Harel-Yoon综合征一家系临床表型及ATAD3A基因变异分析

2024-01-09郑祎于欣雨张婷胡凌微周朵黄新文

浙江大学学报（医学版） 2023年6期

郑祎，于欣雨，张婷，胡凌微，周朵，黄新文

1.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

2.浙江大学医学院附属第一医院肝胆胰外科，浙江杭州 310003

ATAD3A基因位于染色体1p36.33，编码线粒体膜蛋白，对维持线粒体功能至关重要［1-2］。该基因变异可引起极为罕见的常染色体隐性或显性遗传病，临床表现异质性大，可有外观畸形、高乳酸血症、肥厚型心肌病、脑桥小脑发育不全等症状。截至目前，文献报道ATAD3A基因变异80例，临床表型包括HAYOS、PHIRNL、遗传性痉挛性截瘫等［2-4］。本文通过全外显子组测序确诊一个ATAD3A基因变异家系，探究其临床表现及基因特点，为遗传学诊断和咨询提供依据。本研究对象或其家属签署知情同意书，研究方案通过浙江大学医学院附属儿童医院医学伦理委员会审查（2021-IRB-292）。

1 临床资料

1.1 病历摘要

先证者女性，11 d，因“咳嗽伴口吐白沫3 d”入住浙江大学医学院附属儿童医院。先证者系孕39+2周单胎顺产娩出（孕2 产2），出生体重3.17 kg，出生时Apgar 评分正常，否认宫内窒息史和窒息抢救史，父母亲否认近亲婚配及家族遗传病史。入院时体重3.14 kg，身长50 cm，体温36.5 ℃，心率198 次/min，呼吸62 次/min，血压63/32 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）。患儿神志清，精神尚可，皮下脂肪薄，追声追视较差；心率快，心音弱，呼吸急促，未闻及明显杂音；四肢肌张力增高，上肢为主。实验室检查结果显示，白细胞计数12.3×109/L，中性粒细胞百分比30.5%，超敏C 反应蛋白0.54 mg/L；心肌损伤标志物升高：氨基末端脑利钠肽前体28 037.7 pg/mL（参考值＜300.0 pg/mL），肌红蛋白101.5 ng/mL（参考值2.75～31.03 ng/mL），肌酸激酶同工酶8.9 ng/mL（参考值＜5.0 ng/mL），特异性肌钙蛋白0.25 ng/mL（参考值＜0.40 ng/mL）；血浆乳酸4.0 mmol/L（参考值0.5～1.6 mmol/L），pH 值小于7.00；血串联质谱酰基肉碱检测辛酰基肉碱、癸酰基肉碱偏高，分别为0.45 μmol/L（参考值0.02～0.17 μmol/L）、0.51 μmol/L（参考值0.03～0.22 μmol/L）。心脏超声检查提示肥厚型心肌病，左、右心室收缩力减小，房间隔缺损，卵圆孔未闭，射血分数32%～69%。心脏磁共振检查提示左心室心肌不均匀增厚伴异常信号，伴少许纤维化。心电图检查提示T波改变及高侧壁ST段改变。胸部X线检查提示右下肺可见片状密度增高影。头颅磁共振检查提示双侧大脑半球脑白质及脑桥T2信号偏高，额颞部脑外间隙稍宽。脑电图检查正常。患儿住院3个月余，反复出现心力衰竭、高乳酸血症、喂养困难、体重不增，最终于3.5月龄时死于心肺功能衰竭。

先证者姐姐足月顺产娩出，出生时Apgar 评分正常，于18 d因“少吃少动2 d，反应差1 d”入住浙江大学医学院附属儿童医院。当时昏迷状态，肌张力减小，血气提示代谢性酸中毒，pH 值小于7.00，乳酸24.0～29.0 mmo1/L；心肌损伤标志物升高：乳酸脱氢酶1954 U/L，肌酸激酶1026 U/L，肌酸激酶同工酶活性539 U/L；胸部X线检查提示两肺渗出性改变，心影大。患儿当日即死于“新生儿败血症、心功能不全”。

