DHTKD1 基因复合杂合变异致α-酮己二酸尿症1 例报告

王红霞 潘 翔 逯 军

中南大学湘雅医学院附属海口医院（海南海口 570208）

α-酮己二酸尿症（OMIM: 204750）是一种赖氨酸、羟赖氨酸和色氨酸降解代谢紊乱的遗传性疾病，最早于1974年被发现和描述[1]，可伴随己二酸、α-羟基己二酸和α-氨基己二酸水平升高。具有上述生化特征的患者，其临床表型较为广泛，从生长发育迟缓、智力低下、肌张力异常、癫痫、共济失调、精神行为异常到完全正常（少数）[2]。该病是由编码α-酮戊二酸脱氢酶复合物E1亚基的DHTKD1基因致病性变异引起，迄今为止，已报告了20余例。与许多遗传代谢病类似，受致病基因变异位点差异和个体代谢代偿水平差异等因素影响，α-酮己二酸尿症患者临床表现存在异质性，仅仅通过临床表现有时较难作出诊断，确诊往往需要进行血尿有机酸分析和基因检测。人类DHTKD1基因定位于染色体10p14区域，包含17个外显子，可编码919个氨基酸，基因开放阅读框长度为5202bp。DHTKD1基因编码的关键蛋白可以促进α-酮己二酸转化为戊二酰辅酶A（戊二酰-CoA），DHTKD 1基因致病性变异使得该转化过程受阻，α-酮己二酸蓄积[3]。本文报道1 例DHTKD1基因复合杂合变异致α-酮己二酸尿症患儿临床及基因变异特点，为该病的早期干预提供参考。

1 临床资料

患儿，男，2 岁8 月龄。因行为异常半年，间断抽搐3 次于2021 年07 月就诊于中南大学湘雅医学院附属海口医院儿科。患儿于就诊前半年开始出现行为异常，表现为行为刻板，时有自言自语，较少与人主动对视和言语交流，身体协调性差，易磕碰、摔倒。病程中曾有间断抽搐3次，无明确诱因，均表现为全身强直大发作，每次持续约1～2 分钟，可自行缓解，未予特殊治疗。患儿系G1P1，足月顺产，出生体重2 500 g，无产伤、窒息史，3 月龄抬头，6 月龄独坐，1 岁可独走。目前仅能发“爸爸、妈妈”等简单复音。父母均体健，否认近亲结婚和家族遗传病史。入院体格检查：脉搏105 次/min，呼吸27 次/min，体重13 kg（P10～P50），身长87 cm（＜P3），头围48 cm（P10～P50）。心、肺、腹无特殊。四肢肌力、肌张力和肌容积正常，生理反射存在，病理反射未引出。辅助检查：①尿有机酸分析中α-酮己二酸142.2 μM（0.0～5.0 μM），己二酸21.3 μM（0.0～15.0 μM），α-羟基己二酸82.6 μM（0.0～15.0 μM）；②动脉血气分析（含乳酸）中pH 值7.297，乳酸2.31 mmol/L，剩余碱-8.9 mmol/L，碳酸氢根6.7 mmol/L，阴离子间隙18.8 mmol/L；③其他，血氨基酸、酰基肉碱谱、肝功能、肾功能、电解质和心肌酶学指标未见明显异常。头颅MRI未见明显异常。住院期间给予补液、苯巴比妥钠注射液预防抽搐（天津金耀药业，2.5 mg·kg-1·次-1，Bid）等对症处理。

