同一家系中鉬輔因子缺乏癥相同MOCS1基因變異不同臨床表型特點分析

關瑞蓮 賴莉明

廣州市婦女兒童醫(yī)療中心新生兒科（廣州 510623）

鉬輔因子缺乏癥（molybdenum Cofactor deficiency，MoCD）是一種罕見且致命的遺傳代謝性神經系統(tǒng)疾病，具有內源性中毒的病生理特點。發(fā)病率大約為1/20 萬～1/10 萬之間，發(fā)病的中位年齡是出生第1 天，診斷時的中位年齡為12.5 個月［1］。臨床特點為早且快速進展的嚴重神經功能障礙；在癥狀出現(xiàn)初始階段MRI 影像類似于缺氧缺血性腦病改變。因缺乏特征性表型極易漏診誤診，確診主要依據基因檢測。MoCD 致病基因包括MOCS1、MOCS2、MOCS3 和GEPH，4 個基因對于MoCo 的合成都是必不可少的，任何一個基因的變異均可致一系列鉬依賴酶活性喪失。特別是亞硫酸鹽氧化酶的失活，將導致亞硫酸鹽在腦部蓄積，抑制線粒體代謝，造成腦缺血性損傷。

MoCD 臨床分為輕型和重型兩種，前者表現(xiàn)溫和，甚至可以參加正常教育，重型往往夭折于幼兒期。HINDERHOFER 等［2］根據全球已發(fā)表的具有臨床和遺傳數(shù)據的病 例（n=40），應用計算機技術建立基因型—表型相關性預測模型，試圖對與MoCD 患者表型相關的基因型進行系統(tǒng)定量分析，以期能夠進一步分類為嚴重或輕微。但局限于病例數(shù)確實偏少，需要更多的數(shù)據支持。

本文2 例患兒證實基因MOCS1 發(fā)生變異，是為新發(fā)突變（現(xiàn)有數(shù)據庫未見收錄），結合臨床可以確診為A 型MoCD。二者MOCS1 基因變異序列相同但臨床表型特點卻不相同，是否與表觀遺傳過程中基因組等的各種修飾有關，尚需進一步研究。本報告希望能對未來研究提供更多可靠的信息。

本研究已通過倫理委員會審核，編號：穗婦兒科倫批字【2022】第127A01 號。

1 資料與方法

1.1 病例1先證者，男性，第3 胎第3 產，胎齡37+3周，擇期剖宮產，出生史無特殊，無窒息缺氧史，出生體重2 720 g。母孕期無特殊病史，父母非近親結婚，智商正常，有1 健康正常姐姐（9 歲）。患兒生后出現(xiàn)呼吸困難予無創(chuàng)呼吸機輔助通氣2 d，第2 天出現(xiàn)抽搐，同步床旁腦電圖監(jiān)測有電發(fā)作，首劑魯米那15 mg/kg 止驚，后5 mg/（kg·d）維持，未再見驚厥發(fā)作。患兒無發(fā)熱，各項感染指標、電解質、血氣分析、腦脊液及尿有機酸、血漿氨基酸、酰基肉堿均未見異常。喂養(yǎng)困難，不會吸吮，持續(xù)吞咽康復訓練3～4 周后逐漸能夠自吮奶；出生1 周行頭顱MRI 平掃+增強：雙側基底節(jié)腫脹，左側基底節(jié)軟化灶及出血，考慮缺氧缺血性腦損傷（圖1A-B）；MRA 未見異常改變；經顱多普勒顯示顱內各血管未見異常；腦電圖提示清醒及睡眠各期雙側額、中央、顳-多量棘尖波散發(fā)，左右不同步。生后1 個月復查頭顱MRI 顯示雙側基底節(jié)軟化灶及出血繼續(xù)加重，兩側腦室擴張（圖1C-D）；磁共振波譜分析（MRS）膽堿（Cho）峰值升高，N-乙酰天門冬氨酸（NAA）峰值下降（圖2）。腦干聽覺腦干誘發(fā)電位：雙側聽神經傳導通路損傷30 dB（左側），40 dB（右側）；眼底檢查未見晶狀體脫位等異常表現(xiàn)；血尿酸、尿尿酸及生物蝶呤偏低。3 個月隨訪頭顱MRI 示雙側基底節(jié)軟化及出血較前吸收，腦室擴張與前相仿；無皮層下壞死或囊腫，無明顯腦萎縮；雙側聽神經傳導通路30 dB（左側），30 dB（右側），V 波潛伏期延長較前好轉；腦電圖輕度異常：左側額、中央區(qū)多量慢波及偶發(fā)尖波。復查血尿酸仍偏低，尿尿酸正常。患兒大運動發(fā)育稍差，但精神運動發(fā)育與同齡兒相仿；典型面部特征突出（圖3）。

