【佳學(xué)基因檢測】高蛋氨酸血癥基因檢測案例

遺傳病、罕見病基因檢測導(dǎo)讀：

根據(jù)《代謝異?；驒z測》，甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶 I/III (MATI/III) 缺乏癥 (MIM #250850) 是甲硫氨酸遺傳性持續(xù)升高的賊常見原因，由 MAT1A 突變引起。這為基因檢測機(jī)構(gòu)提供新生兒基因檢測篩查提供了指導(dǎo)。隨著通過干血斑分析進(jìn)行新生兒篩查的出現(xiàn)，1974 年新穎發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸單獨(dú)升高而同型半胱氨酸升高，從而排除了胱硫醚 β-合酶缺乏癥。根據(jù)新生兒篩查數(shù)據(jù)，單獨(dú)的蛋氨酸升高的發(fā)生率因地理區(qū)域而異：一項(xiàng)針對臺灣人群的研究顯示，在 1,701,591 名新生兒中，有 16 例單獨(dú)存在高蛋氨酸血癥，其中一半以上的 MAT1A 基因突變。另一方面，另外兩項(xiàng)針對伊比利亞半島人口的研究表明，加利西亞和葡萄牙的發(fā)病率分別為 1/28,163 和 1/26,000。該病癥可以以常染色體顯性或隱性方式遺傳。隱性形式的特征可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常，主要表現(xiàn)為腦部 MRI 上的白質(zhì)變化，在 64 名純合子或復(fù)合雜合子突變患者中的 32 名患者中發(fā)現(xiàn)了這種變化。 1992 年新穎描述了高甲硫氨酸血癥的顯性遺傳，隨后確定是由 MAT1A p.Arg264His 突變引起的。這種主要形式被認(rèn)為是良性的，甲硫氨酸濃度只有輕度升高。在上述加利西亞系列中，通過新生兒篩查檢測到的所有患者都是 p.Arg264His 突變的雜合子。事實(shí)上，這種顯性突變導(dǎo)致了新生兒篩查檢測到的大多數(shù)高甲硫氨酸血癥病例。值得注意的是，p.Arg264His 突變也見于具有隱性疾病的復(fù)合雜合子，無論是否有神經(jīng)系統(tǒng)異常，據(jù)報道單個雜合子具有髓鞘形成異常。 

MAT 酶 (EC2.5.1.6) 可以是二聚體 (MAT III) 或四聚體 (MAT I)，同源二聚化對其酶活性至關(guān)重要。它有兩個主要功能，S-腺苷甲硫氨酸 (AdoMet) 合成和三聚磷酸酶 (PPPase) 活性。在兩步反應(yīng)中，ATP 的腺苷基團(tuán)轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸形成 AdoMet 和三聚磷酸鹽 (PPPi)，然后 PPPi 在不與酶解離的情況下被酶促水解以釋放焦磷酸鹽和磷酸鹽。 AdoMet 是廣泛生物過程的主要甲基供體，并且在多胺合成和甲硫氨酸/高半胱氨酸循環(huán)的調(diào)節(jié)中具有功能。對由 p.Arg264His 變體引起的常染色體顯性遺傳形式的 MATI/III 缺陷的初步調(diào)查表明，它會干擾 MAT 亞基形成同源二聚體的能力。已經(jīng)表明，p.Arg264His 變體產(chǎn)生的酶在大鼠中具有 0.37% 的 AdoMet 合成活性。另一方面，MAT PPPase 活性與野生型 (WT) 相似，被無機(jī)焦磷酸鹽抑制但不受蛋氨酸或 ATP 刺激，表明底物結(jié)合不足。 

其他系列報道了孤立性高甲硫氨酸血癥患者的 MAT1A 雜合子變化，盡管這些其他變異的遺傳模式從未得到闡明。直到賊近，人們還假設(shè)從未發(fā)現(xiàn) MAT1A 中的第二個變體，或者考慮到與常染色體顯性遺傳相關(guān)的第二個突變的可能性，但由于缺乏親本檢測而從未得到證實(shí)。賊近，已經(jīng)描述了額外的雜合 MAT1A 突變，特別是 p.Arg249Gln（6 名患者）和 p.Gly280Arg（1 名患者）也位于二聚體界面附近。兩名患有 p.Arg249Gln 突變的患者的父親也攜帶了這種替代，并且血漿蛋氨酸水平輕度升高。在此，高蛋氨酸血癥基因檢測案例描述了一對患有高甲硫氨酸血癥的母女，均攜帶 p.Ala259Val 突變，從而證實(shí)了該變異的常染色體顯性遺傳。