为进一步明确发病原因，经医院医学伦理委员会审核批准[批文编号：2019-（伦审）-41]和患儿家属知情同意后，对患儿及家系行基因全外显子和拷贝数变异检测。采集患儿及父母外周静脉血各2 mL，提取基因组DNA 并打断，构建基因组文库。通过探针杂交捕获目标基因外显子及毗邻剪接区域（约20 bp），并进行富集和高通量测序，目标区域平均测序深度为231.86 X。将测序结果与UCSC 提供的hg19人类基因组参考序列进行比对，经过GATK 的HaplotypeCaller 找出其中的SNV 和InDel 变异，通过gnomAD、dbSNP、OMIM、HGMD、ClinVar、Decipher 数据库和SIFT、Polyphen2、LRT和MutationTaster等蛋白预测软件进行注释和筛选。采用xhmm和clamms算法对探针覆盖区域进行拷贝数变异分析。结果显示，患儿DHTKD 1基因存在复合2 个杂合变异：c.2501 G＞A 来源于母亲，Sanger测序进一步验证了该变异的存在（图1）；14-17号外显子拷贝数缺失变异来源于父亲，缺失片段长度约3.226 kb（chr10:12159671-12162887区域），经实时荧光定量PCR（qPCR）进一步验证了该变异的存在（图2，表1）。上述两个变异位点均属于罕见变异，经14种蛋白预测软件预测上述变异会对基因表达产生有害影响，可导致蛋白功能损害。

表1 qPCR检测相对DNA定量值

图1 DHTKD1 基因点变异Sanger 测序图

图2 DHTKD1 基因14-17 外显子杂合缺失的qPCR 验证结果

患儿存在自闭症样行为异常和抽搐的临床表型，尿有机酸分析提示α-酮己二酸尿明显升高，结合患儿基因检测发现DHTKD1基因存在致病性复合杂合变异，考虑诊断为α-酮己二酸尿症。诊断明确后，嘱其日常低蛋白饮食，避免过多摄入富含赖氨酸的食物。针对自闭症表现，在儿童康复专科医师参与下，规范实施机构结构化教育联合家庭康复训练治疗（ABA应用行为分析干预、语言训练、游戏治疗等）。随访至2022 年02 月，家属述患儿抽搐次数减少，行为异常有所改善，复查尿有机酸分析提示α-酮己二酸、己二酸和α-羟基己二酸较前回降（α-酮己二酸49.2 μM，己二酸12.9 μM，α-羟基己二酸28.3 μM）。见图3。

图3 患儿诊治时间轴

2 讨论

尿有机酸是蛋白质、脂肪酸和碳水化合物等营养物质在体内分解代谢过程中产生的中间产物，可通过尿液排出。正常情况下，这些中间产物在体内迅速转化，所以在人体中含量极低；当某些酶缺陷时，可导致人体代谢发生障碍，大量有机酸在体内蓄积，血浓度增高，并从尿中大量排出，称为尿有机酸代谢病（有机酸尿症），可通过患者的尿液有机酸分析以了解有机酸是否在体内蓄积。脱氢酶E1和转酮醇酶结构域1（dehydrogenase E1 and transketolase domain containing 1，DHTKD 1）基因位于10 号常染色体短臂1 区4 带，于2000 年首次被Nagase 等克隆[4]，其编码的蛋白质与α-酮戊二酸脱氢酶或α-酮戊二酸脱氢酶样蛋白极为相似，有着相同的PRY和TPP 结构域，被认为是α-酮戊二酸脱氢酶或其他脱氢酶复合体的E1组分。DHTKD1在α-酮己二酸向乙酰-CoA 代谢的过程中起到辅助作用，其致病性变异可以导致常染色体隐性遗传的α-酮己二酸尿症。

目前研究证实，α-酮己二酸尿症是由赖氨酸、色氨酸和羟赖氨酸降解代谢障碍造成的。赖氨酸属于碱性生酮氨基酸，它的主要降解途径为酵母氨酸途径，大部分代谢反应在线粒体内进行，经过一系列反应，最终会生成乙酰-CoA；人体内95%以上的色氨酸的降解主要通过犬尿氨酸途径进行，通过该途径形成的α-酮己二酸可通过线粒体载体蛋白SLC25A21转运到线粒体内；羟赖氨酸通过磷酸化等代谢过程亦会转化为α-酮己二酸。由此可见，α-酮己二酸是上述三种氨基酸在人体内降解代谢的共同产物，DHTKD 1基因变异使α-酮己二酸向戊二酰-CoA 转化发生障碍，α-酮己二酸会逐渐蓄积增多[5]。体内蓄积的部分α-酮己二酸亦可向α-羟己二酸和己二酸转化，引起体内α-羟己二酸和己二酸水平增高，并随尿液排出。

