人类4-氨基丁酸转氨酶致病性错义突变的生化研究：揭示GABA转氨酶缺乏症的分子发病机制

本研究针对GABA转氨酶缺乏症（GABA-AT deficiency）这一罕见遗传病，通过表达10种致病突变体并结合生化实验与计算分析，系统评估了ABAT基因错义突变对蛋白结构及催化活性的影响。研究首次将突变分为三类（结构缺陷型、催化缺陷型及混合型），为理解临床异质性和治疗策略提供了分子基础。

　　

γ-氨基丁酸（GABA）是中枢神经系统最重要的抑制性神经递质，其代谢紊乱与癫痫、亨廷顿病等多种神经系统疾病密切相关。GABA转氨酶（GABA-AT）作为PLP（磷酸吡哆醛）依赖酶，催化GABA与α-酮戊二酸的转氨基反应，维持脑内GABA稳态。ABAT基因突变导致的GABA-AT缺乏症虽罕见，却表现为严重的神经发育障碍，包括精神运动迟滞、癫痫发作和肌张力异常。然而，目前对致病突变如何影响蛋白功能的认识仍存在巨大空白，这极大限制了精准诊疗的发展。

为破解这一难题，研究人员聚焦10个已报道的ABAT错义突变（p.R92Q、p.P152S等），通过HEK-293细胞表达系统结合生物信息学分析，首次系统揭示了突变对蛋白结构与功能的分子影响。研究采用Western blot检测蛋白表达水平，耦联重组琥珀酸半醛脱氢酶（His-SSADHe）的酶偶联法测定催化活性，辅以Consurf和mCSM等工具预测突变稳定性。

3.1 突变位点的计算机分析
基于猪GABA-AT晶体结构（与人源蛋白96%同源）的保守性分析显示，除p.R92Q和p.L211F外，其余突变位点均高度保守。ΔΔG预测表明所有突变均降低蛋白稳定性，其中p.P152S、p.L211F和p.L478P的 destabilizing效应最显著。

3.2 野生型hGABA-AT的细胞表达
在五种人源细胞系中，HEK-293因其低内源GABA-AT表达被选为理想模型。转染后蛋白表达量提升20倍，酶活性检测显示其对GABA和α-KG的K_M
分别为2.2±0.2 mM和6.5±0.7 mM，免疫荧光证实转染蛋白正确定位于线粒体。

3.3 致病突变体的功能分类
突变体可分为三类：① p.P152S、p.L211F和p.L478P表现为极低表达（4-36%）且无催化活性，属结构严重缺陷型；② p.R220K、p.Q296H和p.R377W保留50-81%蛋白量但活性丧失，为催化缺陷型，其中p.R220K因直接破坏底物结合位点而完全失活；③ p.R92Q、p.F213C等维持25-30%表达量及10-16%相对活性，属混合缺陷型。

讨论与结论
该研究首次建立了GABA-AT突变体的分子表型谱：结构缺陷型突变（如p.P152S）导致蛋白错误折叠，催化缺陷型（如p.R220K）特异性破坏活性中心，而p.R92Q等则通过局部构象变化同时影响两者。这一分类为解释临床异质性提供了机制基础——例如携带p.R92Q的患者可能因残留活性而症状较轻。研究发表于《Molecular Genetics and Metabolism》，不仅填补了GABA代谢疾病的分子病理空白，更为未来靶向药物开发（如稳定突变蛋白的小分子）提供了理论依据。