分析常染色体隐性多巴反应性肌张力障碍(AR-DRD)的临床特点及基因突变情况,探讨其治疗效果、随访结果及分子遗传学机制。
应用高通量测序技术对2016年4月至2017年9月首都儿科研究所附属儿童医院门诊收治的6例否认家族史的运动障碍疾病患儿进行全外显子基因检测,并采用Sanger测序技术进行家系验证分析突变来源。
1.临床特点:6例患儿均为婴儿期起病,伴肌力下降、肌张力异常,其中以肌张力减低为著。2.基因突变:6例患儿均存在酪氨酸羟化酶(TH)基因突变,5例患儿为复合杂合突变,1例患儿为纯合突变,共检测到5种突变:c.605 G>A 、c.601 C>T、c.364C>T、c.1412_1413insCCCCCAGGCCGTGC和c.646G>A。3.治疗效果:6例患儿经多巴胺治疗后运动功能改善,表现为肌张力及肌力均有不同程度改善。
携带c.605 G>A突变AR-DRD患儿对多巴胺治疗效果较好,该突变可能为国内外轻中度缺陷型AR-DRD常见变异位点。c.1412_1413insCCCCCAGGCCGTGC移码突变尚未被报道,为本研究新发现的TH基因致病性突变位点。
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多巴反应性肌张力障碍(DRD),又称Segawa病,患病率约为1/200万[1],是一种可治型遗传运动障碍疾病,其典型临床特点包括儿童期起病、临床症状晨轻暮重、小剂量左旋多巴治疗有显著且持久的效果。DRD按照遗传方式可分为常染色体显性遗传DRD(AD-DRD)和常染色体隐性遗传DRD(AR-DRD)。AD-DRD是由于三磷酸鸟苷(GTP)环化酶基因1(GCH1)突变导致GTP环化酶缺乏,多巴胺合成减少所致,占50%~87%;AR-DRD则是由于酪氨酸羟化酶(TH)基因突变导致儿茶酚胺类物质减少所致,在临床上较为少见[2]。相较AR-DRD而言,临床上AD-DRD较为常见,故国内外对DRD的基因报道多见于GCH1基因的研究[3,4],对TH基因突变报道较少[5],且检出率较低[6],迄今为止TH基因异常导致的AR-DRD仅有40余例报道,且大部分为个案报道[5],国内尚无AR-DRD临床及TH基因突变特点的系统性研究。现将首都儿科研究所附属儿童医院神经内科门诊诊治的6例AR-DRD患儿的临床资料及基因检测结果进行分析与总结,以探讨AR-DRD患者临床表型与基因突变的相关性。
收集2016年4月至2017年9月在首都儿科研究所附属儿童医院神经内科门诊首次确诊的6例AR-DRD患儿。6例患儿临床上以运动发育迟缓/倒退,伴肌张力异常为主要表现,4例患儿辅助检查:生化、血尿代谢筛查均正常,头颅磁共振成像(MRI)均无明显特异性表现。小剂量左旋多巴治疗反应迅速,疗效持久。诊断标准参照文献[7]。在进行本研究前,患儿监护人均知情同意,并签署知情同意书,并通过首都儿科研究所医学伦理委员会批准(伦审编号:SHERLL2013046)。6例患儿分别来自5个不同的家系,患儿1~4为散发患者,患儿5和6为同卵双生双胞胎姐妹。
对先证者和其父母各抽取静脉血2 mL,采用乙二胺四乙酸抗凝,置4 ℃冰箱保存,保温箱运送至实验室,使用核酸自动提取仪,使用BloodGen Midi Kit(CWBIO,China)试剂盒进行DNA的提取。
首先对DNA打断并制备文库,取1 μL制备好的文库样本,用Nanodrop 2000对文库样本进行定量,取3 μL制备好的文库样本,行10 g/L琼脂糖凝胶电泳实验,电泳结果片段大小为300~500 bp。使用安捷伦外显子芯片(Sure Select Human All Exon Kit V5)对目标基因编码区及临近剪切区的DNA片段进行捕获和富集,使用高通量测序仪HiSeq 2500进行测序。