圖1 先證者MRI 影像Fig.1 MRI imaging of proband

圖3 先證者（3 個月）面容（已獲得家長同意書）Fig.3 The face of the proband（3 m）（with parental consent）

1.2 病例2為先證者姐姐，其母第2 胎，女性，生后10 個月之前神經發(fā)育描述正常。10 月齡感冒后出現(xiàn)抽搐、四肢肌張力增高、繼而進食困難。頭顱MRI 顯示雙側基底節(jié)腫脹明顯，以雙側尾狀核和豆狀核為著，腦溝明顯加深。腦干聽覺腦干誘發(fā)電位：雙側聽神經傳導通路異常50 dB（左側），70 dB（右側）。動態(tài)復查頭顱MRI 可見基底節(jié)病變持續(xù)加重和腦萎縮表現(xiàn)（圖4）。因當時對該病認識的局限性，臨床上以“病毒性腦炎”對癥治療，無明顯療效。神經發(fā)育顯著倒退，迅速進展為不能獨坐、不能翻身、表情呆滯等癥狀。現(xiàn)6 歲仍然存活，呈全面腦癱表現(xiàn)，消瘦，營養(yǎng)欠佳，流質喂養(yǎng)。

圖4 先證者姐姐MRI 影像Fig.4 MRI images of the proband's sister

1.3 基因組DNA 提取和基因測序考慮到二者相類似的基底節(jié)病變，征得父母知情同意后，對患兒及其父母、第一、二胎進行全外顯子測序，采用QIAamp DNA Blood Mini Kit（Qiagen，Hilden，Germany）提取基因組DNA 5 ng，用Ion-TorrentPGM 技術進行全外顯子測序，人群頻率數(shù)據庫參考dbSNP、1000 Genomes、gnomAD、和HGMD，對檢測到的所有變異位點進行生物信息學有害性預測分析，變異位點致病性分類參照遺傳變異分類標準與指南對變異位點進行解讀和致病性分類［3］。

2 結果

經全外顯子測序檢測結果發(fā)現(xiàn)患兒MOSC1 基因存在c.1275delA（p.Gly426Aspfs Ter10）位點的純合突變，該變異為移碼變異，在dbSNP 數(shù)據庫及1000 Genomes 數(shù)據庫中未見收錄。在gnomAD 數(shù)據庫中東亞人群頻率為0.0001631（3 個雜合子），該基因在ClinVar 數(shù)據庫收錄為致病性/可能致病性的變異包括：移碼變異8 個，錯義變異1 個，無義變異6 個，經典剪接變異4 個，均與本例突變不同。綜合患兒臨床表現(xiàn)、影像學、生化檢查及家系分析，證實為A 型MoCD，變異遺傳自父母，父母為雜合突變（圖5）。

圖5 家系MOCS1 基因Sanger 測序圖Fig.5 Sanger sequencing of MOCS1 gene in a family

3 討論

為了更好地理解該病臨床特點，首先要了解疾病發(fā)生的病生理過程。鉬與獨特的蝶呤結合形成鉬輔因子，從而獲得催化活性。MoCo 生物合成途徑可分為3 個步驟［4］：MOCS1 將鳥苷三磷酸合成環(huán)狀吡喃蝶呤單磷酸鹽（cPMP），MOCS2 和MOCS3將cPMP 轉化為鉬蝶呤，GEPH 插入鉬形成鉬輔因子。MoCD 是由于參與鉬輔因子生物合成的4 個基因（MOCS1、MOCS2、MOCS3 和GEPH）變異所致，其中大約2/3 的MoCD 患者為MOCS1 基因突變，導致無法合成生物合成途徑中的第一個中間體：環(huán)吡喃蝶呤單磷酸鹽（cPMP），被歸類為A 型；其次為MOCS2、MOCS3 基因突變，導致cPMP 無法轉化為鉬多菌素，被歸類為B 型MoCD，GEPH 基因突變極罕見，歸類為C 型MOCD。生物合成的任何步驟的缺陷都會導致依賴于MoCo 的酶（如亞硫酸鹽氧化酶、黃嘌呤氧化還原酶、醛氧化酶）失活和線粒體α 胺肟還原組分的缺乏。部分患者有特殊面容，ARICAN 等［4］回顧性研究中35 例患者中有14 例出現(xiàn)小頭畸形、雙頰飽滿、眼裂狹長、寬鼻梁、長人中等；本研究先證者外貌特征與近期中國MOCS1 案例報道較近似［5］（圖5）。

