POMT1基因變異在α-抗肌萎縮相關糖蛋白病中的研究進展

石潤茜?徐盈?常媛媛?張建芳

【摘要】 蛋白O-甘露糖基轉移酶1（POMT1）基因編碼的蛋白參與蛋白質O-甘露糖基化修飾起始步驟，在細胞連接、神經元遷移等多種生理過程發揮重要作用，α-抗肌萎縮相關糖蛋白?。é?DGP）是一組由α-抗肌萎縮相關糖蛋白（α-DG）O-糖基化缺陷所致的肌營養不良相關疾病。POMT1基因作為α-DGP的致病基因之一，通常與癥狀嚴重、預后差的α-DGP表型密切相關。該文對POMT1基因變異相關α-DGP的診治、基因型-表型關系及可能的發病機制進行綜述，以期深入探索POMT1變異的致病機制，為POMT1基因變異相關α-DGP的分子生物學水平治療提供新思路。

【關鍵詞】 先天畸形；沃克-沃伯格綜合征；蛋白O-甘露糖基轉移酶1基因；α-抗肌萎縮相關糖蛋白病；

蛋白O-甘露糖基轉移酶；基因型-表型關系

Research progress on POMT1 gene variation in α-dystroglycanopathy Shi Runqian，Xu Ying， Chang Yuanyuan， Zhang Jianfang. Department of Gynecology and Obstetrics， the First Affiliated Hospital of Air Force Military Medical University， Xian 710032， China

Corresponding author， Zhang Jianfang， E-mail： zhzhhao@163.com

【Abstract】 Protein O-mannosyl-transferase 1 （POMT1） gene-encoded protein participates in the initial step of protein O-mannosylation modification and plays an important role in various physiological processes，such as cell connection and neuronal migration，etc. α-dystroglycanopathy （α-DGP） is a group of muscular dystrophy-related diseases caused by defects in α-dystroglycan （α-DG） O-glycosylation. As one of the causative genes of α-DGP，POMT1 gene is usually closely correlated with clinical phenotype of α-DGP with severe symptoms and poor prognosis. In this article，clinical diagnosis and treatment，genotype-phenotype relationship，and possible pathogenesis of α-DGP associated with POMT1 gene variation were reviewed，aiming to further explore the pathogenic mechanism of POMT1 variation and provide new ideas for the molecular biology-level treatment of POMT1 gene variation-related α-DGP.

【Key words】 Congenital abnormality； Walker-Warburg syndrome； POMT1 gene； α-dystroglycanopathy；

Protein O-mannosyl-transferase； Genotype-phenotype relationship

α-抗肌萎縮相關糖蛋白?。é?DGP）是一組罕見的肌營養不良相關疾病，由α-抗肌萎縮相關糖蛋白（α-DG）O-連接甘露糖基化缺陷導致。α-DGP是常染色體隱性遺傳病，患者通常表現為肌肉、中樞神經系統及眼部受累。目前已明確19種致病基因，主要分為3類：第一類為編碼抗肌萎縮相關糖蛋白（DG）核心區域，如DAG1基因；第二類為參與DG蛋白翻譯后糖基化修飾的糖基化轉移酶基因，如POMT1基因；第三類為糖基轉移酶提供糖基化修飾底物的基因［1-2］。α-DG糖基化修飾是其與層粘連蛋白、軸突蛋白、基底膜聚糖等細胞外基質連接的必要反應，確保了細胞內外正常的物質交換和細胞信號轉導［3］。POMT1基因參與α-DG糖基化修飾過程起始步驟。因此，POMT1致病性變異引起糖基化修飾缺陷嚴重，進而導致嚴重α-DGP臨床表型?，F對POMT1基因變異致病機制、與其相關α-DGP的臨床特點及其基因型-表型關系等進行總結。

一、POMT1基因概述

POMT1基因位于9號染色體9q34.13，編碼747個氨基酸，共有20個外顯子，全長約21 kb。POMT1編碼蛋白質O-甘露糖基轉移酶1蛋白，該蛋白主要包括兩類高度保守的15個結構域，即12個蛋白甘露糖基轉移酶（PMT）跨膜結構域以及3個甘露糖基轉移酶受體、三磷酸肌醇受體、蘭尼堿受體（MIR）結構域見圖1。POMT1蛋白是參與翻譯后修飾的重要蛋白之一，定位于內質網，通過與蛋白O-甘露糖基轉移酶2（POMT2）形成甘露糖基轉移酶（POMT）復合物，在蛋白質O-甘露糖基化的初始過程共同催化O-甘露糖殘基轉至絲氨酸/蘇氨酸末端［4］。POMT1蛋白在人類組織細胞中廣泛分布，在胎兒大腦、骨骼肌、心肌、睪丸等組織中含量尤其豐富。目前，研究最廣泛的POMT1蛋白作用底物為α-DG。α-DG定位于細胞膜，在中樞及周圍神經系統、神經肌肉接頭等重要結構高表達。高度甘露糖基化的α-DG介導細胞外基質與細胞骨架間的相互作用，對于維持肌肉和腦的正常結構有重要功能。

