全外显子组测序鉴定伊朗智力障碍患者中GAMT致病性变异：一个新型移码变异及临床与分子特征

《Molecular Genetics and Metabolism Reports》：Identification of two pathogenic guanidinoacetate methyltransferase variants in patients with intellectual disability: clinical and molecular insights

　　

背景：智力障碍（ID）是一种遗传异质性神经发育障碍，具有多种潜在病因。胍基乙酸甲基转移酶（GAMT）缺乏症是一种罕见的常染色体隐性肌酸生物合成障碍，特征为脑肌酸耗竭和胍基乙酸（GAA）蓄积，导致包括智力障碍在内的一系列神经发育表现。本研究旨在探究疑似遗传病因个体的ID分子基础，并描述致病性GAMT变异的特征。

方法：对50名无亲缘关系的伊朗特发性ID个体进行全外显子组测序（WES）。根据人群等位基因频率、预测功能影响和基因型-表型相关性对变异进行优先级排序。候选变异经Sanger测序确认，并进行分离分析以确定其遗传模式。研究人员还对携带致病性GAMT变异个体的生化和脑磁共振波谱发现进行了评估。

结果：在两个无亲缘关系家庭中鉴定出致病性双等位基因GAMT变异。患者1携带纯合无义变异 NM_000156.6:c.134G > A (p.Trp45Ter)，而患者2携带一个新的纯合四碱基对缺失 NM_000156.6:c.373_376del (p.Pro125ThrfsTer35)，预测会导致蛋白质提前截短。两个变异在所检查的人群数据库中均不存在，并根据美国医学遗传学与基因组学学会/分子病理学协会（ACMG/AMP）标准被分类为致病性。Sanger测序证实患病个体为纯合子，其父母为杂合子，符合常染色体隐性遗传。两名患者均表现出全面发育迟缓、智力障碍、严重语言障碍、行为/自闭症特征以及癫痫史。血浆GAA浓度升高和脑肌酸水平降低进一步支持GAMT缺乏症的诊断。

结论：本研究通过鉴定一个新的致病性移码变异，扩展了GAMT相关疾病的分子谱，并提供了伊朗ID个体中GAMT缺乏症的额外临床和生化特征。研究结果强调，在不明原因智力障碍的可治疗病因中应考虑GAMT缺乏症，尤其是当神经发育表现伴随肌酸代谢紊乱的生化证据时。早期分子和生化识别可能有助于适当的临床管理和遗传咨询。

论文解读：全外显子组测序鉴定伊朗智力障碍患者中GAMT致病性变异：一个新型移码变异及临床与分子特征

研究背景与目的
智力障碍（intellectual disability, ID）是一种临床和遗传异质性神经发育障碍，表现为发育期起病的智力功能和适应行为受限，可伴发育迟缓、癫痫、语言障碍、行为异常和自闭症谱特征。其病因包括染色体异常、拷贝数改变、单基因病和遗传代谢病。脑肌酸缺乏综合征（cerebral creatine deficiency syndromes, CCDS）是可表现为ID及其他神经异常、且部分可治疗的代谢病。肌酸参与细胞能量代谢，脑和骨骼肌等高耗能组织尤为重要。内源性肌酸合成经两步：精氨酸:甘氨酸脒基转移酶（AGAT，由GATM编码）催化精氨酸和甘氨酸生成胍基乙酸（guanidinoacetate, GAA），随后胍基乙酸甲基转移酶（guanidinoacetate methyltransferase, GAMT）以S-腺苷甲硫氨酸为供体将GAA甲基化为肌酸。GAMT缺乏症（OMIM 601240）为常染色体隐性CCDS，GAMT活性受损阻断内源性肌酸合成最后一步，导致肌酸可利用性降低和GAA蓄积；脑肌酸耗竭和高GAA与可变神经表型相关，常见全面发育迟缓、ID、严重语言障碍、癫痫、行为或自闭特征。由于临床异质性，GAMT缺乏症易被漏诊，尤其患者初始仅表现为非特异性发育或行为异常。其诊断重要性在于该病潜在可治疗，血浆GAA升高和脑肌酸降低提供生化线索，分子分析可确定遗传诊断和常染色体隐性遗传。WES可同时评估大量蛋白编码基因，适合不明原因神经发育障碍。研究人员因此对50名无亲缘关系、年龄<18岁的伊朗特发性ID个体进行WES，以探究ID分子基础并描述致病性GAMT变异。

主要技术方法
研究人员纳入50例经神经发育专科门诊招募的无关伊朗ID患者，年龄<18岁，均因不明原因/特发性ID接受WES，未按既往GAMT缺乏症分子诊断筛选。主要技术包括WES、基于gnomAD和1000 Genomes等MAF及功能预测的变异过滤、神经发育障碍/代谢性脑病基因优先分析、MutationTaster2021与NMDEscPredictor等对蛋白截短变异评估、ACMG/AMP分类、Sanger测序和家系分离验证、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）测血浆GAA、¹H-MRS评估脑肌酸。