1.2 基因检测结果及致病性分析

分别采集先证者和父母2 mL EDTA抗凝外周血，提取基因组DNA，利用序列捕获技术（Agilent SureSelect 系列试剂盒）将全基因组外显子区域DNA 捕获并富集后进行PE150 高通量测序（美国Illumina 公司），结果显示，先证者ATAD3A基因chr1：1463113（NM_001170535.3）Exon：14 和chr1：1463228（NM_001170535.3）Exon：14 存在复合杂合变异，为基因移码突变c.1492dup（p.T498Nfs*13）和错义突变c.1376T＞C（p.F459S），分别遗传自其父亲和母亲（图1）。将先证者姐姐的新生儿筛查干血斑进行基因检测（先证者父母提供），结果显示其ATAD3A基因存在与先证者相同的变异。

图1 先证者及其父母基因组DNA高通量测序结果Figure 1 High-throughput sequencing results of the proband and their parents

检索GnomAD、1000 Genomes、ClinVar、LOVD 和HGMD数据库，患儿两个变异位点均未见报道。根据美国医学遗传学和基因组学指南，c.1376T＞C（p.F459S）为错义突变，用SIFT、PolyPhen、FATHMM、MutationTaster软件预测均为有害突变，变异评估为“临床意义未明”；c.1492dup（p.T498Nfs*13）为移码突变，预测可导致多肽链合成提前终止，变异评估为“致病”。

将ATAD3A 氨基酸序列提交到i-TASSER 预测其三维结构，使用PYMOL 软件对新发错义突变的结构稳定性进行分析［5］。结果显示，野生型459 绿色位点的苯丙氨酸在被丝氨酸取代后，该区域苯基与周围氨基酸产生的疏水键变少，与周围原子产生的次级键变少，不利于维持蛋白质的三级结构，蛋白质稳定性下降（图2）。

图2 ATAD3A部分三级结构p.F459S变异的结构稳定性分析Figure 2 Structural stability analysis of the p.F459S variant of the partial tertiary structure of the ATAD3A protein

2 讨论

ATAD3A定位于染色体1p36.33，含16 个外显子，大小约22.5 kb，在人类中，ATAD3A复制两次形成ATAD3A、ATAD3B和ATAD3C串联排列的ATAD3基因簇［6］。ATAD3A在胚胎早期至成年期的所有组织中普遍表达，ATAD3B对ATAD3A起负调控作用，仅在人类胚胎干细胞中特异性表达，而ATAD3C可能是假基因［7］。三个高度同源的旁系同源阵列的遗传结构使该区域易发生基因重排［1］。ATAD3A编码的含有ATP 酶家族AAA 结构域的蛋白3 成员A 是一种线粒体膜蛋白，其羧基末端面向基质形成六聚体环状结构，氨基末端区域位于外膜与其他酶复合，参与线粒体嵴结构形成以及与内质网的连接交换，在线粒体生物发生、线粒体自噬、mtDNA 维持和胆固醇代谢中发挥重要作用［3，8-9］。ATAD3A缺失会导致小鼠、黑腹果蝇和秀丽隐杆线虫的早期胚胎或幼虫死亡，提示ATAD3A在胚胎发生中具有关键作用［4，10］。

ATAD3A基因变异导致的遗传病首次由Harel等［4］在2016 年报道，截至2023 年11 月共检索到80 例患者［1-4，11-24］，来自61 个家系，男女比例为45∶35，发病年龄为宫内26 周至儿童期，死亡52例（65.0%），死亡年龄中位数为1 个月（宫内36+6周～2 岁），最大随访年龄40 岁。主要临床表现有外观畸形（61.3%）、角膜浑浊或先天性白内障（57.5%）、高乳酸血症（57.5%）、肌张力减小（55.0%）、肥厚型心肌病（46.3%）、小脑萎缩或发育不全等中枢神经系统异常（50.0%），见附表1。其他表现包括代谢障碍（甲基戊二酸尿症、三羧酸循环中间产物增加），癫痫、急性脑病、多发性挛缩等神经系统表现，视神经萎缩、视力下降、畏光、眼球震颤等眼部表现及胎儿水肿、肺泡发育不全、肝肿大等。极少数患者有听力丧失、注意力缺陷多动障碍、牙釉质缺陷、桥本甲状腺炎、硬皮病等。