二、POMT1基因的變異類型及致病機制

已知的POMT1基因致病性變異包括無義變異、移碼變異、剪接位點變異、框內刪失/刪失插入變異及錯義變異，從純合變異到復合雜合變異不等。

POMT復合物參與的O-甘露糖基化在維持細胞完整性、細胞形態方面發揮重要作用。糖基化是生物體內重要的翻譯后修飾過程，通過促進蛋白質的正確折疊，從而提高蛋白質的穩定性。在小鼠胚胎早期發育中，POMT參與胚胎細胞間黏附連接形成，POMT1缺失對胚胎有致死性。果蠅POMT功能缺陷導致胚胎肌肉發育異常、感覺神經元軸突連接異常［5］。

在人骨骼肌中，甘露糖基化缺陷使細胞與細胞外基質中的層粘連蛋白2（laminin 2）的連接異常，進而使細胞骨架與肌動蛋白無法正常連接。在神經系統中，α-DG通過高度糖基化與具有層粘連蛋白球形結構域的胞外配體結合，從而維持神經元正常遷移等。放射狀膠質細胞作為神經元移行的支架，在O-甘露糖基化不足時，尾足無法與基底膜錨定，導致神經元遷移過度或移行障礙，使腦皮質異常分層，這是α-DGP患者顱腦結構異常的重要原因之一。此外，有研究認為α-DGP患者智力發育遲緩與α-DG糖基化不足也密切相關。當小鼠神經元α-DG糖基化不足時，其海馬的長期增益效應（LTP）被顯著抑制，與之相應的學習記憶能力也顯著降低［4］。然而，α-DG糖基化不足并不能解釋全部臨床表型［6］。既往研究發現，多種哺乳動物腦中細胞外基質為高度O-甘露糖基化，在小鼠視網膜感光細胞中發現存在其他O-甘露糖基化修飾蛋白，但具體分子及作用機制仍需進一步研究［7］。

三、α-DGP臨床表現

α-DGP作為一組常染色體隱性遺傳病，通常累及多個系統。其主要臨床表現包括不同程度的中樞神經系統癥狀、肌無力，可伴眼部受累、關節畸形及癲癇發作等?；颊咧橇Α⒄Z言、運動能力發育通常受影響。臨床表型根據起病時間、疾病進展及癥狀嚴重程度可分為沃克-沃伯格綜合征（WWS）、肌-眼-腦病（MEB）、福山型先天性肌營養不良（FCMD）、先天性肌營養不良1C型（MDC1C）、先天性肌營養不良1D型（MDC1D）、先天性肌營養不良伴智力障礙（CMD-MR）、不伴智力障礙的肢帶型肌營養不良（LGMD）或伴智力障礙的LGMD（LGMD-MR）［6］。

四、POMT1基因相關α-DGP的異質性

1. POMT1基因變異相關α-DGP臨床表現

POMT1基因致病性變異導致POMT活性降低或喪失，進而使α-DG的糖基化合成減少，從而導致α-DGP的發生。截至2023年1月，人類基因突變數據庫（HGMD）共收錄99種疾病相關變異。與POMT1基因致病性變異相關α-DGP的臨床表型主要包括有WWS、MEB、CMD-MR、LGMD。

WWS是α-DGP中最嚴重的表型，患者多在1歲內夭折，僅少數患兒可存活至3歲左右［5］。其特征性腦部受累表現為鵝卵石樣無腦回畸形伴小腦或腦干發育不全。WWS患者發病年齡早，通常在出生或出生后短時間內出現進行性肌無力、肌張力低下、智力發育及運動能力嚴重低下，部分患者伴有癲癇發作。頭顱MRI可顯示Ⅱ型無腦回畸形、胼胝體缺失或發育不全、小腦及腦干發育異常、腦白質髓鞘異常、嚴重腦積水、枕骨腦膜膨出等。疾病累及眼部時，可出現高度近視、青光眼、白內障、水牛眼、小眼畸形、視網膜發育異常或脫落及視神經發育不良或萎縮等［8-10］。其他罕見癥狀包括男性外生殖器發育不良、腎積水以及唇腭裂等［11-12］。

MEB的臨床表現與WWS部分重疊，但大多數患者疾病進展速度與表型嚴重程度輕于WWS，部分患者病情快速進展，平均生存年齡為18歲［9］。患者通常表現為肌力和肌張力低下伴有關節攣縮、眼部異常、智力低下，偶見癲癇發作。MEB患者眼部受累是其典型癥狀，易出現青光眼、青少年白內障、眼球震顫、進行性視網膜萎縮以及變性近視。此外，視覺誘發電位延遲出現且異常升高是其特征性表現。MEB患者顱內結構異常可表現為腦積水、鵝卵石樣無腦回畸形、巨腦回、多小腦回、小腦輕度發育不全伴小腦囊腫、腦干扁平和扭折、腦橋發育不良及透明隔/胼胝體發育不全等［6］。

