Harel-Yoon綜合征一家系臨床表型及ATAD3A基因變異分析

鄭祎，于欣雨，張婷，胡凌微，周朵，黃新文

1.浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院遺傳與代謝科，國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學研究中心，浙江 杭州 310052

2.浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院肝膽胰外科，浙江 杭州 310003

ATAD3A基因位于染色體1p36.33，編碼線粒體膜蛋白，對維持線粒體功能至關重要［1-2］。該基因變異可引起極為罕見的常染色體隱性或顯性遺傳病，臨床表現(xiàn)異質(zhì)性大，可有外觀畸形、高乳酸血癥、肥厚型心肌病、腦橋小腦發(fā)育不全等癥狀。截至目前，文獻報道ATAD3A基因變異80例，臨床表型包括HAYOS、PHIRNL、遺傳性痙攣性截癱等［2-4］。本文通過全外顯子組測序確診一個ATAD3A基因變異家系，探究其臨床表現(xiàn)及基因特點，為遺傳學診斷和咨詢提供依據(jù)。本研究對象或其家屬簽署知情同意書，研究方案通過浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審查（2021-IRB-292）。

1 臨床資料

1.1 病歷摘要

先證者女性，11 d，因“咳嗽伴口吐白沫3 d”入住浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院。先證者系孕39+2周單胎順產(chǎn)娩出（孕2 產(chǎn)2），出生體重3.17 kg，出生時Apgar 評分正常，否認宮內(nèi)窒息史和窒息搶救史，父母親否認近親婚配及家族遺傳病史。入院時體重3.14 kg，身長50 cm，體溫36.5 ℃，心 率198 次/min，呼 吸62 次/min，血 壓63/32 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）?；純荷裰厩澹裆锌?，皮下脂肪薄，追聲追視較差；心率快，心音弱，呼吸急促，未聞及明顯雜音；四肢肌張力增高，上肢為主。實驗室檢查結(jié)果顯示，白細胞計數(shù)12.3×109/L，中性粒細胞百分比30.5%，超敏C 反應蛋白0.54 mg/L；心肌損傷標志物升高：氨基末端腦利鈉肽前體28 037.7 pg/mL（參考值＜300.0 pg/mL），肌紅蛋白101.5 ng/mL（參考值2.75～31.03 ng/mL），肌酸激酶同工酶8.9 ng/mL（參考值＜5.0 ng/mL），特異性肌鈣蛋白0.25 ng/mL（參考值＜0.40 ng/mL）；血漿乳酸4.0 mmol/L（參考值0.5～1.6 mmol/L），pH 值小于7.00；血串聯(lián)質(zhì)譜?；鈮A檢測辛酰基肉堿、癸?；鈮A偏高，分別為0.45 μmol/L（參考值0.02～0.17 μmol/L）、0.51 μmol/L（參考值0.03～0.22 μmol/L）。心臟超聲檢查提示肥厚型心肌病，左、右心室收縮力減小，房間隔缺損，卵圓孔未閉，射血分數(shù)32%～69%。心臟磁共振檢查提示左心室心肌不均勻增厚伴異常信號，伴少許纖維化。心電圖檢查提示T波改變及高側(cè)壁ST段改變。胸部X線檢查提示右下肺可見片狀密度增高影。頭顱磁共振檢查提示雙側(cè)大腦半球腦白質(zhì)及腦橋T2信號偏高，額顳部腦外間隙稍寬。腦電圖檢查正常?；純鹤≡?個月余，反復出現(xiàn)心力衰竭、高乳酸血癥、喂養(yǎng)困難、體重不增，最終于3.5月齡時死于心肺功能衰竭。

先證者姐姐足月順產(chǎn)娩出，出生時Apgar 評分正常，于18 d因“少吃少動2 d，反應差1 d”入住浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院。當時昏迷狀態(tài)，肌張力減小，血氣提示代謝性酸中毒，pH 值小于7.00，乳酸24.0～29.0 mmo1/L；心肌損傷標志物升高：乳酸脫氫酶1954 U/L，肌酸激酶1026 U/L，肌酸激酶同工酶活性539 U/L；胸部X線檢查提示兩肺滲出性改變，心影大?；純寒斎占此烙凇靶律鷥簲⊙Y、心功能不全”。

1.2 基因檢測結(jié)果及致病性分析

分別采集先證者和父母2 mL EDTA抗凝外周血，提取基因組DNA，利用序列捕獲技術（Agilent SureSelect 系列試劑盒）將全基因組外顯子區(qū)域DNA 捕獲并富集后進行PE150 高通量測序（美國Illumina 公司），結(jié)果顯示，先證者ATAD3A基因chr1：1463113（NM_001170535.3）Exon：14 和chr1：1463228（NM_001170535.3）Exon：14 存在復合雜合變異，為基因移碼突變c.1492dup（p.T498Nfs*13）和錯義突變c.1376T＞C（p.F459S），分別遺傳自其父親和母親（圖1）。將先證者姐姐的新生兒篩查干血斑進行基因檢測（先證者父母提供），結(jié)果顯示其ATAD3A基因存在與先證者相同的變異。

