【佳学基因检测】不好好吃饭、久睡不醒查病因基因检测
厌食和嗜睡的基因根源导读
鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症 (OTCD) 是一种 X 连锁尿素循环障碍，其特征是鸟氨酸转氨甲酰酶活性降低或缺失，导致神经毒性氨的积累。大约 80%–90% 的致病变异是通过 Sanger 测序或OTC的多重连接依赖性探针扩增 (MLPA) 鉴定的基因。一名有 OTCD 生化证据的 23 岁男性被转诊进行分子分析。最初的 Sanger 测序未产生致病变异。MLPA 检测怀疑外显子 1 镶嵌缺失；然而，高分辨率微阵列并未识别 X 染色体上的拷贝数变异。对疑似断点的测序检测到一个半合子的可能致病启动子变体，c.‐106C > A，它位于 MLPA 探针结合位点内。随后，转诊到厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组中心的历史患者，他们的 OTCD 没有分子病因，用这些引物重新测序，并且在另外两名不相关的男性中也发现了这种变异。本病例系列中描述的所有三名患者都患有迟发性疾病。两人在 5 岁时出现呕吐，而另一个是根据迟发性 OTCD 家族史从出生开始管理的。一名患者因反复失代偿需要进行肝移植；另外两个通过限制蛋白质的饮食进行管理。所有三名患者都没有遭受任何明显的神经损伤，并且作为成年人运作良好。这些病例支持筛选基因组内的启动子区域OTC基因，特别是如果分子基础尚未通过 MLPA 或编码区测序阐明。
关键词： 先天性代谢异常，鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏，启动子变异，尿素循环障碍
1.鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症与厌食和嗜睡
鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症 (OTCD) (OMIM # 311250) 是一种 X 连锁疾病，占所有遗传性尿素循环障碍的至少一半。由位于 X 染色体短臂 (Xp11.4) 上的OTC基因编码的鸟氨酸转氨甲酰酶 (OTC) (EC 2.1.3.3)在肝脏中将神经毒性氨转化为尿素至关重要。这种酶的缺乏会导致血液中氨的积聚。男性通常在新生儿期（4 周内）出现症状性高氨血症，表现为喂养不良和嗜睡，如果不治疗，进展为昏迷甚至死亡。然而，迟发性表现（从婴儿期到成年期）可能具有不同的临床特征，包括发育迟缓、精神病和脑病，通常由蛋白质负荷、并发疾病或药物引起。虽然通常无症状，但杂合子女性也可能表现出多种疾病。女性通常会经历一个减毒的临床过程，并且不太可能发展为昏迷和死亡，尽管可能会出现严重的不良后果。
OTCD 的诊断基于特征性生化检查结果：高氨血症、谷氨酰胺升高、血浆中瓜氨酸和精氨酸含量低，以及乳清酸尿症。常规诊断分子分析（编码区和外显子/内含子边界的 Sanger 测序加上缺失/重复分析）经常被要求用于确认和生殖目的，并确定 80%–90% 病例的病因。虽然由于缺乏聚合酶链反应 (PCR) 扩增，可以识别男性的大OTC缺失，但检测男性的重复和镶嵌缺失通常需要多重连接依赖性探针扩增 (MLPA) 分析。有生化证实为 OTCD 的个体的病例报告，在常规筛查中未发现致病变异。然而，进一步的分析确定了OTC基因内的深层内含子、启动子或增强子变体。
厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组报告了另外三例由OTC基因中的启动子变异引起的迟发性 OTCD 病例；c.‐106C>A ( NC_000023.10 :g.38211844C>A)。在确定其分子病因方面存在很大延迟，因为这种变异无法通过常规分子分析明确识别。通过适当的治疗，这三名患者的临床结果普遍良好。厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组详细讨论了他们的临床病史，并强调了在常规分子分析中包括询问OTC启动子区域的重要性。
2. 患者 1
由于母体 HELLP（溶血、肝酶升高和血小板计数低）综合征，患者 1 在妊娠 29 周时通过剖腹产出生。他有一个同父异母的男性兄弟姐妹，有共同的母系遗传，在吃了大量蛋白质餐后出现持续呕吐。这个兄弟姐妹在 12 岁时被生化诊断为鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症，并在一次海外度假后不久死于高氨血症性脑病，享年 33 岁。他的智力正常，获得了高级管理职位。
患者 1 被假定患有 OTCD，并且从出生开始就采用低蛋白饮食进行治疗。6 周龄时的别嘌醇负荷试验显示尿乳清酸正常（10 mmol/mol 肌酐：正常范围 < 15.5）和乳清酸升高（25 mmol/mol 肌酐：正常范围 <7）。尽管如此，他的饮食限制和精氨酸补充剂在童年时期仍然存在。他患有多种并发疾病，没有记录在案的高氨血症。他8岁时智商为64，但在主流学校完成了高中教育，没有学习支持，继续接受职业教育。他目前与父母住在一起，并被聘为销售助理。