高蛋氨酸血癥基因檢測案例介紹

來自重慶的患者在 3 周大時接受新生兒篩查，結(jié)果顯示甲硫氨酸升高呈陽性，需要進(jìn)行再次評估并考慮是否需要做基因檢測。她在妊娠 40 周時通過自??然陰道分娩出生。出生體重為 3.205 公斤。她是母乳和配方奶喂養(yǎng)的。她出生后第 1 天的新生兒篩查顯示甲硫氨酸濃度為 0.81 mg/dL（54 μmol/L），截止值 < 0.8 mg/dL，在出生第 16 天收集的重復(fù)樣本顯示甲硫氨酸濃度為 1.08 mg /dL（73 μmol/L）。初始同型半胱氨酸為 8.4 μmol/L（參考范圍 2.9–11.8）。在 5 個月和隨后 17 個月大時的隨訪中，她的生長發(fā)育情況良好。檢查時未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

患者在 3.5 周、2 個月、3 個月、5 個月和 12 個月時的血漿蛋氨酸濃度分別為 175、185、192、136、75 μmol/L（參考范圍 9–43 μmol/L）（見圖.1A).血漿氨基酸色譜沒有其他異常，包括酪氨酸沒有升高。 S-腺苷甲硫氨酸為 90 nmol/L（參考范圍 33-95），S-腺苷同型半胱氨酸為 24 nmol/L（參考范圍 13-28）。她的谷丙轉(zhuǎn)氨酶間歇性升高（2 月齡和 5 月齡時分別為 68 和 88 單位/L，參考范圍分別為 26-61 和 26-51 單位/L），天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶和總膽紅素正常。該患者被發(fā)現(xiàn)是 MAT1A 中 c.776C > T (p.Ala259Val) 變體的雜合子（NM_000429.2；見圖 1B 和 C）。直接從測序數(shù)據(jù)中識別外顯子水平拷貝數(shù)變化的生物信息學(xué)算法并未發(fā)現(xiàn)基因中的任何缺失或重復(fù)。該突變落在酶的二聚化界面中（參見圖 1D）。

高蛋氨酸血癥基因檢測

從患者血液中提取基因組 DNA，并使用 TruSight One 試劑盒 (v1.0) 靶向基因的外顯子區(qū)域。使用具有 150 bp 配對末端讀數(shù)的 NextSeq 500 測序系統(tǒng)對這些目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行測序。DNA 序列被映射到已公布的人類基因組構(gòu)建 UCSC hg19 參考序列，并與之進(jìn)行比較分析。對已知蛋白質(zhì)編碼 RefSeq 基因的靶向編碼外顯子和剪接點(diǎn)進(jìn)行了評估，平均覆蓋深度為 10 倍，數(shù)據(jù)質(zhì)量閾值為 95%。所有可報告的基因序列突變均通過獨(dú)立的 Sanger 序列分析得到證實(shí)。對甲硫氨酸途徑中基因的分子檢測發(fā)現(xiàn)了 MAT1A 中的一個雜合突變。iCn3D 通過上傳包含人類 MAT I 結(jié)構(gòu)信息的 PDB 格式文件實(shí)現(xiàn)了 3 維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)突變的可視化。該文件（PDB ID： 2OBV）是從 RCSB 蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫下載的 ; 該模型的晶體結(jié)構(gòu)已使用 X 射線衍射確定。

p.Ala259Val 變體是母系遺傳的?；颊叩哪赣H在 27 歲時蛋氨酸輕度升高 50 μmol/L（正常范圍 10-42），而她在 28 歲時的重復(fù)血漿氨基酸譜顯示蛋氨酸正常，為 33 μmol/L。在這兩種情況下，她的轉(zhuǎn)氨酶都是正常的，盡管她小時候確實(shí)有肝酶升高的病史，包括持續(xù)數(shù)月的肝炎樣疾病。

1. 先證者血漿甲硫氨酸濃度隨時間的變化。B) 與先證者參考序列的下一代測序短讀比對。C) 先證者、母親和父親的 Sanger 測序色譜圖（分別為上圖、中圖和下圖）。D) 人甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶 III（二聚體），p.Ala259 殘基以綠色突出顯示，顯示其在二聚體界面上的位置。

