综述：PMM2-CDG 基因型 - 表型相关性的全面更新：来自分子和结构分析的见解

本文聚焦磷酸甘露糖变位酶 2 缺乏症（PMM2-CDG），深入探讨其基因型与表型的相关性。通过分析 41 个错义突变，从分子和结构层面揭示突变对 PMM2 蛋白的影响，为理解疾病机制、评估病情及开发个性化疗法提供重要依据。

　　

引言

先天性糖基化障碍（Congenital disorders of glycosylation，CDG）是一大类由糖基化相关蛋白变异引起的遗传疾病。其中，磷酸甘露糖变位酶 2（PMM2；MIM# 601785）催化葡萄糖 - 6 - 磷酸（G6P）转化为葡萄糖 - 1 - 磷酸（G1P），主要是催化甘露糖 - 6 - 磷酸（M6P）转化为甘露糖 - 1 - 磷酸（M1P） ，这一过程需要葡萄糖 - 1,6 - 二磷酸（G16BP）或甘露糖 - 1,6 - 二磷酸（M16BP）作为激活剂。M1P 是鸟苷二磷酸甘露糖（GDPM）的前体，为 N - 糖基化的脂质连接寡糖（LLO）前体 —— 磷酸多萜醇甘露糖（Dol-P-M）的合成提供甘露糖。简单来说，N - 糖基化代谢途径是将聚糖前体（Dol-P-M）共价连接到蛋白质上，更准确地说是连接到蛋白质天冬酰胺残基酰胺基侧链的氮原子上，连接位点为 AsnX-Ser/Thr（X 代表除脯氨酸外的任何残基）。

PMM2 基因变异会导致 PMM2-CDG（磷酸甘露糖变位酶 2 缺乏症；MIM# 212065），这是最常见的 N - 糖基化障碍疾病，属于常染色体隐性遗传病和 CDG-I 型。该疾病临床表现多样，与 LLO 的生物合成和转移缺陷有关，会导致众多糖蛋白低糖基化，进而累及多个器官系统，对神经系统影响尤为显著，可引发共济失调、癫痫、肌张力减退、小头畸形、周围神经病变、类似中风发作和发育障碍等症状 。此外，还会出现脂肪分布异常、面部畸形、乳头内陷、斜视、凝血和内分泌异常等症状。PMM2-CDG 患者表型严重程度不一，从轻度到严重的新生儿多器官受累表型都有。

目前已报道超 1000 例患者，估计出生发病率在 0.06/100,000 - 5/100,000 之间，约 20% 的患者在出生后前四年死亡 。遗憾的是，目前仅有对症治疗方法。由于致病突变数量较多，且患者数量有限，确定 PMM2-CDG 的基因型 - 表型相关性颇具挑战。但这种相关性对了解疾病病因、预后、进展和严重程度至关重要，还有助于开发基因组个性化疗法。结构分析可作为探究 PMM2-CDG 错义突变分子影响的有效工具，本综述将 41 个错义突变对 PMM2 结构和 / 或功能的分子影响与表型结果、临床严重程度和酶活性数据相关联进行分析。

PMM2 错义变体

截至目前，已鉴定出 142 种 PMM2 变体，其中 133 种为错义变体，p.Arg141His（c.422G>A）最为常见 。然而，尚未发现纯合（p.Arg141His/p.Arg141His）患者，这表明该纯合突变可能导致蛋白质无活性，无法维持生命 。实际上，大多数 PMM2-CDG 患者为复合杂合子，一个等位基因携带低表达变体，另一个等位基因携带功能缺失变体 。Briso-Montiano 等人的一项新研究预测了错义变体对 PMM2 实验结构的影响，并根据其对 PMM2 功能的潜在影响机制进行分类，包括：（1）激活剂结合；（2）催化；（3）二聚化；（4）帽状结构域和核心结构域折叠；（5）连接子 - 2 柔性，这可能影响催化过程中核心结构域的移动。

