拓展GLUL相关发育性及癫痫性脑病的临床与遗传谱系：新致病机制与表型多样性研究

本研究聚焦GLUL基因变异导致的发育性及癫痫性脑病（DEE），通过鉴定新型杂合de novo变异（包括剪接位点c.-13-1G>C和错义变异c.604T>C），首次证实错义变异亦可引起常染色体显性（AD）遗传类型。RNA测序验证剪接变异导致N端降解元（degron）缺失，揭示其功能获得性机制。研究扩展了AD型GLUL相关DEE的表型谱，发现肌张力增高、脑萎缩及深部灰质T2高信号等新特征，并揭示生化指标与基因型-表型关联的异质性，为精准诊断与机制探索提供关键依据。

　　

在大脑的精密化学工厂中，谷氨酰胺合成酶（Glutamine Synthetase, GS）堪称一位至关重要的调度员——它由GLUL基因编码，负责将兴奋性神经递质谷氨酸（glutamate）和有毒废物氨（ammonia）转化为谷氨酰胺（glutamine），从而维持神经系统的稳态平衡。一旦这条“谷氨酸-谷氨酰胺循环”发生故障，便可能引发严重的脑发育与功能异常。过去的研究表明，GLUL基因的双等位基因功能缺失性变异会导致常染色体隐性（AR）遗传的先天性谷氨酰胺缺乏症，患者出现发育迟缓、癫痫和肌张力低下等症状；而近年来科学家们又发现了另一类截然不同的机制：某些位于5'非翻译区（UTR）的杂合变异可通过“起始密码子丢失（start-loss）”机制，促使翻译从下游甲硫氨酸（Methionine 18）起始，产生缺失N端降解元的截短型GS蛋白。这种变异导致GS蛋白稳定性增加、降解受阻，从而引起功能获得性（gain-of-function）效应，引发常染色体显性（AD）遗传的发育性及癫痫性脑病（DEE）。然而，截至目前全球仅报道了6例AR患者和10例AD患者，人们对GLUL相关DEE的临床和遗传谱系认知仍十分有限。

为了深入探索这一疾病，来自首尔国立大学儿童医院的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。他们通过对三名无关的DEE患者进行遗传学分析，发现了两例新型候选变异（c.-13-1G>C和c.604T>C）和一例既往已报道的剪接位点变异（c.-13-2A>G），并首次提出错义变异也可能导致AD型疾病。研究不仅通过RNA测序（RNA-seq）在肌肉组织中验证了剪接变异引起的起始密码子跳读机制，还详细描述了患者独特的临床特征（如肌张力增高、脑萎缩和深部灰质T2高信号），揭示了疾病表型的广泛异质性。这些发现显著拓展了我们对GLUL相关疾病机制的理解，为未来精准治疗提供了重要线索。

本研究主要采用了以下关键技术方法：首先对患者及父母进行三重全外显子组测序（trio whole-exome sequencing）和全基因组测序（whole-genome sequencing），使用Illumina技术进行测序并与参考基因组hg38比对；利用Genome Analysis Toolkit（GATK）流程进行变异调用，并通过SpliceAI、REVEL等算法预测变异致病性；对一名患者进行肌肉组织批量RNA测序（RNA-seq），使用STAR软件进行比对并通过ggsashimi可视化剪接事件；使用Sanger测序验证新变异及其de novo来源；此外还整合了gnomAD、BRAVO、KOVA等群体数据库进行变异过滤。

遗传变异鉴定与功能分析

研究人员在三名无关的韩国DEE患者中鉴定了三个de novo杂合GLUL变异。患者1携带既往报道过的c.-13-2A>G剪接位点变异，患者2携带新型c.-13-1G>C变异（位于外显子2的5'UTR经典剪接受体位点），而患者3则携带新型错义变异c.604T>C（p.Trp202Arg）。SpliceAI预测这两个剪接位点变异均导致原始剪接受体丢失（delta得分=1.00），并激活下游26 bp处的新剪接位点。RNA测序结果在患者2中证实了这一预测：35%的转录本发生外显子1-2异常剪接，跳过了正常起始密码子，与既往报道的“起始丢失”机制一致。错义变异p.Trp202Arg经Sanger测序验证为de novo，且未被任何群体数据库收录；该位点在不同物种中高度保守（phyloP得分高达8.775），多种计算机预测工具均支持其致病性。

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C变异）的RNA测序结果，显示异常剪接事件（跳过起始密码子），而正常对照组未见该事件。'>

临床表型与影像学特征

三名患者均表现出癫痫和全面性发育迟缓（GDD）的核心症状，但临床经过和治疗反应各异。患者1（6岁男性）在3月龄时出现婴儿痉挛症，后期转为全身强直-阵挛发作，脑MRI显示脑萎缩、丘脑T2高信号和胼胝体发育不良；患者2（7岁男性）同样在3月龄起病，表现为全身强直和肌阵挛发作，MRI可见基底节和丘脑对称性T2高信号伴血管周围间隙增宽；患者3（4岁女性）则早在4周龄即出现强直发作，并伴有小头畸形和严重痉挛状态，随访MRI显示广泛脑白质体积丢失和胼胝体变薄。值得注意的是，所有患者均曾出现血氨升高（最高227μg/dL），但血浆谷氨酰胺水平均正常，脑脊液（CSF）氨基酸分析也未显示一致异常。

基因型-表型关联与疾病谱扩展

本研究首次将AD型GLUL相关DEE的性别范围扩展至男性（患者1和2均为男性），否定了既往关于“仅女性受累”的推测。此外，患者表现出的肌张力增高（而非既往AD病例典型的肌张力低下）、脑萎缩和深部灰质病变等特征，均为既往AD病例中未报道的新表型。错义变异携带者（患者3）甚至表现出更接近AR类型的特征（如小头畸形和严重脑萎缩），提示不同变异类型可能导致差异性的病理机制。生化分析显示，AD型患者并未呈现一致的“功能获得性”生化模式（即高谷氨酰胺/低氨），其谷氨酰胺和氨水平存在显著异质性，降低了生化检测对AD型疾病的诊断价值。

机制探讨与未来方向

本研究中错义变异p.Trp202Arg的发现挑战了既往“AD疾病仅由起始密码子丢失机制引起”的认知。研究者提出两种可能机制：一是该错义变异直接导致功能获得效应（类似截短变异）；二是通过显性负效应（dominant-negative effect）干扰GS同源十聚体（homomeric decamer）的正常组装与功能。此外，GLUL基因对功能缺失性变异的高度约束性（LOEUF=0.38, pLI=1）说明单倍体不足可能具有早期致死性，这解释了为何患者中仅见错义变异（可能保留部分功能）而非截短变异。这些发现揭示了GLUL相关疾病的复杂机制，强调了功能实验和更多病例积累对彻底阐明病理机制的必要性。

该研究通过精准的遗传学分析和详细的临床评估，显著拓展了GLUL相关发育性及癫痫性脑病的临床与遗传谱系。不仅确认了剪接变异通过N端降解元缺失导致功能获得性效应的已知机制，还首次提出错义变异亦可引起常染色体显性遗传类型，并揭示了深部灰质病变、脑萎缩等新的神经影像学特征。研究强调了表型与生化指标的异质性，挑战了既往基于生化水平的功能分型理念，为临床诊断与遗传咨询提供了关键依据。未来需要更多功能实验以揭示错义变异的具体机制，并探索针对GS稳定性调节的治疗策略，最终改善这类罕见脑病患者的预后。