1例新生儿期发病氨甲酰磷酸合成酶1缺乏症的诊断方法

陈晓英，丁文玲，魏振英，刘秀香

1 青岛大学附属妇女儿童医院NICU，山东青岛 266000；2 潍坊市中医院新生儿科

氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ缺乏症（carbamoyl phos‐phate synthetase 1 deficiency，CPS1D）是由先天性氨甲酰磷酸合成酶1（CPS1）缺陷导致的一种遗传代谢性疾病，主要临床表现为高氨血症。CPS1D 是先天性尿素循环障碍的一种，为常染色体隐性遗传病。CPS1D 的发病具有明显的种族和地区特异性，美国发病率约为1/62 000［1］，日本约为1/80 万［2］，芬兰约1/54 万［3］，我国目前发病率尚不明确。CPS1D 可于任何年龄发病，临床表现高度异质性，新生儿期发病的患儿预后较差。雷海虹等［4］于2016年报道了国内首例基因诊断明确的CPS1D 患者。目前，国内外关于CPS1D 的临床报道仍较少。本研究回顾性分析了1例CPS1D 患儿的临床资料，总结其诊断方法，旨在提高临床对CPS1D的认知。

1 资料分析

患儿，女，3 天，因“发热、反应低下1 天”于2019年12 月21 日入我院。患儿系G2P1（因个人原因患儿母亲人工流产1次），37+6周经阴娩出，出生体质量2.8 kg，出生史无异常，出生时新生儿Apgar 评分均10分。患儿父母亲身体健康，母亲孕期查体无异常，否认近亲结婚、家族性遗传病史及传染病史。入院时查体：体温38.5 ℃，呼吸40次/分，心率180次/分。嗜睡状态，前囟平软，双侧瞳孔等大等圆，直径3cm，对光反射迟钝，全身皮肤苍黄，口唇发绀，呼吸浅表，双肺听诊无啰音。心音略低钝。四肢肌张力减低，原始反射引不出。前臂毛细血管再充盈时间4 s。

入院当天患儿血常规及凝血常规检查大致正常，机械通气后30 min 血气分析结果为PH 7.25，PCO240 mmHg，PO290 mmHg，HCO-313.4 mmol/L，实际碱剩余-9.4 mmol/L，乳酸5.6 mmol/L，随机血糖6.30 mol/L，总胆红素222.88 μmol/L，间接胆红素212.36 mol/L，白蛋白33.00 g/L，谷丙转氨酶21.25 U/L，谷草转氨酶50.07 U/L，钾4.50 mol/L，钠144 mol/L，钙1.85 mmol/L，磷1.99 mmol/L，肌酸激酶：476.62 U/L，肌酸激酶同工酶34.00 U/L，降钙素原：5.14 ng/mL，完善脑脊液检查，脑脊液常规及生化均无异常。入院第2、3 天血氨均>500 μmol/L，入院第4 天患儿血氨205 μmol/L。心脏超声检查可见患儿左室收缩功能稍低，射血分数58%。头颅超声检查可见双侧大脑半球弥漫性回声增强。血串联质谱检查结果可见患儿血清瓜氨酸4.31 μmol/L（正常7.8～40 μmol/L），精氨酸16.78 μmol/L（正常2～60 μmol/L）。尿液有机酸气相色谱分析结果可见尿乳清酸0 μmol/L，考虑患儿存在尿素循环障碍。

经家属签署知情同意书后，采集患儿及其父母外周血2 mL，由我院遗传科采用基因捕获配合高通量测序分析技术检测包括尿素循环障碍在内的94个遗传代谢病相关基因，Sanger 测序验证分析基因突变情况。患儿存在CPS1D 基因第19 号外显子chr2：211473230 位置c. 2238C>T（p. R780C）错义突变，导致第780位氨基酸由精氨酸突变为半胱氨酸，该突变外显子组整合数据库（Exome Aggregation Consortium，ExAC）记录的等位基因频率为0.001 6，且该突变相关疾病与患者临床表型高度吻合。该变异经SIFT、Polyphen-2 和MutationTaster 软件预测为致病性变异，据ACMG指南，该基因突变的致病性分析为疑似致病性变异。同时患儿存在CPS1D 基因第3 号外显子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P.D113V）错义突变，导致第113 位氨基酸由天冬氨酸突变为缬氨酸，该突变经SIFT、Polyphen-2 和Muta‐tion Taster 软件预测为致病性变异，据ACMG 指南，该基因突变的致病性分析为意义不明确变异。患儿母亲存在CPS1 基因第19 号外显子chr2：211473230位置c.2238C>T（p.R780C）变异，患儿父亲存在第3号外显子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P.D113V）变异。结合临床表现、实验室检查及基因检测结果，该患儿明确诊断为CPS1D。

