c.953T>G[p.(Met318Arg)](占我國(guó)總數(shù)的12.4%)，其他較高頻的變異有 c.706C>G(p.G340D，8/78)、c.374C>T(p.P125L，7/78)、c.1097T>C(p.L366P，7/78)[17，28]。

表1 10個(gè)國(guó)家/地區(qū)GALNS基因特異性變異位點(diǎn)及占比

4 GALNS基因型與黏多糖貯積癥ⅣA型的臨床表型

GALNS突變具有很大的分子異質(zhì)性，這間接反映了其臨床表型的多樣性。黏多糖貯積癥ⅣA型疾病嚴(yán)重程度的評(píng)估既包括身高和生長(zhǎng)的評(píng)估，也包括耐力、靈活性和日?；顒?dòng)(如剪指甲或梳頭)的能力評(píng)估。黏多糖貯積癥ⅣA型的經(jīng)典臨床表型包括身材矮小、關(guān)節(jié)松弛、雞胸、漏斗胸、膝內(nèi)翻/外翻畸形[7]?；蛐团c表型有直接的相關(guān)性，由于基因改變影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，在生長(zhǎng)表型受到嚴(yán)重影響的患者中更加明顯。C6S和KS主要在軟骨中產(chǎn)生，在溶酶體中的儲(chǔ)存[29]，GALNS的異常導(dǎo)致了C6S和KS的代謝障礙，溶酶體中過(guò)量的C6S和KS破壞了軟骨細(xì)胞的功能和代謝，直接影響軟骨和骨的發(fā)育、骨化、生長(zhǎng)以及繼發(fā)的系統(tǒng)性骨骼發(fā)育不良[30-31]。Monta?o 等報(bào)道68.4%的黏多糖貯積癥ⅣA 型患者有嚴(yán)重的生長(zhǎng)發(fā)育障礙，25%的患者有輕微或減弱的生長(zhǎng)發(fā)育障礙[32]。黏多糖貯積癥ⅣA型的非經(jīng)典臨床表型主要體現(xiàn)在呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、聽(tīng)力系統(tǒng)和牙齒異常等。這是由于GAG 沿上氣道積聚誘導(dǎo)舌體、腺樣體、扁桃體、聲帶的肥大和大下頜骨，在氣管和頸胸段的積聚導(dǎo)致脊柱、肋骨和胸骨與氣管入口處血管之間的生長(zhǎng)不平衡，最終引起氣管隆起和扭曲狹窄[33]。國(guó)內(nèi)關(guān)于基因型與表型相關(guān)性的分析報(bào)道較少，鄭文彬等報(bào)道了104 例有基因檢測(cè)報(bào)告的患者中，高頻突變c.953T>G(p.M318R)、c.706C>G(p.G340D)、c.374C>T(p.P125L)、c.1097T>C(p.L366P)中臨床表型具有明顯異質(zhì)性，但患者幾乎最終都出現(xiàn)骨骼及關(guān)節(jié)病變[17]。Zanetti 等通過(guò)對(duì)314名受試者中135個(gè)不同的變異體進(jìn)行基因型-表型相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)c.901G>T[p.(Gly301Cys)]是與經(jīng)典性表型相關(guān)的最常見(jiàn)的變異，c.1171a>G[p.(Met391Val)]是與非經(jīng)典型表型相關(guān)最常見(jiàn)的變異[19]。這些報(bào)道都說(shuō)明了黏多糖貯積癥ⅣA型的臨床表型具有明顯的異質(zhì)性，但骨骼和關(guān)節(jié)病變是最常見(jiàn)的，并最終因骨骼、關(guān)節(jié)的病變導(dǎo)致了嚴(yán)重功能障礙，甚至危及患者生命。

5 展 望

黏多糖貯積癥ⅣA型是一種罕見(jiàn)的遺傳代謝性疾病，特點(diǎn)是伴發(fā)嚴(yán)重的全身性骨骼發(fā)育不良、呼吸道阻塞、脊髓壓迫和心血管疾病等，這些問(wèn)題嚴(yán)重威脅著患者的生命。黏多糖貯積癥ⅣA型患者GALNS基因突變隨機(jī)發(fā)生在全長(zhǎng)序列中，但是GALNS常見(jiàn)突變位點(diǎn)與地理分布有關(guān)。GALNS的特異性突變導(dǎo)致黏多糖貯積癥ⅣA型的臨床表型具有明顯的異質(zhì)性。目前通過(guò)基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)新突變類(lèi)型和位點(diǎn)的手段已較成熟，GALNS的蛋白結(jié)構(gòu)已被闡明，但是針對(duì)突變類(lèi)型、位點(diǎn)與疾病進(jìn)展、預(yù)后的研究較少；對(duì)陽(yáng)性病例進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤，對(duì)不同GALNS變異位點(diǎn)所導(dǎo)致的臨床表型進(jìn)行深入分析鮮有報(bào)道。因此，隨著新突變位點(diǎn)的不斷發(fā)現(xiàn)和新體外研究模型的提出，研究人員仍需進(jìn)一步探索：①通過(guò)體內(nèi)/外實(shí)驗(yàn)研究不同突變位點(diǎn)與GALNS酶活性的關(guān)系；②從基因水平闡述黏多糖貯積癥ⅣA型發(fā)病的分子機(jī)制；③在體內(nèi)/外對(duì)基因治療的安全性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)黏多糖貯積癥ⅣA型患者GALNS基因變異的回顧和分類(lèi)，可以為基因治療的研究提供理論依據(jù)并為疾病的診斷和治療提供關(guān)鍵信息，便于臨床醫(yī)生做出更準(zhǔn)確、及時(shí)的干預(yù)措施。