本综述基于 PMM2 的现有 X 射线结构（特别是野生型蛋白质的 7O4G PDB 结构），借助 PyMOL 及其诱变插件进行深入研究。研究中讨论的错义 PMM2 变体均依据 ClinVar 数据库中其致病 / 可能致病的分类进行筛选，ClinVar 数据库是一个公开的人类变异与表型关系报告档案库 。本文回顾的所有变体列于表 1，在 PMM2 7O4G PDB 单体结构中的位置见图 1。各基因型对应的所有表型总结（包括各基因型患者数量）见表 2。

各错义突变分析

• Cys9 Tyr（C9Y）：在新型 PMM2 结构（PDB 代码 7O4G）中，Cys9 残基位于核心结构域的 β1 折叠中，被酪氨酸取代会改变核心结构域的正确折叠 。该错义变体使 PMM2 活性降低超过一半，导致蛋白质更易受热失活 。曾有报道，一名携带 p.Cys9 Tyr/p.Asp148 Asn 复合杂合突变的男性患者表现出轻度表型，出现共济失调、生长发育不良（FTT）、小头畸形、发育迟缓、胃食管反流（GE）、肾积水、脂肪营养不良和轻度小脑蚓部萎缩等症状 。
• Thr18Ser（T18S）：Thr18 氨基酸残基位于核心结构域的 β1β1α1 环（aa 12 - 24）中，与同一区域的 Gly15 形成氢键，共同协调催化 Mg²⁺ 。被丝氨酸取代后可能保留氢键，但会损失一些疏水相互作用 。Briso-Montiano 等人预测该变体会改变 Asp12 和 Asp14 残基的位置，进而影响催化 。不过，体外实验表明，p.Thr18Ser 与野生型 PMM2 的蛋白质活性相似 。临床方面，一名携带 p.Thr18Ser/p.Val67Gly（c. 200T>G）复合杂合突变的 6 岁澳大利亚裔女性患者表现出轻度表型，出生后有轻度畸形特征和发育迟缓，6 个月大时出现共济失调和意向性震颤，但神经影像学检查正常 。
• Arg21Gly（R21G）：根据 Briso-Montiano 等人的研究，Arg21 残基位于 PMM2 结构的核心结构域 。p.Arg21Gly 错义替换可能影响催化，因为它会改变 β1 - a1 环的构象，导致协调催化 Mg²⁺的 Asp12 和 Asp14 残基位置不当 。一名纯合（p.Arg21Gly/p.Arg21Gly）患者出现严重淋巴水肿 。
• Leu32 Arg（L32R）：Leu32 疏水残基位于 PMM2 结构核心结构域的 α1 螺旋中，被精氨酸取代会导致核心结构域折叠受损 。p.Leu32 Arg 变体的酶活性不到野生型蛋白质的一半，且热稳定性增加 。该变体在意大利较为常见，通常与轻度神经系统表型相关 。多项研究中，不同的复合杂合患者均表现出如早期内斜视、发育迟缓、共济失调、小脑发育不全等症状 。
• Val44 Ala（V44 A）：Val44 残基位于核心结构域 β2 折叠的 c 末端，被丙氨酸取代会破坏一些疏水相互作用，导致 PMM2 结构中核心结构域折叠不当 。研究表明，p.Val44 Ala 变体虽二聚化比例与野生型 PMM2 蛋白相似，但会降低蛋白质活性 。该错义变体在与 p.Arg141His 和 p.Arg123Gln 变体的复合杂合患者中被发现，患者表现出严重表型，有 PMM2 - CDG 的典型临床症状 。此外，还有患者出现主动脉血栓形成、脑萎缩、肌张力减退和肝病等不同症状 。
• Asp65 Tyr（D65Y）：Asp65 残基位于 PMM2 结构的核心结构域，被酪氨酸取代会破坏维持结构稳定性的极性 / 电荷相互作用，导致该区域折叠不当 。该变体主要集中在葡萄牙和西班牙，一名纯合（p.Asp65 Tyr/p.Asp65 Tyr）患者表现为中度表型 。但在一些复合杂合患者中，却出现严重表型，如早期死亡、多系统衰竭等 ，这可能与其他共突变（如 p.Phe157Ser）有关 。
