新生儿筛查发现的氨甲酰磷酸合成酶1缺乏症患儿长期随访研究

张詹明，童 凡，陈 迟，张 婷，钱古柃，杨 昕，黄新文，杨茹莱，赵正言

浙江大学医学院附属儿童医院遗传与代谢科 国家儿童健康与疾病临床医学研究中心，浙江 杭州 310052

CPS1缺乏症是由于CPS1（OMIM 608307）发生双等位基因致病性变异，导致CPS1（EC 6.3.4.16）功能缺陷所致。CPS1位于尿素循环第一步，是尿素循环的启动酶和限速酶，文献报道CPS1 缺乏症患者重症型居多，出现症状后治疗的患者病死率高或易遗留神经系统后遗症［1-4］。通过新生儿筛查早期发现和早期诊治是改善CPS1 缺乏症患者预后的重要手段［5-6］。CPS1 缺乏症新生儿筛查队列的长期随访资料报道较少，本研究基于浙江省新生儿筛查中心十年的筛查、随访数据，总结CPS1缺乏症患儿基因型及表型特点，探讨新生儿筛查对患儿长期预后的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象

以2013 年9 月1 日 至2023 年8 月31 日浙江省新生儿疾病筛查中心所有接受串联质谱检查并最终诊断为CPS1 缺乏症的患儿为研究对象。所有检查均经过患儿家长知情同意，研究方案通过浙江大学医学院附属儿童医院伦理委员会审查（2017-IRB-023）。

1.2 新生儿召回及诊断标准

采用血瓜氨酸作为CPS1 缺乏症筛查的关键指标，以血瓜氨酸低于正常值范围为筛查阳性标准召回新生儿；排除早产、饮食等继发因素，复查指标仍低者建议行基因检测。

CPS1缺乏症的诊断标准：①存在疾病相关特征性生化表型，如血瓜氨酸低、血氨高等；②检出CPS1双等位基因变异，同时排除具有类似生化表型的其他遗传性代谢缺陷病；③仅检出CPS1单等位基因变异病例，经长期随访与携带者鉴别显示表型符合［7-8］。

1.3 检测仪器及试剂

新生儿筛查滤纸（Schleicher&Schuell 903）为美国GE 公司产品；新生儿筛查试剂盒为美国PerKin Elmer 公司产品；串联质谱仪（Waters QuattroMicro API）为美国Waters 公司产品；外显子捕获试剂盒为美国Illumina 公司产品；聚合酶链反应试剂盒为日本TaKaRa公司产品。

1.4 串联质谱法检测血氨基酸及酰基肉碱谱

新生儿出生后48～72 h 足底采血，滴于滤纸，阴干后送检。干血斑经瓜氨酸、精氨酸、甲硫氨酸等11 种氨基酸及琥珀酰丙酮测定试剂盒处理后上串联质谱仪，采用非衍生法检测干血斑中的酰基肉碱。

1.5 高通量测序分析基因变异

采集患儿及其父母静脉血，送医院遗传实验室进行遗传代谢病靶向高通量测序，包含CPS1、ARD1、ASL、ASS1、SLC25A13、OAT、OTC、SLC25A15基因或家系全外显子基因检测。其中1例用新生儿筛查剩余的干血斑进行高通量测序，并经父母外周静脉血家系验证。采用SIFT（https：//sift.jcvi.org/）、PolyPhen-2（http：//genetics.bwh.harvard.edu/pph2/）、MutationTaster（https：//www.mutationtaster.org/）及HSF 软件（https：//hsf.genomnis.com/）等预测变异功能。

1.6 临床治疗和随访

疑诊CPS1 缺乏症的患儿立即采取饮食治疗（限制天然蛋白质摄入量、添加特殊奶粉）、口服瓜氨酸及精氨酸，监测瓜氨酸、精氨酸、血氨、肝肾功能、血气、电解质、血糖、乳酸等指标，根据病情调整饮食及药物剂量。血氨持续增高的患儿应用精氨酸、苯甲酸钠等。患儿急性期2～4 周复诊，以后根据指标控制情况1～3个月复诊，监测项目包括身高、体重、发育评估（包括ASQ 和格里菲斯发育评估量表）及上述生化指标等。监测患儿的身高、体重，其测量值分别处于同年龄身高、体重第25百分位及以上为正常；测量值小于同年龄体重、身高第25百分位为落后。

2 结果

2.1 筛查结果

共筛查新生儿4 056 755名，因血瓜氨酸低应召回2918 名，实际召回2870 名，排除营养不良、早产及其他等原因导致的血瓜氨酸降低，最后诊断CPS1 缺乏症6 例，其中男性3 例，女性3 例，CPS1 缺乏症的发病率约为1/676 126 活产新生儿。