作为一个成年人，他的蛋白质摄入量已经放开，并且在食用高蛋白餐后没有任何症状。他引起了代谢服务的注意，希望对 OTCD 进行分子确认。他的体格检查正常，包括正常的生长参数，没有慢性肝病的迹象。
生化检查显示空腹血浆鸟氨酸、精氨酸和瓜氨酸浓度正常，谷氨酰胺轻度升高（760 μmol/L：正常范围 420-700）。氨和尿乳清酸盐浓度正常。重复别嘌醇负荷试验显示尿乳清酸升高（27.3 mmol/mmol 肌酐：正常范围 0-4.9）与尿素循环缺陷一致。微阵列分析显示在 Xq21.1 处有约 0.5 兆碱基的间质半合子缺失，与表型无关。含有OTC基因的染色体区域Xp11.4看起来正常。2017 年， OTC基因的常规 Sanger 测序未能识别出致病性变异。
3. 患者 2
患者 2 为 5 岁男孩，持续呕吐数周。他足月通过选择性剖腹产出生，没有并发症。他有轻度表达性言语延迟的背景，归因于继发于渗出性中耳炎的听力损失。他自己选择了低蛋白饮食，他的母亲也更喜欢素食。
尿液有机酸分析显示乳清酸盐升高。随后发现他升高了氨和谷氨酰胺，尽管不再提供确切的值。别嘌醇负荷试验显示尿乳清酸增加（22 μmol/mmol 肌酐（前）至 51 μmol/mmol 肌酐（后）：正常范围 <7）。别嘌醇激发后氨气升高（98 μmol/L：正常范围 20-80）。他开始服用苯丁酸钠和精氨酸，并建议他继续自我限制蛋白质摄入量，避免大量肉类、奶酪和牛奶。
六岁时肝活检显示局灶性门静脉慢性炎症和界面性肝炎，核糖原化明显。OTC的肝酶活性降低（110 nmol/min/mg蛋白：正常范围>200）。2006 年， OTC基因的常规 Sanger 测序未能识别出致病性变异。2013 年随后的下一代测序（尿素循环障碍组）对任何已知的致病变异也呈阴性。
患者 2 完成了主流学校教育，现在作为学徒工作。他仍然服用苯丁酸钠、苯甲酸钠和精氨酸，并将天然蛋白质摄入量限制在 0.8 g/kg/天左右。
有趣的是，患者 2 的哥哥在儿童时期发育迟缓，并且还自行选择了低蛋白饮食。在 10 岁时，他在一次并发疾病期间出现了长时间的全身性强直-阵挛性癫痫发作，原因不明。他还进行了异常的别嘌醇负荷试验和肝脏鸟氨酸转氨甲酰酶活性降低（67 nmol/min/mg 蛋白：正常范围 > 200），但未进行分子检测。
4. 患者 3
患者 3 为 5 岁男孩，有 18 个月的异常行为史，间歇性呕吐和嗜睡。没有明显的产前或围产期病史。他的母亲有偏头痛病史。
历史记录表明他的氨水平轻度升高（无法获得确切值）。尿液代谢筛查显示乳清酸盐增加（33 μmol/mmol 肌酐：正常范围 < 10）。血浆谷氨酰胺升高（1195 μmol/L：正常范围<907 μmol/L），血浆精氨酸和瓜氨酸在正常范围内。母亲和外祖母接受了蛋白质和别嘌醇负荷试验。他们仍然无症状，但表现出乳清酸盐排泄增加。
患者 3 开始限制蛋白质为 1.75 g/kg，逐渐降低至 1.1 g/kg。给他开了苯甲酸钠、苯乙酸钠和精氨酸，并注意到他在开始服用后能量水平有所提高。然而，他每年（4 到 5 次）在当地医院多次入院，氨浓度增加到 200-350 μmol/L。
7 岁时使用 WISC-III（韦克斯勒儿童智力量表 - 第三版）工具进行的正式发育评估显示出良好的一般能力（第 58 个百分位），但在阅读、算术和注意力方面特别薄弱。很明显，即使在两次入院之间，患者的认知状态也不正常，即使添加了苯丁酸钠，进展也很有限。尽管天然蛋白质摄入量减少至 1 g/kg/天并开始补充必需氨基酸，但仍有持续入院（17 岁前入院 87 人）和长时间的脑病。
患者在 17 岁时接受了肝移植。术后最初有一些挑战，包括胆漏；然而，他稳步康复，并在移植后 35 天出院回家，饮食完全自由化。他的认知没有经过正式评估，但他已经读完了高中，找到了工作，能够进行对话。他有一段长期的恋情，并育有一个男孩。
1998 年对OTC基因的常规 Sanger 测序未能鉴定出致病变异。
5. 识别OTCD的分子基础
所有三名患者在症状出现后不久都被生化诊断为 OTCD。然而，近二十年来，这些患者的分子病因学被证明是难以捉摸的。尽管对患者 1 的初始 Sanger 测序未发现致病性变异，但 MLPA 分析发现代表OTC外显子 1 的单个探针可重复地减少了约 25%。该结果表明该区域可能存在马赛克缺失，以及高分辨率染色体X 微阵列用于探索这一发现。在该区域内未检测到镶嵌拷贝数变化。替代引物设计为包含 MLPA 探针区域，该区域位于OTC的上游启动子区域，预计这种可能的删除超出了微阵列的分辨率。该启动子区域的 Sanger 测序确定了一个单核苷酸取代，c.-106C > A ( NC_000023.10 :g.38211844C>A; 图 1）。由于该变体位于 MLPA 探针结合位点内，因此探针结合效率受到影响，导致在该患者中看到人为的 MLPA 结果。