• Asn101Lys（N101 K）：Asn101 残基是帽状结构域二聚化界面的一部分，位于 α4 螺旋中，与另一链的 Lys115 通过氢键相互作用 。被赖氨酸取代会与 Lys115 产生静电冲突，干扰二聚化稳定性 。该罕见的 p.Asn101Lys 变体仅在一名德国患者中被报道 。
• Leu104 Val（L104 V）：Leu104 残基位于 PMM2 结构帽状结构域的二聚化界面，被较小的缬氨酸取代会破坏维持蛋白质二聚体结构的一些疏水相互作用 。一名携带 p.Leu104 Val/IVS1–1G>A（内含子序列）复合杂合突变的患者，在出生后几个月出现肥厚型心肌病和心包积液等症状 。另有日本患者携带 p.Leu104 Val/p.Asp12His 基因型，表现出原发性卵巢功能不全（POI）及其他多种症状 。
• Ala108 Val（A108 V）：Ala108 残基位于帽状结构域的 α4 螺旋，更确切地说是在二聚化界面 。被体积较大的缬氨酸取代会在该区域产生空间位阻，与 PMM2 结构另一链 α4 螺旋中的 Ser105 发生空间冲突，破坏四级结构稳定性 。该错义变体在与 p.Ala108 Val/c.511 dupA 和 p.Ala108 Val/70 kb - deletion 的复合杂合患者中被发现，患者表现为轻度临床症状，如小脑发育不全、内斜视、肌张力减退等 。
• Pro113Leu（P113L）：Pro113 残基位于连接帽状结构域 α4 螺旋和 β6 折叠的环中，该环是 PMM2 结构二聚化界面的一部分 。被亮氨酸取代会使该环不稳定，进而影响蛋白质二聚化 。携带 p.Pro113Leu/p.Arg141His 复合杂合突变的患者出现严重高胰岛素血症低血糖及其他 PMM2 - CDG 典型症状 。在其他研究中，携带该突变组合的患者还表现出不同严重程度的症状 。
• Phe119Leu（F119L）：Phe119 残基位于帽状结构域的二聚化界面，结合位于亚基中间的 Cl^-，有助于促进蛋白质结构的二聚化稳定性 。被取代后会破坏一些疏水相互作用，损害这种结合 。该错义突变在与 p.Arg141His 的复合杂合中更为常见，主要分布在斯堪的纳维亚地区 。对丹麦患者的研究发现，多数患者无法独立行走，伴有严重肌张力减退、生长发育不良等多种症状，部分患者还出现进行性脑萎缩，甚至死亡 。
• Ile120 Thr（I120 T）：Ile120 位于帽状结构域的二聚化界面，属于 β6 折叠 。被苏氨酸取代会严重影响二聚化界面，这也是体外难以获得携带该突变的 PMM2 蛋白的原因 。携带 p.Ile120 Thr/p.Gly228 Cys 基因型的患者表现出轻度表型，有共济失调、凝血异常等症状 。另一名携带 p.Ile120 Thr/p.Val231Met 的患者则出现凝血异常、偏瘫和癫痫发作 。由于 PMM2 - CDG 患者通常为复合杂合子，携带一个严重变体和一个较轻变体，p.Ile120 Thr 变体可能被归类为严重变体 。
• Arg123Gln（R123Q）：Arg123 位于帽状结构域，其侧链与激活剂（G16BP）形成两个氢键 。被谷氨酰胺取代会导致这些相互作用丧失，损害 G16BP 与 PMM2 的结合 。研究表明，p.Arg123Gln 致病变体几乎完全消除 PMM2 催化活性 。在与 p.Cys241Ser 的复合杂合中，患者表现出轻度临床表型，有发育和精神运动能力受损等症状 。但在其他复合杂合情况下，患者出现严重表型，如惊厥、无法行走、多系统受累等 。
