DHTKD1 基因復(fù)合雜合變異致α-酮己二酸尿癥1 例報(bào)告

王紅霞 潘 翔 逯 軍

中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院（海南?？?570208）

α-酮己二酸尿癥（OMIM: 204750）是一種賴氨酸、羥賴氨酸和色氨酸降解代謝紊亂的遺傳性疾病，最早于1974年被發(fā)現(xiàn)和描述[1]，可伴隨己二酸、α-羥基己二酸和α-氨基己二酸水平升高。具有上述生化特征的患者，其臨床表型較為廣泛，從生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、智力低下、肌張力異常、癲癇、共濟(jì)失調(diào)、精神行為異常到完全正常（少數(shù)）[2]。該病是由編碼α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物E1亞基的DHTKD1基因致病性變異引起，迄今為止，已報(bào)告了20余例。與許多遺傳代謝病類似，受致病基因變異位點(diǎn)差異和個(gè)體代謝代償水平差異等因素影響，α-酮己二酸尿癥患者臨床表現(xiàn)存在異質(zhì)性，僅僅通過臨床表現(xiàn)有時(shí)較難作出診斷，確診往往需要進(jìn)行血尿有機(jī)酸分析和基因檢測(cè)。人類DHTKD1基因定位于染色體10p14區(qū)域，包含17個(gè)外顯子，可編碼919個(gè)氨基酸，基因開放閱讀框長(zhǎng)度為5202bp。DHTKD1基因編碼的關(guān)鍵蛋白可以促進(jìn)α-酮己二酸轉(zhuǎn)化為戊二酰輔酶A（戊二酰-CoA），DHTKD 1基因致病性變異使得該轉(zhuǎn)化過程受阻，α-酮己二酸蓄積[3]。本文報(bào)道1 例DHTKD1基因復(fù)合雜合變異致α-酮己二酸尿癥患兒臨床及基因變異特點(diǎn)，為該病的早期干預(yù)提供參考。

1 臨床資料

患兒，男，2 歲8 月齡。因行為異常半年，間斷抽搐3 次于2021 年07 月就診于中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院兒科。患兒于就診前半年開始出現(xiàn)行為異常，表現(xiàn)為行為刻板，時(shí)有自言自語(yǔ)，較少與人主動(dòng)對(duì)視和言語(yǔ)交流，身體協(xié)調(diào)性差，易磕碰、摔倒。病程中曾有間斷抽搐3次，無明確誘因，均表現(xiàn)為全身強(qiáng)直大發(fā)作，每次持續(xù)約1～2 分鐘，可自行緩解，未予特殊治療?；純合礕1P1，足月順產(chǎn)，出生體重2 500 g，無產(chǎn)傷、窒息史，3 月齡抬頭，6 月齡獨(dú)坐，1 歲可獨(dú)走。目前僅能發(fā)“爸爸、媽媽”等簡(jiǎn)單復(fù)音。父母均體健，否認(rèn)近親結(jié)婚和家族遺傳病史。入院體格檢查：脈搏105 次/min，呼吸27 次/min，體重13 kg（P10～P50），身長(zhǎng)87 cm（＜P3），頭圍48 cm（P10～P50）。心、肺、腹無特殊。四肢肌力、肌張力和肌容積正常，生理反射存在，病理反射未引出。輔助檢查：①尿有機(jī)酸分析中α-酮己二酸142.2 μM（0.0～5.0 μM），己二酸21.3 μM（0.0～15.0 μM），α-羥基己二酸82.6 μM（0.0～15.0 μM）；②動(dòng)脈血?dú)夥治觯ê樗幔┲衟H 值7.297，乳酸2.31 mmol/L，剩余堿-8.9 mmol/L，碳酸氫根6.7 mmol/L，陰離子間隙18.8 mmol/L；③其他，血氨基酸、酰基肉堿譜、肝功能、腎功能、電解質(zhì)和心肌酶學(xué)指標(biāo)未見明顯異常。頭顱MRI未見明顯異常。住院期間給予補(bǔ)液、苯巴比妥鈉注射液預(yù)防抽搐（天津金耀藥業(yè)，2.5 mg·kg-1·次-1，Bid）等對(duì)癥處理。

