黏多糖贮积症ⅣA型患者GALNS基因突变的研究进展

张 进，冉 红，曾宪海，张 鹏，邱书奇，

(1.遵义医科大学珠海校区，广东 珠海 519041；2.深圳市耳鼻咽喉研究所，广东 深圳 518172)

黏多糖贮积症ⅣA 型(mucopolysaccharidosis ⅣA)是一种由N-乙酰半乳糖胺-6-硫酸酯酶(Nacetylgalac-tosamine-6-sulfate sulfatase，GALNS)缺乏引起的常染色体隐性遗传病。GALNS是降解6-硫酸软骨 素(chondroitin-6-sulfate，C6S) 和硫酸角蛋白(keratan sulfate，KS)两种黏多糖(glycosaminoglycan，GAG)所必需的酶[1-2]。与其他溶酶体酶一样，GALNS有一个信号肽，它将新生蛋白质引导到内质网和高尔基体系统，在这个系统中，蛋白质通过N-糖基化和蛋白降解过程进行修饰[3]。GALNS 的缺陷导致KS 和C6S储存在溶酶体内，引起溶酶体功能障碍，破坏细胞功能和代谢，使组织和器官功能受损[4]。大多数黏多糖贮积症ⅣA 型患者不进行积极治疗会在20 岁之前死亡[5]。黏多糖贮积症ⅣA 型的临床表型包括膝外翻、髋内翻、后凸、隆胸、步态蹒跚、脊髓受压、关节松弛、肋部扩张、颈椎不稳、肺受损、腹疝和角膜混浊[6-7]。患者的诊断通常在5 岁前作出，大多数患者出生时表现并无明显异常，甚至部分患者的尿液总GAG水平也正常[8]。诊断黏多糖贮积症ⅣA 型的金标准是检测白细胞或成纤维细胞中GALNS 的活性和检测GALNS基因的突变[9-10]。本文总结了黏多糖贮积症ⅣA型患者GALNS基因突变的类型和频率、常见突变位点的地理分布、基因型与临床表型的关系，以期对临床患者的早期诊治提供参考。

1 GALNS简介

1979 年Glössl 等首次从人胎盘中分离纯化出GALNS[11]，Tomatsu 等在1991 年首次报道了GALNS基因全长，提出该基因在成纤维细胞中表达[12]。GALNS基因定位于人染色体16q24.3，长度约为50 kb，包含14 个外显子，cDNA 编码区长1 566 bp，编码含522个氨基酸的蛋白质[10]。GALNS是硫酸酯酶基因家族中的一员，目前已克隆了13个人类硫酸酯酶基因。硫酸酯酶基因产物在氨基酸水平上有20%～35%的相似性[13]。GALNS 的半胱氨酸残基在许多物种的硫酸酯酶蛋白中都是保守的，形成具有催化活性的硫酸酯酶需要对高度保守的半胱氨酸残基进行翻译后修饰[7，14]。GALNS 是一种同源二聚体糖蛋白，每个单体N-端结构域包含活性位点和反向平行的β-链，以及一个C-端曲折。活性部位具有α/β拓扑结构，由6 个α-螺旋为中心的核心10 链β-折叠组成，反向平行β-链由垂直于长α-螺旋的四链反平行β-折叠组成，其后的C-端曲折绕回N-端活性位点[15]。GALNS 的缺陷导致KS和C6S储存在溶酶体内，引起溶酶体功能障碍，破坏细胞功能和代谢是其主要的致病原因。也有报道GALNS 参与了与β-半乳糖苷酶、唾液酸酶-1 和保护蛋白/组织蛋白酶A蛋白的溶酶体复合体形成[16]。近年研究发现，GALNS的不同改变直接导致黏多糖贮积症ⅣA 型患者拥有不同的临床表型和疾病进程。因此，准确定位GALNS 的致病改变可能是对黏多糖贮积症ⅣA型患者进行早期干预和长期随访的关键一步。

2 GALNS基因突变类型和频率

GALNS的突变沿着整个基因和外显子分布，最常见的是错义突变，其次是无义突变、剪接位点突变以及插入和缺失突变[17-18]。目前报道的关于黏多糖贮积症 ⅣA 型患者的GALNS突变共有446 种。这些突变来自1 190名被诊断为黏多糖贮积症ⅣA型或新生儿筛查检测GALNS突变阳性的患者。最常见的变异是错义突变(65.0%)，其次是无义突变(8.1%)和剪接位点突变(7.2%)，以及小幅移码缺失或插入(7.0%)。其中968人(81.3%)有报告性别，45.9%为女性，54.1%为男性。上述报道的受试者基因型中GALNS变异纯合子有600例(50.4%)，复合杂合子442例(37.1%)，只有一个突变位点 的127 例(10.7%)，无突变位点的12 例(1.0%)[19]。变异发生在GALNS全长序列内，无特定“热点”变异区域。