Illumina HiSeq 2500获取原始短序列;去除测序数据中的接头和低质量数据等;把短序列用SOAPaligner软件定位到人类基因组数据相应的位置上,同时统计测序结果信息,短序列数量、目标区域覆盖大小、平均测序深度等。使用SOAPsnp在目标区域找出位点的基因型,同时过滤低质量值(质量值≤20)和低覆盖度(深度≤10)的SNP。利用共识编码序列(CCDS)、人类基因组数据库、单核苷酸多态性数据库(dbSNP)信息对SNP进行注释并删除不符合要求的点,确定突变位点发生的基因、坐标、mRNA位点、氨基酸改变、SNP功能(错义突变/无义突变/可变剪切位点)、点突变预测程序(SIFT)预测SNP影响蛋白功能预测等。
对于先证者高度怀疑的突变位点,采用Sanger测序,验证并明确突变的父母源。突变基因所验证位点设计引物,采用PCR仪器进行扩增,反应条件为:95 ℃预变性5 min,变性过程30 s,64 ℃退火30 s,72 ℃链延伸40 s,扩增30个循环;最后72 ℃补充延伸10 min,PCR的体系均为50 μL。
6例AR-DRD患儿平均发病年龄为5.8个月,发病年龄为1~10个月。男童起病较女童早,男童发病年龄(3.0±2.8)个月,女童发病年龄(7.3±2.0)个月。6例患儿中男2例,女4例,男女患儿比例为1︰2。6例患儿均存在肌力下降,四肢肌张力异常,运动发育迟缓/倒退,其中1例除存在运动发育落后外,还存在智力发育落后,4例患儿MRI均无明显异常,2例患儿未行MRI检查。小剂量左旋多巴治疗后,6例患儿运动功能改善,表现为肌张力及肌力均有不同程度改善,临床治疗有效。6例患儿的临床症状及小剂量左旋多巴治疗效果见表1。
病例 | 性别 | 发病年龄 | 主要临床症状 | 辅助检查 | 治疗后转归 |
---|---|---|---|---|---|
例1 | 女 | 10个月 | 智力运动发育倒退,四肢肌力、肌张力低 | 无 | 智力、运动功能改善 |
例2 | 男 | 5个月 | 运动发育倒退,四肢肌力低,双上肢肌张力高,双下肢肌张力低 | 血尿筛查,头颅MRI:双侧额颞顶叶脑沟略深,双侧脑室体部略大 | 运动功能改善 |
例3 | 女 | 5个月 | 运动发育倒退,四肢肌力、肌张力低 | 血尿筛查、头颅MRI、脑电图正常 | 运动功能改善,目前可独走,正常入托 |
例4 | 男 | 1个月 | 运动发育迟缓,四肢肌力、肌张力低 | 无 | 运动功能改善 |
例5 | 女 | 7个月 | 运动发育迟缓,四肢肌力低,肌张力高 | 血尿筛查、头颅MRI、脑电图正常 | 运动功能改善 |
例6 | 女 | 7个月 | 运动发育迟缓,四肢肌力低,肌张力高 | 血尿筛查、头颅MRI、脑电图正常 | 运动功能改善 |
注:MRI:磁共振成像 MRI:magnetic resonance imaging
对6例患儿行全外显子基因检测,在AR-DRD致病基因TH基因上共检测到5个罕见变异位点,分别为c.605 G>A 、c.601 C>T、c.364C>T、c.646G>A和c.1412_1413insCCCCCAGGCCGTGC。经家系Sanger验证,6例患儿父母双方均为TH基因突变携带者,6例患儿中5例患儿在TH基因上检测到2个罕见变异位点,为复合杂合突变,1例患儿在TH基因上检测到1个罕见变异位点,为纯合突变,均符合AR-DRD的遗传致病模式,见表2。5个罕见变异位点中c.605 G>A 、c.601 C>T、c.364C>T、c.646G>A,已有文献报道,c.1412_1413insCCCCCA-GGCCGTGC暂无文献报道,为TH基因上新的致病突变位点,见图1。经Mutation Taster进行预测,该变异虽未导致其蛋白长度发生改变,但会导致C端23个氨基酸序列改变,见图2A。经Mutation Taster软件预测该移码插入突变会导致部分二级结构的缺失,从而影响蛋白质的功能,见图2B。