高蛋氨酸血癥基因檢測基因解碼

p.Ala259Val 突變極其罕見；在 gnomAD 數(shù)據(jù)庫的 123136 個外顯子組的 p.Ala259 位置未發(fā)現(xiàn)非同義錯義變異。此前曾報道三名患者攜帶MAT1A雜合 p.Ala259Val 變異體，盡管作者特別提到由于未對父母進(jìn)行檢測，因此無法闡明遺傳模式。Fernández-Irigoyen 等人與 WT 相比，p.Ala259Val 突變體中的 MAT 活性降低了大約 80%，而 PPPase 活性保持在 WT 水平的 80% 以上。Ala259 位于柔性環(huán)中，是 MAT 基因中高度保守的區(qū)塊，據(jù)推測可調(diào)節(jié)甲硫氨酸進(jìn)入活性位點(diǎn)并對其定位。環(huán)中的其他突變顯示出酶活性的類似變化。另一份報告表明，Ala259Val 變體可能會影響二聚化界面。先進(jìn)位報告有 p.Ala259Val 突變的患者的初始 Met 水平為 204.5 μmol/L，隨后的平均水平為 37 μmol/L，其語言、行為和全面智商分別為 67、72 和 61。第二名和第三名患者是具有相同突變但甲硫氨酸升高模式不同的兄弟姐妹（患者 1 和 2 在新生兒篩查中的甲硫氨酸濃度均為 64.3 μmol/L，新穎就診時分別為 209.8 μmol/L 和 112.8 μmol/L，和平均值分別為 138.8 μmol/L 和 88.75 μmol/L) 。

高蛋氨酸血癥基因檢測案例患者的甲硫氨酸水平持續(xù)升高，但確實(shí)顯示出隨年齡下降的證據(jù)。她的母親也是該突變的雜合子，患有輕度高甲硫氨酸血癥。這些發(fā)現(xiàn)提供的證據(jù)表明， MAT1A中 p.Ala259Val 突變的雜合性是導(dǎo)致常染色體顯性遺傳性高甲硫氨酸血癥的第二個變體。常見的 p.Arg264His 突變已被證明隨著年齡的增長的蛋氨酸水平升高不太明顯，這種模式已在具有其他雜合突變的患者中顯示. 事實(shí)上，一項(xiàng)包含 9 名此類患者的病例系列報告稱，所有患者均未出現(xiàn) MATI/III 缺陷癥狀，所有患者均發(fā)育正常，可耐受正常飲食，并且蛋氨酸水平的模式相似，且在隨訪中呈下降趨勢。同樣，雜合子狀態(tài)下的 6 名 p.Arg248Gln 患者和 1 名 p.Gly280Arg 患者的甲硫氨酸水平隨時間下降. 預(yù)計這兩個殘基都位于二聚化界面。我們的結(jié)果與這種模式一致，因?yàn)槲覀兓颊叩募琢虬彼崴坪蹼S著時間的推移而減少，而她母親的甲硫氨酸在一個實(shí)例中僅略微升高。顯性 MATI/III 缺陷中甲硫氨酸水平下降趨勢的原因尚不清楚。一種假設(shè)是嬰兒期的總蛋白質(zhì)（以及蛋氨酸）攝入量和典型的母乳攝入量高于估計的生長需求，并且當(dāng)固體食物攝入量增加而牛奶攝入量在 6 至 12 個月之間減少時，這失衡正常化。

患者和她的母親都有轉(zhuǎn)氨酶升高，在孩子的情況下是輕微的，而在母親的童年時期是短暫的但很嚴(yán)重。雖然已經(jīng)在一些患者和MAT1A基因敲除小鼠中描述了電子顯微鏡下肝細(xì)胞形態(tài)的輕度異常，并且具有很高的肝細(xì)胞癌發(fā)病率，但大多數(shù)MATI/III 缺陷患者沒有肝功能障礙的生化證據(jù)?；颊叩难獫{總同型半胱氨酸正常，這是預(yù)期的，但在嚴(yán)重的 MATI/III 缺陷中可以看到同型半胱氨酸輕微升高。

這種突變的有害影響有兩種潛在機(jī)制。Ala259 殘基位于蛋白質(zhì)的二聚化界面，就像之前描述的顯性突變一樣，預(yù)計會通過干擾二聚化 (MAT III) 或四聚化 (MAT I) 以顯性負(fù)性方式發(fā)揮作用的酶。其他作者將殘基定位到一個靈活的環(huán)上，該環(huán)負(fù)責(zé)將甲硫氨酸定位并進(jìn)入酶的活性位點(diǎn). 然而，無法結(jié)合甲硫氨酸不太可能解釋顯性遺傳，因?yàn)橐吧蛠喕哂凶銐虻幕钚詠砝眉琢虬彼岷铣?AdoMet。然而，聚合受損確實(shí)可以通過干擾野生型酶來解釋顯性遺傳——正如之前的實(shí)驗(yàn)所示 ——因?yàn)橹挥芯酆厦甘腔钴S的。

總之，高蛋氨酸血癥基因檢測案例確認(rèn)MAT1A中的 p.Ala259Val 突變也是常染色體顯性高甲硫氨酸血癥的原因，并且鑒于其在二聚化界面的位置，可能是通過顯性負(fù)效應(yīng)，與先前報道的顯性突變一樣。