图1：c.‐106C> A 变体在OTC基因中的基因组位置。(A) 与野生型参考序列相比，在厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组的三个案例中发现的 c.-106C>A 半合子变体的 Sanger 测序痕迹。(B) OTC基因启动子区域的示意图。翻译起始位置由 c.1 引用，c.‐106C>A 变体的位置标记在 5' 非翻译区的启动子内
一组其他男性患者转介到厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组的OTC基因测序设施，但没有针对他们的鸟氨酸转氨甲酰酶缺陷的分子病因，使用这些引物重新测序，从而在患者 2 和 3 中鉴定出这种复发性变异。
随后的分离研究确定了两个女性杂合子（患者 3 的姐妹和母亲），后者的蛋白质和别嘌醇激发试验呈阳性。患者 1 的母亲和患者 3 的外祖母也有相似的激发试验结果，但没有进行分子确认。然而，迄今为止，这些女性都没有任何代谢失代偿。
6. 鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症的诊断与治疗共识
大约 80%–90% 的生化证实鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症患者发现了致病变异，主要在OTC基因的编码区或内含子/外显子边界内。然而，人们越来越认识到人类基因组的非编码区域中还有其他致病变异，OTCD 也是如此。
Ogino 及其同事报告了一例在出生后第一天出现高氨血症性脑病（氨>230 μmol/L）的病例。肝脏中的OTC酶活性检测不到。OTC基因的初始 Sanger 测序未发现致病变异。随后，对来自患者肝脏的 mRNA 进行分析，发现在外显子 5 和 6 之间插入了一个 135 个核苷酸序列，这是由深度内含子单核苷酸取代 c.540+265G>A 引起的，该取代激活了内含子内的一个隐秘剪接位点五。此外，Kumar 及其同事在之前的分子研究中没有发现致病性变异的七分之三的患者中发现了相同的变异。
其他机制也与男性较温和的表型有关。在 18 个月大时出现呕吐、昏迷和高氨血症的男性中发现的移码变异随后被确定为马赛克（60% 在淋巴细胞中，65% 在口腔粘膜中）。在这种情况下，一个预计会导致严重新生儿发病疾病的无效变异因残留的野生型等位基因而得到改善。
Jang 及其同事提供了迄今为止唯一关于导致 OTCD 的启动子变异的报告。在这项研究中，他们对来自不同家族的 9 名男性的保守调控区域（包括启动子和上游 9 kb 的增强子区域）进行了测序，这些男性具有提示 OTCD 的临床或生化特征。这些患者的表型差异显着（从新生儿表现到无症状）；然而，三分之二的患者发病较晚。鉴定了五种不同的启动子区域变体和单个增强子区域变体。使用荧光素酶报告基因或 DNA 下拉分析对所有变体进行了功能验证。三名患者携带相同的 c.‐106C>A 变体，这表明这可能是患有迟发性 OTCD 的男性的复发性变体。
厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组的案例系列增加了与迟发性 OTCD 相关的启动子变异的有限文献。所有患者均未出现新生儿期（4 周龄前）疾病，生化诊断时仅有轻度氨升高（如果有的话）。然而，它们的疾病进展也存在显着差异。患者 3 经历了与代谢失代偿相关的严重疾病，87 次住院（12 年内），需要进行肝移植以保持认知；对管理战略的不遵守可能是造成这种情况的原因。患者 2 自行选择了低蛋白饮食，只有 3 次失代偿需要住院；他以平均认知维持严格的蛋白质限制。患者 1 也有类似的蛋白质限制，并且从未出现代谢失代偿。尽管他们的临床历程存在差异，但所有三名患者的预后都比患有新生儿期发病的男性患者要好得多。
重要的是要注意，从历史上看，OTC基因的分子分析并不经常涵盖深层内含子或启动子区域。厌食和嗜睡的致病基因鉴定基因检测研究组的案例系列是越来越多的文献报道这些分子病因的一部分。对于任何明确生化诊断为 OTCD 且在常规分子分析中未发现致病变异的患者，都应考虑对这些额外的OTC基因区域进行靶向筛查。随着全基因组测序成本的迅速下降，这些区域的覆盖将变得更容易且更具成本效益，有助于最大限度地提高诊断率。
Hertzog A, Selvanathan A, Halligan R, Fazio T, de Jong G, Bratkovic D, Bhattacharya K, Tolun AA, Bennetts B, Fisk K.JIMD Rep. 2022 Apr 12;63(4):271-275. doi: 10.1002/jmd2.12289. eCollection 2022 Jul.PMID: 35822098
(责任编辑：佳学基因)