入院后患儿自主呼吸进一步减弱，全身青紫，给予积极呼吸支持（气管插管和有创机械通气）、抗感染及对症支持治疗，患儿病情进行性加重，出现休克及浅昏迷表现，入院第2天血氨明显高于正常，予禁食、停用氨基酸及脂肪乳，应用精氨酸降低血氨，经治疗后，血氨降至205 μmol/L，自主呼吸改善，予撤呼吸机，意识状态为嗜睡状态，家长考虑患儿预后差，住院4天后放弃治疗。出院后3个月，门诊体格检查患儿严重发育迟缓，吸吮、吞咽能力差，体质量低于同月龄第3百分位，四肢肌张力明显增高，建议家长完善头颅磁共振进一步评估病情，家长拒绝后续检查。

2 讨论

CPS1是尿素循环中的限速酶，可催化尿素循环的第一步反应，将氨转化为氨甲酰磷酸，这一过程需要N-乙酰谷氨酸（N-acetyl-L-glutamate，NAG）作为辅助因子［5］。CPS1 缺乏时，将导致尿素循环障碍，血氨升高，而该循环中下游产物减少，尤其是瓜氨酸。此外，CPS1 参与嘧啶核苷酸的合成，其中间产物是乳清酸，因此CPS1D 可引起血氨明显升高，血瓜氨酸降低，尿乳清酸浓度降低。本例患儿的血串联质谱和尿有机酸分析结果符合相应表现。氨具有很强的神经毒性，血液中的氨能够自由通过血脑屏障，脑内的氨在星形胶质细胞中谷氨酰胺合成酶作用下转换为谷氨酰胺，当大量的氨进入大脑时，过量具有渗透活性的谷氨酰胺可引起星形胶质细胞肿胀，导致脑细胞毒性水肿。高浓度的氨还可以干扰神经细胞能量代谢，导致线粒体三羧酸循环障碍，ATP 生成减少，引起脑功能障碍和脑水肿。CPS1D临床表现与酶缺陷程度和血氨水平有关，血氨高于100 μmol/L，患者可表现为兴奋及行为异常，高于200 μmol/L 将出现意识障碍、惊厥，达到400 μmol/L 以上将出现昏迷、呼吸困难、智力低下，甚至猝死。

CPS1D根据发病年龄、临床表现及酶活力降低的程度分为两个表型：新生儿型和迟发型［6］。新生儿期发病的患儿病情凶险，早期多无特异性临床表现，短时间内进展至多脏器功能衰竭，甚至死亡，幸存者也多遗留严重的神经系统损伤。由于该疾病发病率低，起病突然，症状缺乏特异性，临床极易误诊。CPS1D患儿临床表现集中在反应低下、拒乳、抽搐、发热、呼吸困难等，均无特异性［4，7］。本研究报道的病例出生时无异常，生后3天起病，表现为发热、反应低下，早期表现缺乏特异性，初诊考虑感染性疾病，给予积极抗感染治疗，但患儿各项感染指标无明显异常，第2天血氨回报明显高于正常，结合血串联质谱瓜氨酸明显降低，尿有机酸分析乳清酸降低，考虑尿素循环障碍，高度可疑CPS1D。需要注意的是，N-乙酰谷氨酸（NAG）作为CPS1的激活剂，N-乙酰谷氨酸合成酶（N-acetyl‐glutamate synthase，NAGS）基因缺陷时，也可导致血瓜氨酸降低及尿乳清酸降低［8］，在临床上，与CPS1D的鉴别存在困难，确诊依赖于酶学或基因学的检测。