3 GALNS基因常见突变位点的地理分布

黏多糖贮积症ⅣA型是一种罕见疾病，发病率在1/76 000～1/640 000。阿联酋的新生儿发病率约为1/71 000，丹麦为1/323 000，马来西亚为1/1 872 000，我国目前无相关流行病学调查报告[20-22]。在被诊断为黏多糖贮积症ⅣA 型或新生儿筛查基因检测GALNS突变阳性的1 190 例患者中，可以获得地理信息的有1 024 例(86.1%)。地理信息显示患者来自各大洲，且地域之间存在明显的突变位点异质性。各个国家/地区都拥有多个不同的特异性变异位点，在GALNS突变报道前10 位的国家/地区中，中国(77∶153)和意大利(64∶130)的特异性变异位点占比最大，巴西(30∶181)和哥伦比亚(14∶118)最小。各地域最常见的特异性变异位点及占比见表1，变异c.1156C>T[p.(Arg386Cys)]是10个代表国家中分布最为广泛的变异位点，出现在哥伦比亚、巴西、意大利、波兰和西班牙，占已鉴定变异位点的3.5%[19，23-25]。Tapiero-Rodriguez 等报告的变异c.485C>T[p.(Ser162Phe)]占哥伦比亚变异位点的12.9%，是哥伦比亚报道的唯一≥5 次的变异位点[24]。c.1023C>G[p.(Ser341Arg)]是巴西人中最常见的变异位点，占巴西人群中所描述变异位点的18.2%[25]。Moisan等于2020年报道的c.1171A>G[p.(Met391Val)]是加拿大最常见的变异位点，占所报道的加拿大突变位点的30.5%[26]。c.860C>T[p.(Ser287Leu)]是印度最常见的变异位点(占印度变异位点的8.3%)，但在中东地区等其他地区/国家也有该突变位点的报道(占中东变异位点的3.6%)。而c.95A>C[p.(Asn32Thr)]只在印度患者中被报道[27]。英国出现>5 次的唯一变异位点是c.337A>T[p(Lle113Phe)]，此变异位点在不列颠群岛的爱尔兰血统患者中比较常见[18]。我国最常见的变异位点是c.953T>G[p.(Met318Arg)](占我国总数的12.4%)，其他较高频的变异有 c.706C>G(p.G340D，8/78)、c.374C>T(p.P125L，7/78)、c.1097T>C(p.L366P，7/78)[17，28]。

表1 10个国家/地区GALNS基因特异性变异位点及占比

4 GALNS基因型与黏多糖贮积症ⅣA型的临床表型

GALNS突变具有很大的分子异质性，这间接反映了其临床表型的多样性。黏多糖贮积症ⅣA型疾病严重程度的评估既包括身高和生长的评估，也包括耐力、灵活性和日常活动(如剪指甲或梳头)的能力评估。黏多糖贮积症ⅣA型的经典临床表型包括身材矮小、关节松弛、鸡胸、漏斗胸、膝内翻/外翻畸形[7]。基因型与表型有直接的相关性，由于基因改变影响蛋白质的结构和功能，在生长表型受到严重影响的患者中更加明显。C6S和KS主要在软骨中产生，在溶酶体中的储存[29]，GALNS的异常导致了C6S和KS的代谢障碍，溶酶体中过量的C6S和KS破坏了软骨细胞的功能和代谢，直接影响软骨和骨的发育、骨化、生长以及继发的系统性骨骼发育不良[30-31]。Montaño 等报道68.4%的黏多糖贮积症ⅣA 型患者有严重的生长发育障碍，25%的患者有轻微或减弱的生长发育障碍[32]。黏多糖贮积症ⅣA型的非经典临床表型主要体现在呼吸系统、心血管系统、听力系统和牙齿异常等。这是由于GAG 沿上气道积聚诱导舌体、腺样体、扁桃体、声带的肥大和大下颌骨，在气管和颈胸段的积聚导致脊柱、肋骨和胸骨与气管入口处血管之间的生长不平衡，最终引起气管隆起和扭曲狭窄[33]。国内关于基因型与表型相关性的分析报道较少，郑文彬等报道了104 例有基因检测报告的患者中，高频突变c.953T>G(p.M318R)、c.706C>G(p.G340D)、c.374C>T(p.P125L)、c.1097T>C(p.L366P)中临床表型具有明显异质性，但患者几乎最终都出现骨骼及关节病变[17]。Zanetti 等通过对314名受试者中135个不同的变异体进行基因型-表型相关性分析，发现c.901G>T[p.(Gly301Cys)]是与经典性表型相关的最常见的变异，c.1171a>G[p.(Met391Val)]是与非经典型表型相关最常见的变异[19]。这些报道都说明了黏多糖贮积症ⅣA型的临床表型具有明显的异质性，但骨骼和关节病变是最常见的，并最终因骨骼、关节的病变导致了严重功能障碍，甚至危及患者生命。

5 展 望

黏多糖贮积症ⅣA型是一种罕见的遗传代谢性疾病，特点是伴发严重的全身性骨骼发育不良、呼吸道阻塞、脊髓压迫和心血管疾病等，这些问题严重威胁着患者的生命。黏多糖贮积症ⅣA型患者GALNS基因突变随机发生在全长序列中，但是GALNS常见突变位点与地理分布有关。GALNS的特异性突变导致黏多糖贮积症ⅣA型的临床表型具有明显的异质性。目前通过基因测序发现新突变类型和位点的手段已较成熟，GALNS的蛋白结构已被阐明，但是针对突变类型、位点与疾病进展、预后的研究较少；对阳性病例进行长期跟踪，对不同GALNS变异位点所导致的临床表型进行深入分析鲜有报道。因此，随着新突变位点的不断发现和新体外研究模型的提出，研究人员仍需进一步探索：①通过体内/外实验研究不同突变位点与GALNS酶活性的关系；②从基因水平阐述黏多糖贮积症ⅣA型发病的分子机制；③在体内/外对基因治疗的安全性和有效性进行验证。通过对黏多糖贮积症ⅣA型患者GALNS基因变异的回顾和分类，可以为基因治疗的研究提供理论依据并为疾病的诊断和治疗提供关键信息，便于临床医生做出更准确、及时的干预措施。