注:TH:酪氨酸羟化酶 TH:tyrosine hydroxylase
注:TH:酪氨酸羟化酶 TH:tyrosine hydroxylase
先证者 | TH基因突变位点 | 外显子 | 纯合/杂合 | 突变类型 | 变异来源 | 遗传致病模式 | 文献报道 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
患儿1 | c.605G>A p.R202H | Exon5 | 杂合 | 错义突变 | 母源 | 复合杂合 | 已报道 |
c.601C>T p.Q201X | Exon5 | 杂合 | 无义突变 | 父源 | 已报道 | ||
患儿2 | c.605G >A p.R202H | Exon5 | 杂合 | 错义突变 | 母源 | 复合杂合 | 已报道 |
c.364C>T p.R122X | Exon3 | 杂合 | 无义突变 | 父源 | 已报道 | ||
患儿3 | c.605G>A p.R202H | Exon5 | 纯合 | 错义突变 | 父母 | 纯合 | 已报道 |
患儿4 | c.646G>A p.G216S | Exon6 | 杂合 | 错义突变 | 母源 | 复合杂合 | 已报道 |
c.1412_1413insCCCCCAGGCCGTGC p.R476fs | Exon13 | 杂合 | 移码插入 | 父源 | 未报道 | ||
患儿5 | c.605G>A p.R202H | Exon5 | 杂合 | 错义突变 | 母源 | 复合杂合 | 已报道 |
c.364C>T p.R122X | Exon3 | 杂合 | 无义突变 | 父源 | 已报道 | ||
患儿6 | c.605G>A p.R202H | Exon5 | 杂合 | 错义突变 | 母源 | 复合杂合 | 已报道 |
c.364C>T p.R122X | Exon3 | 杂合 | 无义突变 | 父源 | 已报道 |
注:转录本号为NM_000360.3;TH:酪氨酸羟化酶 The transcript is NM_000360.3;TH:tyrosine hydroxylase
AR-DRD患者的临床表型较AD-DRD患者更为复杂[8]。Leuzzi等[9]根据AR-DRD的临床特征,将AR-DRD分为2类:运动功能减退-强直伴震颤综合征和复杂性脑病。运动功能减退-强直伴震颤综合征患者通常在1岁前起病,且无家族史;复杂性脑病通常在出生几周内起病,进展迅速[10]。本研究中6例AR-DRD患者平均发病年龄为5.8个月,发病年龄1~10个月,起病年龄及临床表现均符合运动功能减退-强直伴震颤综合征。AR-DRD多见于女性,本研究中6例患儿中男女比例为1︰2,且男童起病较女童早。运动功能减退-强直伴震颤综合征型AR-DRD临床症状一般在出生3~12个月时出现,表现为运动减少、躯干肌张力明显减低、蛙样姿势和面具脸;其他表现包括痉挛性截瘫、深反射亢进、锥体束征、动眼危象、上睑下垂、瞳孔缩小等,但Babinski征阴性;还可有阵发性嗜睡、易激惹、出汗和流涎。部分患儿有明显的肌张力障碍和肌强直,而无上述症状。肌张力障碍从下肢开始,逐渐进展至全身,肌张力在2~5年进行性增高,导致肢体挛缩固定,生长受限。震颤也可见于该型患儿,以意向性震颤为主。临床症状亦可表现出日间波动现象,但不如AD-DRD明显。