圖1 先證者及其父母基因組DNA高通量測序結(jié)果Figure 1 High-throughput sequencing results of the proband and their parents

檢索GnomAD、1000 Genomes、ClinVar、LOVD 和HGMD數(shù)據(jù)庫，患兒兩個變異位點均未見報道。根據(jù)美國醫(yī)學遺傳學和基因組學指南，c.1376T＞C（p.F459S）為錯義突變，用SIFT、PolyPhen、FATHMM、MutationTaster軟件預測均為有害突變，變異評估為“臨床意義未明”；c.1492dup（p.T498Nfs*13）為移碼突變，預測可導致多肽鏈合成提前終止，變異評估為“致病”。

將ATAD3A 氨基酸序列提交到i-TASSER 預測其三維結(jié)構，使用PYMOL 軟件對新發(fā)錯義突變的結(jié)構穩(wěn)定性進行分析［5］。結(jié)果顯示，野生型459 綠色位點的苯丙氨酸在被絲氨酸取代后，該區(qū)域苯基與周圍氨基酸產(chǎn)生的疏水鍵變少，與周圍原子產(chǎn)生的次級鍵變少，不利于維持蛋白質(zhì)的三級結(jié)構，蛋白質(zhì)穩(wěn)定性下降（圖2）。

圖2 ATAD3A部分三級結(jié)構p.F459S變異的結(jié)構穩(wěn)定性分析Figure 2 Structural stability analysis of the p.F459S variant of the partial tertiary structure of the ATAD3A protein

2 討論

ATAD3A定位于染色體1p36.33，含16 個外顯子，大小約22.5 kb，在人類中，ATAD3A復制兩次形成ATAD3A、ATAD3B和ATAD3C串聯(lián)排列的ATAD3基因簇［6］。ATAD3A在胚胎早期至成年期的所有組織中普遍表達，ATAD3B對ATAD3A起負調(diào)控作用，僅在人類胚胎干細胞中特異性表達，而ATAD3C可能是假基因［7］。三個高度同源的旁系同源陣列的遺傳結(jié)構使該區(qū)域易發(fā)生基因重排［1］。ATAD3A編碼的含有ATP 酶家族AAA 結(jié)構域的蛋白3 成員A 是一種線粒體膜蛋白，其羧基末端面向基質(zhì)形成六聚體環(huán)狀結(jié)構，氨基末端區(qū)域位于外膜與其他酶復合，參與線粒體嵴結(jié)構形成以及與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的連接交換，在線粒體生物發(fā)生、線粒體自噬、mtDNA 維持和膽固醇代謝中發(fā)揮重要作用［3，8-9］。ATAD3A缺失會導致小鼠、黑腹果蠅和秀麗隱桿線蟲的早期胚胎或幼蟲死亡，提示ATAD3A在胚胎發(fā)生中具有關鍵作用［4，10］。

ATAD3A基因變異導致的遺傳病首次由Harel等［4］在2016 年報道，截至2023 年11 月共檢索到80 例患者［1-4，11-24］，來自61 個家系，男女比例為45∶35，發(fā)病年齡為宮內(nèi)26 周至兒童期，死亡52例（65.0%），死亡年齡中位數(shù)為1 個月（宮內(nèi)36+6周～2 歲），最大隨訪年齡40 歲。主要臨床表現(xiàn)有外觀畸形（61.3%）、角膜渾濁或先天性白內(nèi)障（57.5%）、高乳酸血癥（57.5%）、肌張力減小（55.0%）、肥厚型心肌?。?6.3%）、小腦萎縮或發(fā)育不全等中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常（50.0%），見附表1。其他表現(xiàn)包括代謝障礙（甲基戊二酸尿癥、三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物增加），癲癇、急性腦病、多發(fā)性攣縮等神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)，視神經(jīng)萎縮、視力下降、畏光、眼球震顫等眼部表現(xiàn)及胎兒水腫、肺泡發(fā)育不全、肝腫大等。極少數(shù)患者有聽力喪失、注意力缺陷多動障礙、牙釉質(zhì)缺陷、橋本甲狀腺炎、硬皮病等。

ATAD3A變異引起臨床表型主要有三類。PHIRNL 為常染色體隱性遺傳，常在宮內(nèi)發(fā)病并在新生兒期死亡，臨床表現(xiàn)嚴重，常有角膜混濁、癲癇發(fā)作、畸形面容和進行性腦橋小腦發(fā)育不全、呼吸功能不全癥狀，需要機械通氣和重癥監(jiān)護［7，12］。ATAD3A變異導致的遺傳性痙攣性截癱為常染色體顯性遺傳，主要表現(xiàn)為雙下肢或四肢痙攣性癱瘓及畏光、視力下降癥狀［11］。HAYOS為常染色體隱性或顯性遺傳，臨床表現(xiàn)差異大，核心特征為發(fā)育遲緩、肌張力減退、痙攣、周圍神經(jīng)病變和肥厚型心肌病，常伴有高前額、三角面容、小頜畸形、低位耳、雞胸、足部畸形等外觀異常及智力缺陷；常見血漿和（或）腦脊液乳酸增多，頭顱磁共振光譜乳酸峰升高，提示小腦萎縮或發(fā)育不全［4］。本文先證者及其姐姐于新生兒早期出現(xiàn)體格發(fā)育遲緩、難以糾正的高乳酸血癥、代謝性酸中毒、肥厚型心肌病及肌張力減退，符合HAYOS診斷。

