《Current Genetics》：Whole-exome sequencing reveals the molecular diagnoses of pediatric patients presenting with hyperammonemia
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背景：高氨血症（HA）是一种危及生命的代谢急症，具有多样的遗传病因。经典病因包括尿素循环障碍（UCDs）和有机酸血症（OAs），但其完整突变谱仍未完全明确。本研究旨在采用全外显子组测序（WES）识别以高氨血症为突出代谢表现的儿科患者的潜在分子诊断。方法：研究人
背景：高氨血症（HA）是一种危及生命的代谢急症，具有多样的遗传病因。经典病因包括尿素循环障碍（UCDs）和有机酸血症（OAs），但其完整突变谱仍未完全明确。本研究旨在采用全外显子组测序（WES）识别以高氨血症为突出代谢表现的儿科患者的潜在分子诊断。方法：研究人员回顾性分析了5例高氨血症儿科患者，采用WES并进行Sanger测序。依据美国医学遗传学与基因组学学会（ACMG）指南对变异进行分类，并复习临床数据以建立基因型-表型相关性。结果：WES鉴定出5个基因的变异：FBXL4、GLDC、FUCA1、BSND和COL6A2。鉴定出3个新变异：FBXL4 c.1702G>A；p.(Gly568Arg)、BSND c.85G>T；p.(Asp29Tyr)和COL6A2 c.1999C>T；p.(His667Tyr)。受累基因与线粒体功能、甘氨酸裂解、溶酶体降解、肾小管转运和细胞外基质组织相关。所有变异均为双等位或纯合，并经分离分析确认。结论：本研究强调WES在识别儿科高氨血症意外分子病因和扩展相关基因谱中的诊断能力。这3个新变异的鉴定强调了HA的遗传异质性，并支持对具有无法解释或非典型生化特征的患者进行早期基因组检测。
论文主体解读
高氨血症（HA）是血浆氨水平升高所致的潜在致死性代谢状态，可导致严重神经毒性、脑水肿和不可逆神经损伤，尤其在婴儿和幼儿期。其临床表现从喂养差、呕吐、嗜睡到癫痫、发育迟缓和昏迷不等，新生儿脑病是最严重表现。虽然HA可继发于肝病、感染或某些药物，但遗传性代谢病是儿科患者最常见的基础病因。经典遗传病因包括尿素循环缺陷（UCDs）、有机酸血症（OAs）和脂肪酸氧化障碍（FAODs）。然而，患者常表现非特异症状，与脓毒症等新生儿急症重叠，难以及时识别；传统生化检查和串联质谱局限于预设代谢通路，可能无法识别具有非典型生化特征的遗传异质性疾病。近年来，FBXL4相关线粒体DNA耗竭综合征、GLDC缺陷所致非酮症高甘氨酸血症（NKH）等也被报道可伴继发性HA，而FUCA1相关岩藻糖贮积症、BSND相关Bartter综合征IV型、COL6A2相关胶原VI肌病与HA的关系仍不清楚。因此，研究人员开展本研究，旨在用WES识别以HA为突出表现的伊朗儿科患者的分子诊断，并进一步描述其遗传异质性。
研究人员在伊朗Shahid Beheshti University of Medical Sciences附属Center for Comprehensive Genetic Services（CCGS）开展回顾性研究，该机构为国家级转诊机构。研究纳入WES建立与临床表型一致的分子诊断的儿科HA患者，排除明确继发原因所致HA者，最终选择5例无关伊朗儿科患者。研究人员采用WES，随后进行Sanger测序验证，按ACMG/AMP 2015指南解释变异，并复习临床资料建立基因型-表型联系。研究结论是：WES能识别儿科HA的意外分子病因并扩展相关基因谱；三个新变异强调HA的遗传异质性，支持对无法解释或非典型生化特征患者进行早期基因组检测。其意义在于将HA的分子诊断从经典尿素循环和有机酸通路拓展至线粒体、甘氨酸裂解、溶酶体、肾小管转运及细胞外基质等通路。
关键技术方法概括：研究队列来自伊朗CCGS，纳入5例无关儿科HA患者，排除明确继发原因。研究人员采用WES检测编码区及外显子-内含子边界，随后用聚合酶链反应（PCR）和Sanger测序确认候选变异并进行家系分离分析；依据ACMG/AMP 2015指南进行变异判读，并回顾临床资料分析基因型-表型关系。
3.1 Clinical characteristics（临床特征）
通过回顾性临床资料分析，5例无关儿科患者中3例男性、2例女性，诊断中位年龄2.8岁，范围2个月至9岁。2个家庭报告父母近亲婚配。临床特征异质，包括肌张力低下（3/5）、癫痫（2/5）、发育迟缓（2/5）、代谢性酸中毒（3/5）和乳酸升高（3/5）。其他表现包括腹泻、低钾血症、肌肉萎缩和肾结石形成。该部分说明HA患儿表型高度异质。