• Val129Leu（V129L）：Val129 残基位于帽状结构域 β7 折叠的疏水簇中，被体积较大的亮氨酸取代会破坏帽状结构域区域的正确折叠 。两名携带 p.Val129Leu/161_162 insG 复合杂合突变的患者表现出严重表型，在胎儿发育期间出现胎儿水肿和水肿，出生后出现严重血小板减少性紫癜和低血糖等症状，最终因肥厚型心肌病迅速进展导致心力衰竭死亡 。
• Val129Met（V129M）：Val129 被体积较大的蛋氨酸取代会产生空间位阻，还可能干扰附近 Asn128 与激活剂（G6BP）的氢键，影响底物结合 。该突变使 PMM2 活性降低超过一半 。p.Val129Met 变体常与 p.Arg141His 突变复合杂合，导致严重表型 ，但也有与其他突变复合杂合表现为轻度临床症状的情况 。
• Pro131 Ala（P131 A）：Pro131 残基位于 β7 折叠和 α5 螺旋之间的转角处，被更具柔性的丙氨酸取代会导致帽状结构域区域错误折叠 。该罕见突变仅在一名携带 p.Pro131 Ala/p.Arg141His 复合杂合突变的法国患者中被报道，但未描述其表型 。
• Ile132Phe（I132 F）：Ile132 残基位于帽状结构域，被体积较大的苯丙氨酸取代会破坏一些疏水相互作用，影响蛋白质结构中帽状结构域的正确折叠 。此前研究表明，该突变对蛋白质活性影响不显著，但会降低 PMM2 的热稳定性 。一名法国患者携带该突变及其他突变，未提及具体表型 。
• Ile132 Thr（I132 T）：Ile132 残基位于 PMM2 结构的帽状结构域，被极性苏氨酸取代会干扰该区域的正确折叠 。携带该变体与 p.Arg141His 变体复合杂合的患者出现肌张力减退、发育迟缓等多种症状 。不同研究中，携带该突变组合的其他患者也表现出类似的神经系统症状及其他器官受累症状 。
• Glu139Lys（E139 K）：Glu139 残基位于帽状结构域的 α5 螺旋中，被带正电荷的赖氨酸取代会因电荷性质不同导致该螺旋不稳定 。p.Glu139Lys 变体的 PMM 残留活性较高，热稳定性比野生型蛋白质好 。在与 p.Arg141His 的复合杂合中，多名患者表现出神经系统症状，如反射消失、发育不全、肌张力减退等 ，还有患者出现先天性心脏病相关症状 。
• Arg141His（R141H）：Arg141 残基位于 PMM2 结构帽状结构域的 α5 螺旋中，通过与 1 - 磷酸的电荷相互作用结合底物（G16BP） 。被组氨酸取代会严重影响 PMM2 活性，破坏底物结合 。体外分析表明，p.Arg141His 突变导致酶活性丧失 。众多研究中，携带该突变的复合杂合患者表现出不同严重程度的表型，包括严重神经系统症状、多系统受累，甚至早期死亡 。
• Phe144Leu（F144L）：Phe144 残基位于帽状结构域的 α5 螺旋中，该区域主要由疏水侧链和 π - π 相互作用构成，被较小的亮氨酸取代会影响帽状结构域的正确折叠 。携带 p.Arg238Pro/p.Phe144Leu 和 p.Tyr229Ser/p.Phe144Leu 复合杂合突变的患者表现出多种症状，如运动发育迟缓、反复中风样发作、肌张力减退、智力发育障碍等 。
• Asp148 Asn（D148 N）：Asp148 残基位于帽状结构域的 α5 螺旋中，被带正电荷的精氨酸取代会破坏 α6 螺旋的折叠，因为它去除了 α6 螺旋 N 端的负电荷 。携带 p.Phe183Ser/p.Asp148 Asn 复合杂合突变的女性患者出现发育障碍、