部分患儿伴智能发育迟滞、进展性脑病、惊厥和小头畸形[3,11]。本研究4例患儿肌张力减低、肌力下降,其中例1和例4临床表现为"松软儿",但其腱反射均可以引出。例1除运动发育落后外,还伴智力发育落后。一般认为,对于婴儿期起病,伴运动发育迟缓/倒退,伴肌力减低、肌张力障碍(特别是肌张力减低),和/或类帕金森症状,如震颤、动眼危象、上睑下垂和多汗、多涎等,患儿应考虑AR-DRD的可能。AR-DRD的常见治疗方法均为小剂量左旋多巴补充治疗(<300 mg/d),本组患儿应用左旋多巴治疗后症状均有明显改善,符合AR-DRD的诊断。
TH基因由Craig等[12]于1986年发现,编码TH,在酪氨酸转化成多巴胺的过程中需要TH及其主要辅助因子四氢生物蝶呤发挥功能,为儿茶酚胺合成的限速酶,在儿茶酚胺合成过程中起重要作用。如果TH基因发生突变,就会直接影响多巴胺及其下游产物的合成,从而导致儿茶酚胺类物质减少,引发一系列的临床症状如运动功能减退、动作迟缓、肢体僵硬、肌张力障碍、震颤、动眼危象、上睑下垂和多汗、多涎等类帕金森症状。
TH基因定位于11p15.5,由13个外显子组成,全长约为8.5 kb[13]。编码区包含3个重要的功能域:N端调控区,中部的四聚体区及C端的催化区。N端调控区主要负责TH活性的调节,中部的四聚体区主要为四聚体结合位点,对TH形成四聚体起维持作用,C端的催化区则主要为酶催化活性区域。人类基因突变数据库(HGMD)中TH基因上已有64个突变位点已被文献报道,以外显子区点突变为主,少部分为插入缺失。在点突变中又以错义突变为主,无义突变较少,且目前已报道的TH基因致病性突变位点主要发生在蛋白的3个保守性功能域上[14]。
本研究中6例患儿共涉及2个无义突变、2个错义突变和1个移码插入突变:其中c.364C>T被报道过1次,c.601C>T已报道过2次;其中5例患儿共有的错义突变c.605G>A(p.R202H)在文献中被报道多次,为国内外TH基因常见变异位点[5,15,16]。本研究中携带该变异位点的5例患儿对多巴胺治疗反应良好,与国内外c.605G>A患者对多巴胺治疗的疗效报道一致[15,16],表明该位点可能为国内外轻中度缺陷型AR-DRD常见变异位点。例4患儿携带c.1412_1413insCCCCCAGGCCGTGC移码插入突变,未被国内外文献报道,经Mutation Taster进行预测,虽未导致其蛋白长度发生改变,但可导致C端23个氨基酸序列改变,经Mutation Taster软件预测该移码插入突变会导致部分二级结构缺失,从而影响蛋白质功能。携带该变异的患儿肌力、肌张力均有下降,予多巴胺补充治疗后症状缓解,综合分析考虑其为新的TH基因致病位点,但仍需通过体外功能实验来进一步验证其致病性。
综上,DRD的临床表现复杂多样,TH基因引发的AR-DRD因无家族史更易被忽视,临床上鉴别诊断有一定困难[17]。之前的研究报道中,对入组的AR-DRD患者进行TH基因检测,检出率往往不足50%[6]。本研究6例患儿均为婴儿时期起病,且出现了严重运动障碍,曾被诊断为其他疾病,通过基因检测明确诊断,应用药物治疗效果显著,因此对于婴幼儿期起病的肌张力异常(特别关注肌力、肌张力均明显低于正常)患儿,基因检测确诊和早期治疗对患儿有至关重要的意义[18]。6例AR-DRD患儿中例1除运动发育落后外,还伴智力发育落后,然而根据TH基因突变类型,例5、例6与例1一样,均为p.R202H与无义突变组成的复合杂合突变,然而例5、例6并未伴智力发育落后症状,表明本研究中6例患儿基因突变类型与临床表型之间关系尚无明确关联,仍有待进一步研究。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突