MoCD 使得亞硫酸鹽氧化酶不能將亞硫酸鹽轉化為硫酸鹽，導致亞硫酸鹽蓄積，受累最明顯的區(qū)域是基底節(jié)。亞硫酸鹽在基底節(jié)的持續(xù)累積，是造成神經功能障礙的主要原因；而黃嘌呤脫氫酶活性喪失致嘌呤代謝障礙，但對神經系統(tǒng)無明顯影響，醛氧化酶活性喪失多無明顯臨床表現(xiàn)［6］。因此MoCD 的表型效應主要局限于中樞神經系統(tǒng)，嚴重的神經系統(tǒng)損害目前認為是一系列代謝紊亂導致亞硫酸鹽、牛磺酸、S-硫代半胱氨酸和硫代硫酸鹽的積累，尤其是亞硫酸鹽神經毒性水平的蓄積，致線粒體呼吸鏈異常，抑制了生物能量代謝，使大腦更易遭受缺血性損傷。典型的臨床癥狀在新生兒早期就出現(xiàn)，以難治性癲癇發(fā)作及喂養(yǎng)困難最常見，通常神經障礙進展迅速。所有患兒均有運動發(fā)育落后、語言發(fā)育落后；本研究先證者生后即出現(xiàn)較典型臨床癥狀，是為早發(fā)型，說明代謝障礙導致的神經毒性在宮內即已發(fā)生。但母孕期無特殊疾病，胎兒宮內發(fā)育正常，定期產檢超聲未見腦室擴張等異常表現(xiàn)而未予重視。值得注意的是先證者雖為早發(fā)，但后期臨床表型溫和，腦損傷似乎停止，生后1 個月、3 個月齡隨訪MRI 顯示基底節(jié)損傷逐漸修復，神經心理發(fā)育評估稍落后；生后不久給予吸吮吞咽康復訓練后，逐漸自吮奶，營養(yǎng)發(fā)育正常。而遲發(fā)型MoCD 患者與經典型不同，通常在2 歲內發(fā)病，往往在發(fā)生疾病后出現(xiàn)神經障礙表現(xiàn)，癲癇發(fā)作不常見［7］，臨床表型亦各不相同，既有迅速進展的神經功能惡化表現(xiàn)，亦有輕型的溫和表型。先證者患病胞姐生后未見明顯癥狀，10 個月因“發(fā)熱”起病，神經障礙進展迅速，目前已出現(xiàn)全面神經心理發(fā)育落后、痙攣性癱瘓。

亦有報道同一家族的相同突變出現(xiàn)不同的臨床病程［8］。本研究的2 例患兒發(fā)病時間及神經障礙程度均顯著不同。第2 例為遲發(fā)型，因“發(fā)熱”出現(xiàn)神經障礙表現(xiàn)，隨后神經功能惡化迅速；而第1 例雖為典型早發(fā)型，但是神經障礙進展不明顯，呈現(xiàn)溫和的臨床表現(xiàn)，無持續(xù)反復的癲癇發(fā)作，2 例患兒未體現(xiàn)明顯基因-表型相關性。基因型和表型之間密切相關，基因型直接決定了表型的形成，但是基因含量不一定完全決定表型的表現(xiàn)。因為表觀遺傳過程還受其他因素影響，比如基因組DNA 甲基化修飾、組蛋白修飾、非編碼RNA 調控、染色質重塑等［9］。因此有可能在基因組DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳的變化，并最終導致了表型的變化。MAYR 等［10］對一名具有異常晚期發(fā)病和輕度表型的患者轉錄本進行生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)突變位點下游的潛在Kozak 序列提供了獨立表達MOCS1B 蛋白的可能性，這種微量功能的MOCS1B 蛋白足以保護患者免受MoCD 出現(xiàn)嚴重癥狀。