為進(jìn)一步明確發(fā)病原因，經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)[批文編號(hào)：2019-（倫審）-41]和患兒家屬知情同意后，對(duì)患兒及家系行基因全外顯子和拷貝數(shù)變異檢測(cè)。采集患兒及父母外周靜脈血各2 mL，提取基因組DNA 并打斷，構(gòu)建基因組文庫(kù)。通過探針雜交捕獲目標(biāo)基因外顯子及毗鄰剪接區(qū)域（約20 bp），并進(jìn)行富集和高通量測(cè)序，目標(biāo)區(qū)域平均測(cè)序深度為231.86 X。將測(cè)序結(jié)果與UCSC 提供的hg19人類基因組參考序列進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過GATK 的HaplotypeCaller 找出其中的SNV 和InDel 變異，通過gnomAD、dbSNP、OMIM、HGMD、ClinVar、Decipher 數(shù)據(jù)庫(kù)和SIFT、Polyphen2、LRT和MutationTaster等蛋白預(yù)測(cè)軟件進(jìn)行注釋和篩選。采用xhmm和clamms算法對(duì)探針覆蓋區(qū)域進(jìn)行拷貝數(shù)變異分析。結(jié)果顯示，患兒DHTKD 1基因存在復(fù)合2 個(gè)雜合變異：c.2501 G＞A 來源于母親，Sanger測(cè)序進(jìn)一步驗(yàn)證了該變異的存在（圖1）；14-17號(hào)外顯子拷貝數(shù)缺失變異來源于父親，缺失片段長(zhǎng)度約3.226 kb（chr10:12159671-12162887區(qū)域），經(jīng)實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qPCR）進(jìn)一步驗(yàn)證了該變異的存在（圖2，表1）。上述兩個(gè)變異位點(diǎn)均屬于罕見變異，經(jīng)14種蛋白預(yù)測(cè)軟件預(yù)測(cè)上述變異會(huì)對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生有害影響，可導(dǎo)致蛋白功能損害。

表1 qPCR檢測(cè)相對(duì)DNA定量值

圖1 DHTKD1 基因點(diǎn)變異Sanger 測(cè)序圖

圖2 DHTKD1 基因14-17 外顯子雜合缺失的qPCR 驗(yàn)證結(jié)果

患兒存在自閉癥樣行為異常和抽搐的臨床表型，尿有機(jī)酸分析提示α-酮己二酸尿明顯升高，結(jié)合患兒基因檢測(cè)發(fā)現(xiàn)DHTKD1基因存在致病性復(fù)合雜合變異，考慮診斷為α-酮己二酸尿癥。診斷明確后，囑其日常低蛋白飲食，避免過多攝入富含賴氨酸的食物。針對(duì)自閉癥表現(xiàn)，在兒童康復(fù)?？漆t(yī)師參與下，規(guī)范實(shí)施機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)化教育聯(lián)合家庭康復(fù)訓(xùn)練治療（ABA應(yīng)用行為分析干預(yù)、語(yǔ)言訓(xùn)練、游戲治療等）。隨訪至2022 年02 月，家屬述患兒抽搐次數(shù)減少，行為異常有所改善，復(fù)查尿有機(jī)酸分析提示α-酮己二酸、己二酸和α-羥基己二酸較前回降（α-酮己二酸49.2 μM，己二酸12.9 μM，α-羥基己二酸28.3 μM）。見圖3。

圖3 患兒診治時(shí)間軸

2 討論

尿有機(jī)酸是蛋白質(zhì)、脂肪酸和碳水化合物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可通過尿液排出。正常情況下，這些中間產(chǎn)物在體內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化，所以在人體中含量極低；當(dāng)某些酶缺陷時(shí)，可導(dǎo)致人體代謝發(fā)生障礙，大量有機(jī)酸在體內(nèi)蓄積，血濃度增高，并從尿中大量排出，稱為尿有機(jī)酸代謝病（有機(jī)酸尿癥），可通過患者的尿液有機(jī)酸分析以了解有機(jī)酸是否在體內(nèi)蓄積。脫氫酶E1和轉(zhuǎn)酮醇酶結(jié)構(gòu)域1（dehydrogenase E1 and transketolase domain containing 1，DHTKD 1）基因位于10 號(hào)常染色體短臂1 區(qū)4 帶，于2000 年首次被Nagase 等克隆[4]，其編碼的蛋白質(zhì)與α-酮戊二酸脫氫酶或α-酮戊二酸脫氫酶樣蛋白極為相似，有著相同的PRY和TPP 結(jié)構(gòu)域，被認(rèn)為是α-酮戊二酸脫氫酶或其他脫氫酶復(fù)合體的E1組分。DHTKD1在α-酮己二酸向乙酰-CoA 代謝的過程中起到輔助作用，其致病性變異可以導(dǎo)致常染色體隱性遺傳的α-酮己二酸尿癥。

目前研究證實(shí)，α-酮己二酸尿癥是由賴氨酸、色氨酸和羥賴氨酸降解代謝障礙造成的。賴氨酸屬于堿性生酮氨基酸，它的主要降解途徑為酵母氨酸途徑，大部分代謝反應(yīng)在線粒體內(nèi)進(jìn)行，經(jīng)過一系列反應(yīng)，最終會(huì)生成乙酰-CoA；人體內(nèi)95%以上的色氨酸的降解主要通過犬尿氨酸途徑進(jìn)行，通過該途徑形成的α-酮己二酸可通過線粒體載體蛋白SLC25A21轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體內(nèi)；羥賴氨酸通過磷酸化等代謝過程亦會(huì)轉(zhuǎn)化為α-酮己二酸。由此可見，α-酮己二酸是上述三種氨基酸在人體內(nèi)降解代謝的共同產(chǎn)物，DHTKD 1基因變異使α-酮己二酸向戊二酰-CoA 轉(zhuǎn)化發(fā)生障礙，α-酮己二酸會(huì)逐漸蓄積增多[5]。體內(nèi)蓄積的部分α-酮己二酸亦可向α-羥己二酸和己二酸轉(zhuǎn)化，引起體內(nèi)α-羥己二酸和己二酸水平增高，并隨尿液排出。

檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，檢索時(shí)間為建庫(kù)至2022-08-01，以“α-酮己二酸尿癥”為檢索詞，檢索中國(guó)知網(wǎng)（https://www.cnki.net/）和萬方醫(yī)學(xué)網(wǎng)（http://med.wanfangdata.com.cn/），暫未發(fā)現(xiàn)DHTKD 1基因變異導(dǎo)致α-酮己二酸尿癥的病例報(bào)道。以“Alphaketoadipic aciduria”[Title/Abstract]為檢索式，在PubMed 醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）進(jìn)行檢索，共檢索到15篇英文文獻(xiàn)，其中納入病例報(bào)道的文獻(xiàn)11篇，涉及病例數(shù)有21例，較常被描述的臨床表型有：生長(zhǎng)發(fā)育遲緩/智力低下、代謝性酸中毒、癲癇、共濟(jì)失調(diào)、畸形、肌張力減低、運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、語(yǔ)言發(fā)育遲緩、行為異常（如自閉癥樣特征和注意缺陷多動(dòng)障礙）和肌震顫等，部分α-酮己二酸尿癥患者并無明顯癥狀。剔除非臨床病例報(bào)道和臨床資料不全的文獻(xiàn)，歸納臨床資料較為完整的DHTKD1基因變異致α-酮己二酸尿癥病例的遺傳學(xué)與臨床特點(diǎn)，見表2。

表2 DHTKD1基因變異致α-酮己二酸尿癥患者的遺傳學(xué)和臨床特點(diǎn)

α-酮己二酸尿癥最早于1974年被描述，F(xiàn)ischer等[1]在年齡分別為9 歲和10 歲的兩名患兒中觀察到此代謝異常，將其歸因于賴氨酸代謝缺陷，其中1 例患兒有輕微的智力低下，而另1 例患兒智力正常。同年有學(xué)者在1 例6 歲智力低下男孩身上發(fā)現(xiàn)了相同代謝異常，經(jīng)過3 個(gè)月的吡哆醇口服治療后，其血尿異常代謝指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)[7]。2012 年，Danhauser 等首次通過全外顯測(cè)序在兩例α-酮己二酸尿癥患者中發(fā)現(xiàn)了DHTKD 1基因變異，并通過細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)證明了DHTKD 1活性降低是患者產(chǎn)生α-酮己二酸尿癥的原因[8]。目前有關(guān)α-酮己二酸尿癥治療的研究資料較少，多為對(duì)癥治療，α-酮己二酸是賴氨酸、色氨酸和羥賴氨酸降解代謝產(chǎn)物，避免攝入富含上述氨基酸的食物在一定程度上可以減少α-酮己二酸在人體的蓄積。既往有報(bào)道低賴氨酸飲食（70 mg·kg-1·d-1）、低色氨酸飲食（17 mg·kg-1·d-1）和低蛋白飲食（1.5g·kg-1·d-1）對(duì)α-酮己二酸尿癥患兒發(fā)育落后、抽搐和反復(fù)感染等癥狀有緩解作用[9-10]。對(duì)部分伴有α-氨基己二酸尿癥和反復(fù)癲癇發(fā)作的患者，常規(guī)予抗癲癇藥物治療效果欠佳時(shí)，予吡哆醇（15～30 mg·kg-1·d-1）口服可能有效[11]。

本例患兒因行為異常和抽搐就診，頭顱MRI 檢查并無異常發(fā)現(xiàn)，尿有機(jī)酸分析提示α-酮己二酸、α-羥基己二酸和己二酸均有升高，以α-酮己二酸升高最為明顯，提示患兒存在α-酮己二酸尿癥。全外顯子檢測(cè)和拷貝數(shù)變異分析發(fā)現(xiàn)，患兒DHTKD1基因存在復(fù)合雜合變異，屬有害變異，對(duì)蛋白功能產(chǎn)生損傷。結(jié)合患兒臨床和生化表型，以及國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，考慮患兒DHTKD1基因復(fù)合雜合變異是其α-酮己二酸尿癥的病因，給予康復(fù)訓(xùn)練治療和日常低蛋白/低賴氨酸飲食后，患兒癥狀有所改善。綜上，有機(jī)酸分析明顯異常的患兒，通過全外顯子檢測(cè)聯(lián)合拷貝數(shù)變異分析方法，可以在一定程度上提高病因診斷，避免誤診和漏診，有利于及早干預(yù)以改善預(yù)后。