ATAD3A变异引起临床表型主要有三类。PHIRNL 为常染色体隐性遗传，常在宫内发病并在新生儿期死亡，临床表现严重，常有角膜混浊、癫痫发作、畸形面容和进行性脑桥小脑发育不全、呼吸功能不全症状，需要机械通气和重症监护［7，12］。ATAD3A变异导致的遗传性痉挛性截瘫为常染色体显性遗传，主要表现为双下肢或四肢痉挛性瘫痪及畏光、视力下降症状［11］。HAYOS为常染色体隐性或显性遗传，临床表现差异大，核心特征为发育迟缓、肌张力减退、痉挛、周围神经病变和肥厚型心肌病，常伴有高前额、三角面容、小颌畸形、低位耳、鸡胸、足部畸形等外观异常及智力缺陷；常见血浆和（或）脑脊液乳酸增多，头颅磁共振光谱乳酸峰升高，提示小脑萎缩或发育不全［4］。本文先证者及其姐姐于新生儿早期出现体格发育迟缓、难以纠正的高乳酸血症、代谢性酸中毒、肥厚型心肌病及肌张力减退，符合HAYOS诊断。

截至目前，报道的80例患者涉及的ATAD3A基因变异包括错义突变（36.27%）、重复突变（21.57%）、缺失突变（21.57%）、移码突变（8.82%）、剪接突变（6.86%）、无义突变（2.94%）和非编码区突变（1.96%）7种变异方式（附表2）。其中缺失突变中有4 例患者双等位基因ATAD3B/ATAD3A缺失（3.92%），未报道具体变异位点。基因变异类型与临床表型具有一定相关性。大片段缺失变异为隐性遗传，由于两条同源染色体的ATAD3A基因均缺失，细胞中ATAD3A表达显著降低，引起mtDNA聚集、胆固醇代谢异常，严重影响发育，绝大部分患儿于新生儿期死亡，磁共振提示小脑或脑干发育不全（85.7%）等［2，4］，表型为PHIRNL。大片段重复突变为显性遗传，源于非等位基因同源重组产生ATAD3A-C融合基因，ATAD3A中ATP酶结构域高度保守的精氨酸指（Arg466）在ATAD3A-C 融合蛋白中变为半胱氨酸，可能会抑制ATP 酶的活性，细胞中90%的ATAD3 六聚体掺入了ATAD3A-C 融合蛋白［3，25］。患者临床常表现为特征性的致命性围产期心肌病（77.3%）、持续性高乳酸血症（86.4%），脑桥小脑发育不全与周围神经症状较轻的HAYOS，其中g.1391996_1460043dup变异共报道12例，是截至目前报道最多的变异位点（11.8%）［17］。ATAD3A显性错义突变可能通过上调Ⅰ型干扰素的途径发挥致病作用，表现出较轻的小脑发育不全和更广泛的神经和多系统疾病，且常伴有自身免疫疾病［18］。其中c.1064G＞A（p.Gly355Asp）错义突变位于ATP 酶结构域的ATP 结合Walker A 子域，临床表型为遗传性痉挛性截瘫［2，4，11］。ATAD3A复合杂合无义突变目前仅报道2例，表现为明显的外观畸形、小脑脑干萎缩或发育不全、角膜混浊，分别于出生后6 和3 d 死亡，临床表型为PHIRNL［12］。移码突变和错义突变复合杂合变异共报道3个家系6 例患者［1，15］，移码突变位于ATP 酶结构域中，而错义突变位于ATP 酶结构域外。6例患者随访期间均存活，其中5 例年龄在17 岁及以上，临床表现为发育迟缓、周围神经系统病变、肌张力减低、下肢痉挛、先天性白内障、视力下降等。本文先证者及其姐姐为移码突变和错义突变复合杂合变异。但这两个变异均位于ATP 酶结构域，对ATAD3 表达及活性影响较大，结构预测有害，导致本家系的两例患者发病时间早，肥厚型心肌病和高乳酸血症症状突出，生存时间短暂。

目前，ATAD3A基因变异尚无有效治疗方法，以对症支持治疗为主。生酮饮食可能通过改善线粒体功能、促进线粒体生成延缓患者小脑萎缩进展［21，26］。该基因变异患者预后差，随访期间死亡52例（66.7%），中位数年龄1 月龄，致死性的新生儿脑桥小脑发育不全是重要的死亡原因，存活患者往往遗留神经系统症状。

综上所述，本文报道了一个ATAD3A基因复合杂合变异导致HAYOS 的家系两例病例，第一例突发死亡没有明确遗传学病因，导致第二胎又出现同样病例，因此对于早发不明原因心功能不全、代谢性酸中毒、高乳酸血症、小脑或脑桥发育不全、肌张力低下的患儿，即使死亡的患儿，应尽早完善基因检测明确遗传学病因，指导产前诊断以避免同样病例再次出生。

本文附表见电子版。