盡管涉及臨床表現(xiàn)的其他因素的作用仍不清楚，但可以肯定疾病誘發(fā)是神經系統(tǒng)惡化的外部觸發(fā)因素（如本研究病例2）。

MoCD 早期影像學檢查需與新生兒缺氧缺血性腦病（neonatal hypoxic ischemic encephalopathy，HIE）鑒別，HIE 患者的影像學通常在分娩后1～2 周內穩(wěn)定，而MoCD 患者的穩(wěn)定性沒有改善。本研究先證者沒有圍產期不良病史，生后很快出現(xiàn)神經系統(tǒng)癥狀，6 d 時MRI 提示基底節(jié)缺血性壞死（圖2），而28 d 時MRI 顯示病灶繼續(xù)進展。MoCD患者早期腦水腫，白質和灰質受累，快速進展為皮層下壞死，囊性腦軟化。基底節(jié)和齒狀核改變通常被認為是遲發(fā)和輕度臨床病程患者的MRI 中的獨立表現(xiàn)，在HIE 中尾狀核很少受到影響，而在MoCD 中總是受到影響。一些MRI 數(shù)據已用于產前診斷［11］。另一方面其核磁波譜分析Cho 峰通常升高，HIE 則相反［12］。本例先證者MRI 氫譜分析Cho 峰升高，NAA 峰下降，提示病變區(qū)神經元壞死、無氧代謝及膠質增生（圖3）。

特異性生化檢查是診斷MoCD 的重要輔助手段，為早期診斷提供一定線索；典型的MoCD 生化檢查尿酸水平明顯下降，尿嘌呤代謝物即黃嘌呤和次黃嘌呤增高；尿亞硫酸試驗陽性，但該檢測有一定的局限性，且大多數(shù)機構無法進行亞硫酸鹽檢測，且檢測結果具有一定的假陰性。血尿酸也可呈正常表現(xiàn)［13］，對診斷造成誤導，尤其是癥狀較輕的患者。本研究的先證者及其姐姐尿酸及生物蝶呤降低。

A 型MoCD患者發(fā)病根本原因是體內無法合成環(huán)吡喃單磷酸（cyclic pyranopterin monophosphate，cPMP），2015 年一項多中心前瞻性隊列研究已經證實，cPMP早期替代治療對于A型MoCD有效且具有良好的安全性［14］。美國FDA 已經于2021 年2 月26 日批準Origin 生物科學公司研發(fā)的新藥Nulibry（fosdenopterin）靜脈注射劑用于治療A 型鉬輔因子缺乏癥［15］。近期日本學者［16］報道了1 例晚期發(fā)病的輕型的患者，在1 歲4 月齡時接受低蛋白飲食，蛋白質限制3 個月后，尿亞硫酸鹽試驗變?yōu)殛幮裕騍-磺基半胱氨酸水平下降，肌張力運動障礙得到改善，患者病程沒有進展和癲癇發(fā)作。這一發(fā)現(xiàn)提示，飲食蛋白質限制有可能抑制輕型MoCD疾病進展。

本研究局限性在于MOCS1 基因是新發(fā)變異序列，臨床特點既往沒有報道，該變異序列是否存在鉬輔因子依賴酶的殘留活性需要更多研究證實；2 例出現(xiàn)不同表型特點如果從表觀遺傳學角度分析，比如轉錄水平測序、蛋白質翻譯等方面繼續(xù)做深入研究，可能會有新的發(fā)現(xiàn)。

終上所述，MoCD 是一種先天致命性常染色體隱性遺傳代謝病，對于新生兒早期出現(xiàn)嚴重基底節(jié)損傷需與重度HIE 相鑒別，必要時完成基因檢測。既然A 型MoCD 用cPMP 替代治療已經可用，早期診斷和遺傳咨詢非常重要。由于數(shù)據稀缺，目前可識別的變異序列有限，尚需要更多有價值的遺傳信息，建立有效診斷模型，盡早開始治療，避免更嚴重后遺癥發(fā)生。