CMD-MR臨床表型輕，通常無眼部畸形?；颊呒o力癥狀出現較早，多數存在智力發育遲緩，可伴輕度頭顱結構畸形，但畸形程度與智力障礙程度具有差異性。隨患者年齡增長，智力可在一定程度有所提升，但仍低于正常水平［13］。

LGMD主要累及肢體近端的肌肉、關節?；颊吲R床表現異質性大，起病時間晚，癥狀較輕，病情進展緩慢，通常在成年后喪失運動能力。LGMD主要包括LGMD2K、LGMD2N、LGMD2O等多種亞型。POMT1基因變異與LGMD2K亞型臨床表現密切相關，早期可出現肢體近端肌無力進行性加重，半數患者可伴踝關節攣縮，60%患者合并有智力發育遲緩，部分患者可見小腦畸形、左心室擴張等癥狀［14-16］。

2. POMT1基因變異相關α-DGP基因型-表型關系

目前，普遍認為α-DGP表型嚴重程度與POMT活性呈負相關，POMT活性越高，臨床表型越輕。通常當變異位點處于PMT/MIR結構域時，POMT活性受損程度更大，臨床表型較嚴重［17-18］。

在POMT1基因純合變異中，無論變異位點是否接近POMT1蛋白羧基端非結構域內，無義變異或移碼變異均導致更嚴重的臨床表型，如WWS、MEB等。錯義變異表型相對較輕，但該變異發生在蛋白結構域內氨基酸高度保守區域時，也可出現WWS或MEB等嚴重表型。見表1。

POMT1基因復合雜合變異在POMT1基因相關α-DGP患者中更為多見，這類患者臨床表型的嚴重程度與2個等位基因的變異類型及變異位點均密切相關。無義變異和（或）移碼變異同時存在時，常表現為WWS。復合雜合變異中包括一種錯義變異時，表型嚴重程度與錯義變異位點、變異前后氨基酸理化性質異質性大小相關。錯義變異位點處于結構域或高度保守區域時，臨床表型相對更重，這可能由于發生在高度保守區域的錯義變異會影響結構域正常構象及功能。見表2。

對于剪接位點變異，疾病嚴重程度與轉錄后mRNA保留的正常片段長度有關。剪接位點變異通常會導致重要外顯子的缺失或移碼變異，純合變異表型通常更嚴重。若剪接位點變異及錯義變異同時存在，需分析兩者對表型及預后的共同影響。

五、POMT1變異相關α-DGP的診斷與治療

目前，α-DGP的診斷方式主要包括測定患者的甘露糖基轉移酶活性喪失程度、蛋白免疫印跡法檢測α-DG低糖基化水平、出生后的臨床癥狀及影像學表現以及全外顯子測序（WES）技術等。隨著WES技術在臨床的廣泛應用，其在明確α-DGP患者的基因診斷、提供遺傳咨詢、輔助產前診斷等方面發揮了重要作用［40-42］。對于有α-DGP患者的家庭，盡管患者父母在再次生育時可通過胎兒超聲檢查判斷胎兒是否存在顱內結構異常，輔助診斷α-DGP，但該項檢查至少在孕20周后方可進行。胚胎植入前單基因病遺傳學檢測能更早預防α-DGP再次發生。此外，體外培養患者真皮成纖維細胞，檢測其POMT活性及糖基化程度，可能是準確評估低齡患者POMT1基因變異預后的方法之一［17］。

由于POMT1基因相關α-DGP患者表型及預后的異質性大，目前其臨床治療仍以個體化對癥治療、提高患者生活質量為主。大多數對癥治療僅限于維持肢體長時間的活動功能及預防并發癥，如關節功能鍛煉、跟腱攣縮松解、心肺功能早期篩查等。目前仍缺乏針對患者腦部畸形的有效療法，盡管有手術治療WWS患者的成功案例，但術后并發癥及遠期預后等問題不容忽視［8， 43］。此外，由于WWS患者在胚胎發育早期即存在神經元遷移異常，顱內解剖結構異常成為改善癥狀手術的難點［44］。隨著基因組學的不斷發展，更加精準的基因治療方法被不斷應用于臨床。因此，需要進一步研究改善此類患者預后的相關療法。

六、結 語

POMT1基因變異通常導致較嚴重的α-DGP表型。盡管部分POMT1基因錯義變異的臨床表型較輕，但多數患者智力發育依然受到嚴重影響。α-DG并非POMT復合物的唯一作用底物，因此探索其他作用底物及作用機制對解釋臨床表型異質性十分必要。由于α-DGP患者對家庭和社會有巨大的精神壓力和經濟負擔，需要加強對高危人群的遺傳咨詢及產前診斷，降低α-DGP的發病率。隨著分子生物學治療手段逐漸運用于臨床，探索POMT1相關α-DGP的基因治療方法對改善患者癥狀及預后意義重大。

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（收稿日期：2023-05-17）

（本文編輯：林燕薇）