3.2 Genetic findings（遗传学发现）
通过WES和Sanger测序，研究人员鉴定出五个基因的变异：FBXL4（NM_001278716.2）：c.1702G>A；p.(Gly568Arg)和c.1304G>A；p.(Arg435Gln)；GLDC（NM_000170.3）：c.1940C>T；p.(Pro647Leu)；FUCA1（NM_000147.5）：c.923G>A；p.(Arg308His)；BSND（NM_057176.3）：c.85G>T；p.(Asp29Tyr)；COL6A2（NM_001849.4）：c.1999C>T；p.(His667Tyr)。其中FBXL4 c.1702G>A、BSND c.85G>T和COL6A2 c.1999C>T为新型变异。变异以纯合状态存在于4例患者，以复合杂合状态存在于1例患者，符合常染色体隐性遗传。Sanger测序结果与预期遗传模式一致，无新发变异证据。变异按ACMG/AMP 2015指南解释。家系分析显示近亲状态、遗传模式和变异分离情况。
3.3 Clinical and genetic characteristics of patients（患者的临床和遗传学特征）
第一例为9岁男性，父母非近亲，携带FBXL4复合杂合变异，包括新型错义变异c.1702G>A；p.(Gly568Arg)和既往报道变异c.1304G>A；p.(Arg435Gln)，表现为HA、乳酸升高、肌张力低下和代谢性酸中毒发作。第二例为9个月男性，父母非近亲，携带GLDC纯合错义变异c.1940C>T；p.(Pro647Leu)，该变异既往报道为致病，表现为癫痫、发育迟缓、乳酸升高和HA。第三例为8个月男性，父母近亲，FUCA1变异c.923G>A；p.(Arg308His)纯合，表现为HA并伴尿3-羟基异戊酸升高。第四例为2个月女性，父母近亲，携带新型BSND纯合错义变异c.85G>T；p.(Asp29Tyr)，表现为HA、肌张力低下、腹泻和低钾血症。第五例为5岁女性，父母非近亲，携带新型COL6A2纯合错义变异c.1999C>T；p.(His667Tyr)，表型包括HA、乳酸升高、肌肉萎缩和肾结石形成。
讨论部分总结：研究人员用WES识别了五个基因，包括三个新型变异，所有变异均符合常染色体隐性遗传。这些发现扩展了可能以HA为表现的遗传病谱，并强调WES在传统生化结果不明确患者中的诊断价值。FUCA1相关岩藻糖贮积症的核心特征为神经退化，明显HA不寻常，扩展了其表型谱，可能涉及间发代谢失代偿或分解代谢应激暂时压垮尿素循环，也可能与就诊年龄、临床监测或报告差异有关。GLDC c.1940C>T；p.(Pro647Leu)目前分类为致病，患者表型符合NKH，HA并非典型特征，提示其可能是少见的继发生化表现。FBXL4新型变异与已知致病等位基因p.(Arg435Gln)复合杂合，符合线粒体DNA耗竭综合征13（MTDPS13）的常染色体隐性遗传；线粒体功能障碍可能损害ATP产生，而尿素循环需要ATP，代谢应激下可致氨积累。BSND新型纯合变异扩展了Bartter综合征4a型表型，典型表现为低钾血症、代谢性碱中毒和多尿，既往未见BSND变异与HA直接关联；患者HA可能为继发，涉及电解质紊乱、容量不足和代谢应激。COL6A2新型纯合变异与Bethlem肌病和Ullrich先天性肌营养不良相关，患者表型高度非典型，研究人员提出肌肉分解代谢增加氮周转和氨产生的假设，但强调这仍是假设生成型关联，并非直接因果证据。讨论还指出，常规生化检测常为表型驱动，可能遗漏非典型或重叠代谢表型；WES可无偏检测整个编码基因组。FUCA1缺陷金标准仍为α-L-岩藻糖苷酶缺乏的酶学确认和尿中特征性岩藻糖寡糖检测，但尿3-羟基异戊酸是非特异标志，可在严重代谢应激时出现。研究局限包括样本量小、回顾性设计、部分随访不完整、无功能实验验证、近亲背景可能并存双重分子诊断，因此不能建立变异与HA的直接机制关系。
研究结论部分翻译：总之，本研究证明儿科高氨血症存在广泛的遗传异质性，并强调全外显子组测序在非典型代谢表现中的诊断效用。研究人员在五个不同基因（FBXL4、GLDC、FUCA1、BSND和COL6A2）中鉴定出变异，包括三个新等位基因。这些发现将高氨血症的分子和表型谱拓展到经典尿素循环缺陷之外。需要在更大队列中进一步开展功能研究，以确认新变异的致病性并阐明其潜在机制。