截至目前，報道的80例患者涉及的ATAD3A基因變異包括錯義突變（36.27%）、重復突變（21.57%）、缺失突變（21.57%）、移碼突變（8.82%）、剪接突變（6.86%）、無義突變（2.94%）和非編碼區(qū)突變（1.96%）7種變異方式（附表2）。其中缺失突變中有4 例患者雙等位基因ATAD3B/ATAD3A缺失（3.92%），未報道具體變異位點?；蜃儺愵愋团c臨床表型具有一定相關性。大片段缺失變異為隱性遺傳，由于兩條同源染色體的ATAD3A基因均缺失，細胞中ATAD3A表達顯著降低，引起mtDNA聚集、膽固醇代謝異常，嚴重影響發(fā)育，絕大部分患兒于新生兒期死亡，磁共振提示小腦或腦干發(fā)育不全（85.7%）等［2，4］，表型為PHIRNL。大片段重復突變?yōu)轱@性遺傳，源于非等位基因同源重組產(chǎn)生ATAD3A-C融合基因，ATAD3A中ATP酶結(jié)構域高度保守的精氨酸指（Arg466）在ATAD3A-C 融合蛋白中變?yōu)榘腚装彼?，可能會抑制ATP 酶的活性，細胞中90%的ATAD3 六聚體摻入了ATAD3A-C 融合蛋白［3，25］。患者臨床常表現(xiàn)為特征性的致命性圍產(chǎn)期心肌?。?7.3%）、持續(xù)性高乳酸血癥（86.4%），腦橋小腦發(fā)育不全與周圍神經(jīng)癥狀較輕的HAYOS，其中g.1391996_1460043dup變異共報道12例，是截至目前報道最多的變異位點（11.8%）［17］。ATAD3A顯性錯義突變可能通過上調(diào)Ⅰ型干擾素的途徑發(fā)揮致病作用，表現(xiàn)出較輕的小腦發(fā)育不全和更廣泛的神經(jīng)和多系統(tǒng)疾病，且常伴有自身免疫疾?。?8］。其中c.1064G＞A（p.Gly355Asp）錯義突變位于ATP 酶結(jié)構域的ATP 結(jié)合Walker A 子域，臨床表型為遺傳性痙攣性截癱［2，4，11］。ATAD3A復合雜合無義突變目前僅報道2例，表現(xiàn)為明顯的外觀畸形、小腦腦干萎縮或發(fā)育不全、角膜混濁，分別于出生后6 和3 d 死亡，臨床表型為PHIRNL［12］。移碼突變和錯義突變復合雜合變異共報道3個家系6 例患者［1，15］，移碼突變位于ATP 酶結(jié)構域中，而錯義突變位于ATP 酶結(jié)構域外。6例患者隨訪期間均存活，其中5 例年齡在17 歲及以上，臨床表現(xiàn)為發(fā)育遲緩、周圍神經(jīng)系統(tǒng)病變、肌張力減低、下肢痙攣、先天性白內(nèi)障、視力下降等。本文先證者及其姐姐為移碼突變和錯義突變復合雜合變異。但這兩個變異均位于ATP 酶結(jié)構域，對ATAD3 表達及活性影響較大，結(jié)構預測有害，導致本家系的兩例患者發(fā)病時間早，肥厚型心肌病和高乳酸血癥癥狀突出，生存時間短暫。

目前，ATAD3A基因變異尚無有效治療方法，以對癥支持治療為主。生酮飲食可能通過改善線粒體功能、促進線粒體生成延緩患者小腦萎縮進展［21，26］。該基因變異患者預后差，隨訪期間死亡52例（66.7%），中位數(shù)年齡1 月齡，致死性的新生兒腦橋小腦發(fā)育不全是重要的死亡原因，存活患者往往遺留神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

綜上所述，本文報道了一個ATAD3A基因復合雜合變異導致HAYOS 的家系兩例病例，第一例突發(fā)死亡沒有明確遺傳學病因，導致第二胎又出現(xiàn)同樣病例，因此對于早發(fā)不明原因心功能不全、代謝性酸中毒、高乳酸血癥、小腦或腦橋發(fā)育不全、肌張力低下的患兒，即使死亡的患兒，應盡早完善基因檢測明確遺傳學病因，指導產(chǎn)前診斷以避免同樣病例再次出生。

本文附表見電子版。

志謝研究得到國家自然科學基金（82073560）支持

AcknowledgementsThis work was supported by the National Natural Science Foundation of China (82073560)

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

Conflict of InterestsThe authors declare that there is no conflict of interests

?The author(s) 2023.This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)