基于ACMG/AMP-ClinGen新指南的CPS1基因新型错义变异的致病性评估与结构功能分析

为解决尿素循环障碍中CPS1基因变异致病性判定的难题，上海交通大学医学院附属上海儿童医院团队结合ACMG/AMP-ClinGen最新计算工具推荐标准，对5例CPS1错义变异（含2例新发变异）开展多维度评估。研究通过结构模拟、自由能计算及临床数据整合，首次将c.1927A>G(p.Asn643Asp)从VUS升级为LP，并证实更新后的PP3/BP4标准可显著提升54%已报道变异致病性判定灵敏度，为遗传代谢病精准诊断提供新范式。

　　

氨甲酰磷酸合成酶1（Carbamoyl phosphate synthetase 1, CPS1）是尿素循环中的关键限速酶，其功能缺陷会导致致命的氨甲酰磷酸合成酶缺乏症（CPS1D）。这种罕见遗传病以高氨血症为主要特征，新生儿患者死亡率高达50%，即使存活者也多伴有严重神经系统损伤。尽管基因检测已成为诊断金标准，但临床实践中约95%的CPS1错义变异被归类为临床意义未明变异（VUS），这直接阻碍了早期干预和遗传咨询。更棘手的是，传统ACMG/AMP指南对计算预测证据（PP3/BP4）的权重设定保守，导致大量潜在致病变异无法获得明确分类。

针对这一困境，上海交通大学医学院附属上海儿童医院联合多家机构开展了一项突破性研究。团队创新性地采用ACMG/AMP-ClinGen最新发布的PP3/BP4分级标准，结合多尺度生物信息学分析和结构生物学模拟，对CPS1变异开展系统性评估。研究成果发表于《Molecular Genetics and Metabolism Reports》，为遗传代谢病的精准诊疗树立了新标杆。

研究团队运用了四项核心技术：1）基于Illumina NGS平台的130种代谢病基因靶向测序（含UCDs相关基因）；2）质谱技术（MSMS）检测干血斑氨基酸谱；3）REVEL等13种算法集成的错义变异预测体系；4）PremPS、mCSM等蛋白稳定性预测工具结合PyMOL三维结构模拟。研究对象为2例经代谢筛查确诊的中国新生儿患者队列及其发现的5个CPS1变异。

3.1 临床特征与遗传分析
两名患儿均表现为典型高氨血症危象，质谱检测显示患者1谷氨酰胺（GLN）高达4325.3 μmol/L（参考值5.0-1150.0），患者2瓜氨酸（CIT）低至1.58 μmol/L（参考值6.00-50.00）。基因检测发现患者1携带c.1927A>G(p.Asn643Asp)、c.2375T>G(p.Met792Arg)、c.3443T>A(p.Met1148Lys)三个杂合变异，患者2携带c.3784C>T(p.Arg1262Ter)和c.3734T>A(p.Leu1245His)。值得注意的是，前两个变异为国际首次报道。

3.2 蛋白结构分析
通过5DOU/5DOT晶体结构模拟发现，4个错义变异均导致蛋白稳定性显著降低（ΔΔG>1.3 kcal/mol）。其中p.Met792Arg位于L1结构域的T-loop区，直接干扰ATP结合位点；p.Leu1245His使ADP结合区刚性转为中度柔性，PredyFlexy预测其B因子变化达-0.206。PyMOL三维可视化显示，这些变异通过破坏氢键网络（如p.Asn643Asp导致643-639位氨基酸间作用力丧失）影响催化中心构象。

3.3 ACMG/AMP-ClinGen新标准应用
按传统标准，5个变异中3个被判为VUS。采用更新后的PP3/BP4分级阈值（REVEL≥0.773为PP3_Moderate）后，p.Asn643Asp因位于突变热点区（PM1）且REVEL评分0.947，成功升级为可能致病（LP）。值得注意的是，p.Met792Arg虽获得PP3_Moderate支持，但因缺乏病例共分离证据仍保持VUS分类，凸显新标准对证据完整性的严格要求。

3.4 ClinVar数据库大样本验证
对328个CPS1错义变异的重评估显示，新标准使已报道变异组的LP比例从32.43%提升至75.68%（28/37），其中18个VUS实现升级。但未报道变异组仍保持98.63%的VUS率，体现新标准对"无临床数据变异"的审慎态度。这种差异化处理既提高了诊断敏感性，又避免了过度解读风险。

这项研究具有三重里程碑意义：首先，证实GLN可作为CPS1D筛查的补充指标，弥补传统瓜氨酸检测的局限性；其次，建立ACMG新标准下错义变异分级的技术路线，为同类遗传病提供范本；最重要的是，通过结构-功能-临床的多维验证，将计算预测证据的临床转化效率提升54%。团队特别指出，对cis-变异组合（如患者1的三杂合变异）需建立更精细的评价体系，这将是未来研究的重点方向。

（注：全文数据均来自原文，未添加任何外部引用；技术术语如PP3_Moderate等均按原文大小写格式呈现；作者单位采用中文规范表述）