CPS1 主要在肝细胞表达，通过肝细胞活检酶学测定，检测到CPS1 活性丧失或低下可以明确诊断CPS1D，因为穿刺活检的风险，酶学检测的应用受到限制，目前确诊CPS1D 的主要手段是基因检测。人类CPS1 基因位于2q35，全长约120 kb，包含38 个外显子和37个内含子，编码1 462个氨基酸［5］。CPS1D都可以追溯到编码CPS1 酶的基因的突变。目前，GMD（http：//www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php）已报道的突变超过270 种，包括错义/无义突变，剪接缺失，小缺失/插入和大片段缺失。CPS1结构复杂，它包含两部分六个结构域，N末端约40-kDa，通过对同源性较高的细菌CPS 研究发现，N 末端包含两个功能域，亚单位间相互作用域（ISD）和谷氨酰胺酶亚结构域（GSD）［9］，C末端120-kDa，含碳酸氢钠磷酸化区域（BPSD），氨基甲酸盐磷酸化区域（CPSD），整合区域（ID）和N-乙酰谷氨酸结合域（ASD）［10］。CPS1D患者的症状严重程度取决于酶活性缺乏的程度。不同位点基因突变导致的CPS1D 临床表现呈现差异，提示CPS1 某些结构域对酶的空间折叠和功能起主要作用，位于BPSD、CPSD 和ASD 三个结构域的突变更易引起酶的活性降低，更易致病［9］。

本例患儿两个CPS1D 基因突变均为文献未报道的新发突变，c. 2238C>T（p. R780C）突变位于第19号外显子，定位于C末端的BPSD，为错义突变，在同一氨基酸位点，R780H、R780fs 为致病性变异［11］。BPSD 是CPS1 的一个催化活性中心，在BPSD 结构域，碳酸氢盐加一个ATP 分子通过磷酸化生成羧基磷酸盐，羧基磷酸盐与氨结合生成氨基甲酸酯，随后，氨基甲酸酯通过底物隧道迁移到CPSD，与另一分子ATP 结合，生成氨甲酰磷酸酯［10］。c. 2238C>T（p. R780C）突变可能影响了CPS1 催化中心的正常构型，从而使CPS1 活性降低。该变异经SIFT、Poly‐phen-2 和MutationTaster 软件预测为致病性变异，据ACMG 指南，该基因突变的致病性分析为疑似致病性变异。c.338A>T（P.D113V）突变位于第3号外显子，为错义突变，导致第113位氨基酸由天冬氨酸突变为缬氨酸，该突变经SIFT、Polyphen-2 和Mutation‐Taster软件预测为致病性变异，该突变定位于N末端ISD 区域。约有25%的CPS1 基因突变位于N 末端的ISD 和GSD 区域［12］。虽然目前对ISD 和GSD 区域的功能还缺乏足够的了解，但随着这一区域致病性突变基因的不断发现，证实ISD 和GSD 对于维持CPS1的正常活性具有重要意义。

CPS1D的治疗主要是通过控制饮食和应用降氨药物如苯甲酸、苯乙酸、L-精氨酸和L-瓜氨酸降低血氨水平，严重高血氨时可考虑腹膜或者血液透析，此类治疗仅仅是对症处理，病情稳定后可考虑肝移植。肝移植被认为是CPS1D 患者长期生存，并能改善预后的有效途径。研究［13］显示，高氨血症患儿在生后第1 年内进行肝移植预后较好。近年来，出现了新的药物和治疗手段，Carbaglu 是FDA 批准的一种用于治疗NAGS 缺陷的新药，有研究显示应用于CPS1D可有效降低血氨水平［14］。另外基因疗法正在探索当中，为CPS1D的治疗带来更多的希望［9］。

综上所述，新生儿期发病的CPS1D 主要临床表现为反应低下、意识障碍，尿素循环障碍，本例患儿CPS1 基因存在复合杂合突变，分别为第19 号外显子chr2：211473230 位置c. 2238C>T（p. R780C），及第3 号外显子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P.D113V），其中CPS1 基因第19 号外显子chr2：211473230 位置c. 2238C>T（p. R780C）变异来源于患儿母亲，第3 号外显子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P. D113V）变异来源于父亲。对出生时体征正常，出生后早期即出现喂养困难、反应低下、意识障碍、严重高血氨的患儿应考虑先天性尿素循环障碍可能，尽早完善血串联质谱、尿有机酸和氨基酸分析以及基因检测，明确CPS1D诊断，改善预后。