2.2 基因检测结果

5 例患儿检测到CPS1基因的双等位基因变异，1例患儿仅检测到单位点基因变异。共检出10种变异类型，2种（c.2359C＞T、c.1549+1G＞T）为已知致病变异；8种为新报道变异，其中c.3405-1G＞T为经典剪接突变，c.2372C＞T、c.1436C＞T、c.2228T＞C、c.2441G＞A、c.3031G＞A为错义突变，c.3075T＞C为同义突变，c.390-403del 为移码突变。见表1。提示CPS1变异位点分散，以错义突变为主。

表1 6例氨甲酰磷酸合成酶1缺乏症患儿CPS1基因检测结果Table 1 CPS1 gene variations in six children with carbamoyl phosphate synthase 1 deficiency

2.3 临床监测结果

所有CPS1缺乏症患儿的父母均健康，非近亲婚配，否认不良孕产史。患儿随访至9个月～10岁，除1例（例3）于新生儿时期死亡，其余5例均存活。所有患儿初筛血瓜氨酸均降低（2.72～6.21 μmol/L，正常值范围7.14～37.00 μmol/L），并伴血氨不同程度增高，血氨峰值为72～304 μmol/L（正常值范围9～30 μmol/L）。其中例1 出生4 d 因“反应低下”拟“新生儿败血症”收入院，体检生理反射减低，入院第2 日即检测到血氨升高（203 μmol/L），同时伴血瓜氨酸降低（3.37 μmol/L）。例3新生儿期发病，新生儿筛查（血瓜氨酸2.72 μmol/L）召回时已在当地医院住院治疗，表现为发绀、嗜睡，起初考虑为感染性疾病，抗感染治疗效果欠佳，进一步检查发现血氨升高（304 μmol/L）。结果提示，瓜氨酸降低、血氨升高为CPS1 缺乏症的特征性生化表现。

2.4 治疗及随访结果

CPS1 缺乏症患儿在随访过程中血瓜氨酸的绝对值波动于3.34～120.00 μmol/L，血氨值波动于22～118 μmol/L。其中，例1 检测到血氨升高后立即予精氨酸泵注，后期给予精氨酸、瓜氨酸口服及对症支持治疗，住院7 d，血氨恢复正常，一般情况好转后出院，随访发现患儿存在明显饮食喜好偏差，不喜吃肉；例3发现血氨升高后经常规治疗无效后死亡，经家长同意利用新生儿筛查剩余的干血斑进行高通量测序，并用父母外周血标本进行家系验证，结果存在CPS1复合杂合变异；例6检出血瓜氨酸持续减少及血氨进行性增加至85 μmol/L，启动精氨酸口服治疗，后因基因仅检测到来自父源的单个变异（父亲血瓜氨酸正常），患儿临床未见异常，尝试停药1个月，重新出现血氨基酸及血氨等生化指标改变，并出现肌张力偏高表现，故予诊断，给予精氨酸及限制蛋白饮食。另外，例1 和例2 存在多动或学习障碍等问题；例5 随访过程中发现一过性嘴角抽动。5 例患儿接受ASQ 或格里菲斯发育评估量表评估均显示正常。存活患儿除例4 身高和体重均正常，其余4 例均合并身高或体重发育落后。见表2。提示通过新生儿筛查诊断并随访治疗的CPS1 缺乏症患儿大多预后较好。

表2 6例氨甲酰磷酸合成酶1缺乏症患儿临床资料及随访情况Table 2 The clinical data and follow-up information of 6 cases with carbamoyl phosphate synthase 1 deficiency

3 讨论

CPS1 缺乏症在新生儿中的发病率具有明显的地区差异，美国为1/1 300 000～1/60 000［9-10］，欧洲为1/300 000［11］，日本为1/320 000［12］。本文资料来源于浙江省新生儿筛查，样本较大，结果显示，405 万余名筛查新生儿中确诊CPS1 缺乏症患儿6 例，发病率约为1/680 000，低于日本和欧洲报道，提示CPS1 缺乏症在浙江人群中较为罕见。但是，由于新生儿筛查以血瓜氨酸作为关键指标，存在假阴性的可能，因此CPS1 缺乏症的实际患病率可能更高。