检索国内外文献，检索时间为建库至2022-08-01，以“α-酮己二酸尿症”为检索词，检索中国知网（https://www.cnki.net/）和万方医学网（http://med.wanfangdata.com.cn/），暂未发现DHTKD 1基因变异导致α-酮己二酸尿症的病例报道。以“Alphaketoadipic aciduria”[Title/Abstract]为检索式，在PubMed 医学数据库（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）进行检索，共检索到15篇英文文献，其中纳入病例报道的文献11篇，涉及病例数有21例，较常被描述的临床表型有：生长发育迟缓/智力低下、代谢性酸中毒、癫痫、共济失调、畸形、肌张力减低、运动发育迟缓、语言发育迟缓、行为异常（如自闭症样特征和注意缺陷多动障碍）和肌震颤等，部分α-酮己二酸尿症患者并无明显症状。剔除非临床病例报道和临床资料不全的文献，归纳临床资料较为完整的DHTKD1基因变异致α-酮己二酸尿症病例的遗传学与临床特点，见表2。

表2 DHTKD1基因变异致α-酮己二酸尿症患者的遗传学和临床特点

α-酮己二酸尿症最早于1974年被描述，Fischer等[1]在年龄分别为9 岁和10 岁的两名患儿中观察到此代谢异常，将其归因于赖氨酸代谢缺陷，其中1 例患儿有轻微的智力低下，而另1 例患儿智力正常。同年有学者在1 例6 岁智力低下男孩身上发现了相同代谢异常，经过3 个月的吡哆醇口服治疗后，其血尿异常代谢指标明显好转[7]。2012 年，Danhauser 等首次通过全外显测序在两例α-酮己二酸尿症患者中发现了DHTKD 1基因变异，并通过细胞功能实验证明了DHTKD 1活性降低是患者产生α-酮己二酸尿症的原因[8]。目前有关α-酮己二酸尿症治疗的研究资料较少，多为对症治疗，α-酮己二酸是赖氨酸、色氨酸和羟赖氨酸降解代谢产物，避免摄入富含上述氨基酸的食物在一定程度上可以减少α-酮己二酸在人体的蓄积。既往有报道低赖氨酸饮食（70 mg·kg-1·d-1）、低色氨酸饮食（17 mg·kg-1·d-1）和低蛋白饮食（1.5g·kg-1·d-1）对α-酮己二酸尿症患儿发育落后、抽搐和反复感染等症状有缓解作用[9-10]。对部分伴有α-氨基己二酸尿症和反复癫痫发作的患者，常规予抗癫痫药物治疗效果欠佳时，予吡哆醇（15～30 mg·kg-1·d-1）口服可能有效[11]。

本例患儿因行为异常和抽搐就诊，头颅MRI 检查并无异常发现，尿有机酸分析提示α-酮己二酸、α-羟基己二酸和己二酸均有升高，以α-酮己二酸升高最为明显，提示患儿存在α-酮己二酸尿症。全外显子检测和拷贝数变异分析发现，患儿DHTKD1基因存在复合杂合变异，属有害变异，对蛋白功能产生损伤。结合患儿临床和生化表型，以及国外文献报道，考虑患儿DHTKD1基因复合杂合变异是其α-酮己二酸尿症的病因，给予康复训练治疗和日常低蛋白/低赖氨酸饮食后，患儿症状有所改善。综上，有机酸分析明显异常的患儿，通过全外显子检测联合拷贝数变异分析方法，可以在一定程度上提高病因诊断，避免误诊和漏诊，有利于及早干预以改善预后。