CPS1 缺乏症属于尿素循环障碍，由于CPS1参与催化尿素循环的第一步，是关键的限速酶，通常被认为是尿素循环障碍中症状最重的类型，临床常在新生儿期间发病，表现为高氨血症、呕吐、共济失调、嗜睡进展为昏迷，若在出现症状后再治疗，患者病死率高达50%，多数遗留神经系统后遗症［11］，少数晚发型患者的存活率超过90%［13］。CPS1 缺乏症患者典型的生化指标改变为血瓜氨酸减少、血氨增加。本文资料中，患儿初筛血瓜氨酸绝对值为2.72～6.21 μmol/L，并伴血氨不同程度增加，血氨峰值为72～304 μmol/L。其中3 例患者尿液检测提示尿乳清酸正常，与既往报道一致［14］。结果提示，血瓜氨酸减少、血氨增加为CPS1缺乏症相对特征性的改变，而尿有机酸检测的诊断价值有限。所有存活CPS1 缺乏症患儿经确诊后均定期监测瓜氨酸及血氨等指标，并及时根据检验结果调整饮食指导及药物治疗方案。患儿分别随访9 个月～10 年，除1 例新生儿期死亡，其余患儿目前均存活，且发育评估均正常。5 例存活患儿中，例1、例2 存在行为问题，包括注意力缺陷、多动、学习障碍等，例5、例6 分别出现一过性的神经症状，包括嘴角抽动、肌张力偏高。与文献报道中出现症状后再治疗的患者比较，本文资料经新生儿筛查早期诊断、治疗的CPS1缺乏症患儿的整体预后明显更优，其中80%患儿存在身高或体重落后的情况，考虑与限制天然蛋白饮食有关，建议CPS1 缺乏症患儿随访治疗过程中需加强营养评估及支持治疗。

CPS1缺乏症属于常染色体隐性遗传病，其致病基因CPS1位于染色体2q35，包含38个外显子和4500 个编码核苷酸，以错义突变多见，其他无义、剪接点突变、框移突变及小片段缺失亦有报道［15-16］。LOVD数据库（http：//www.LOVD.nl/CPS1）、HGMD 数据库（http：//www.hgmd.org/）等显示，超过240个CPS1致病性变异广泛分布在各个外显子中，多数为家族特有变异，这给CPS1 缺乏症患儿的基因诊断带来了巨大挑战。本文资料6例患儿检测到10 种不同的基因型，以点突变为主，包括1 个无义突变、1 个同义突变及5 个错义突变，另有2个剪接突变，1个移码变异，体现CPS1基因变异具有高度遗传异质性，与既往文献报道一致［15］。患儿最终经长期随访联合生化表型获得诊断。本文资料中基因改变以错义突变为主，如c.3031G＞A（p.V1011M）、c.2441G＞A（p.R814Q），通过SIFT、Polyphen-2 和MutationTaster 等多个软件对以上位点进行蛋白功能预测，均提示为“高度危害”。例1检测到c.2359C＞T 变异，即第2359位碱基胞嘌呤突变为胸腺嘌呤，导致过早产生终止密码子，可能导致编码蛋白的截短或由于无义介导的衰变而导致蛋白缺失。Rapp等［17］报道过此位点纯合变异的患者资料，并对其做了肝细胞活检酶学测定，发现该患者肝脏中检测的CPS1 活性完全丧失，且在9 个月后死亡。例1 在随访10年期间出现多次血氨升高，但经积极治疗后生长发育正常。例3 在新生儿期死于高氨血症，基因检测显示存在c.3075T＞C 和c.3405-1G＞T 变异，其中c.3075T＞C 虽为同义突变，推测也存在改变mRNA剪切、蛋白质空间位置，最终产生有害变异的可能［18］；而c.3405-1G＞T 为经典剪接突变，往往影响mRNA 剪切，导致蛋白质功能丧失［19］。例4存在c.1549+1G＞T 变异，该变异亦为经典剪接突变，经HSF 软件预测，该变异影响mRNA 剪切，进而可能影响蛋白质合成，该患儿目前一般状况良好。例6检测到的c.390-403del为移码突变，预测可导致多肽链合成提前终止。由于CPS1变异分散，多数为家系特有，本文资料未发现基因型与表型的相关性，有待进一步积累资料挖掘。

综上，浙江省CPS1 缺乏症较罕见；其变异位点分散，多为家系特有，这给CPS1 缺乏症基因诊断带来挑战，结合生化指标及临床表型是目前诊断CPS1 缺乏症的可行方案。新生儿筛查早期诊断规范治疗患儿预后较好。

志谢研究得到国家重点研发计划（2022YFC2703400）支持

AcknowledgementsThis work was supported by the National Key R&D Project of China (2022YFC2703400)

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

Conflict of InterestsThe authors declare that there is no conflict of interests

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