研究结果
3.1 临床表现：WES在50例中鉴定出2例无亲缘关系患者携带GAMT双等位基因致病性变异，随后进行详细临床和生化评估，其余队列未纳入本病例聚焦分析。
3.1.1 患者1：14岁，全面发育迟缓，ID，表达和认知语言严重受损，行为异常，包括重复拍手、自闭行为、社交互动差、多动、冲动和情绪不稳；粗大运动发育延迟，有癫痫史但记录不足以分类。体检见小头，头围低于第3百分位（51 cm），矮身材和体重不足，出生体重位于小于胎龄儿（SGA；<第10百分位）范围；神经检查示痉挛和深腱反射+3，无阵挛或Babinski征，未见肌张力低下；面部和牙齿特征包括弓形眉、内斜视、低位耳、凸/喙鼻和牙间隙宽；有触觉过敏；颅脑MRI和CT正常。
3.1.2 患者2：17岁，表现类似，有全面发育迟缓、ID、严重表达和认知语言损害、行为异常、重复拍手、自闭行为、社交差、多动、冲动和情绪不稳，粗大运动延迟和癫痫史但记录不足。体检见小头，头围低于第3百分位（50 cm），矮身材、体重不足、SGA；神经检查示痉挛和深腱反射+2，无阵挛或Babinski征，未见肌张力低下；面部特征包括弓形眉、内斜视、低位耳、凸/喙鼻和牙间隙宽；未报告触觉过敏；颅脑MRI和CT正常。
3.2 生化和脑肌酸发现：两例血浆GAA均升高，分别为12 μmol/L和14 μmol/L，实验室参考区间0.5–3.0 μmol/L。质子磁共振波谱（¹H-MRS）示脑肌酸分别为1.33 mmol/L和1.53 mmol/L，明显低于解释所用参考范围5–8 mmol/L。两例均未获得尿GAA和尿肌酸数据。
3.3 分子发现和家系分离：WES鉴定两例纯合GAMT变异，Sanger测序确认患病个体纯合、父母杂合，符合常染色体隐性遗传。
3.3.1 患者1：既往报道的无义变异。WES发现GAMT外显子1纯合无义变异 NM_000156.6:c.134G > A (p.Trp45*)，该变异既往在GAMT缺乏症个体中报道。变异在gnomAD、1000 Genomes Project、ExAC和Iranome中均不存在（等位基因频率=0）。该替换在第45位氨基酸引入提前终止密码子，预测导致GAMT蛋白截短；MutationTaster2021预测致病，NMDEscPredictor提示NMD高概率，CADD Phred标度评分34。按美国医学遗传学与基因组学学会/分子病理学协会（ACMG/AMP）标准，基于PVS1、PM2和PP1分类为致病性。Sanger测序证实先证者纯合，临床未受累父母均为杂合携带者。
3.3.2 患者2：新型移码变异。WES发现GAMT纯合四碱基对缺失 NM_000156.6:c.373_376del，预测导致p.Pro125ThrfsTer35。该变异在gnomAD、1000 Genomes Project、ExAC和Iranome中不存在（等位基因频率=0），分析时未列入ClinVar，据研究人员所知既往未报道。缺失从第125位密码子改变读码框，并在下游35个氨基酸处引入提前终止密码子，预测显著破坏GAMT蛋白；MutationTaster2021预测致病，NMDEscPredictor支持NMD高概率，CADD评分35。按ACMG/AMP标准基于PVS1、PM2和PP1分类为致病性。Sanger测序证实患病个体纯合缺失，临床未受累父母均为杂合携带者，符合常染色体隐性分离。
总体而言，两例均表现为神经发育损害、血浆GAA升高、¹H-MRS脑肌酸明显降低和GAMT双等位基因致病变异。详细治疗史和纵向随访数据不可用，因此无法评估治疗反应和长期临床结局。

讨论总结
研究人员在两名无亲缘关系ID和严重神经发育损害个体中经WES发现GAMT双等位基因致病变异，包括既往报道的无义变异 NM_000156.6:c.134G > A (p.Trp45*) 和新型四碱基对缺失 NM_000156.6:c.373_376del (p.Pro125ThrfsTer35)，均为纯合，符合GAMT缺乏症常染色体隐性遗传。临床表现如全面发育迟缓、严重语言障碍、癫痫和行为异常与已建立GAMT缺乏症表型谱一致。既往最大48例临床系列中，发育迟缓/ID和癫痫为主要表现，运动障碍也有报道；其他研究报道严重发育和语言损害、癫痫、行为或自闭谱异常及运动障碍。生化上，GAMT催化GAA甲基化为肌酸，GAMT活性受损导致GAA蓄积和肌酸合成降低；血浆或尿GAA升高伴肌酸降低或低正常是GAMT缺乏症重要生化模式。本研究中血浆GAA升高、脑肌酸降低和双等位基因致病变异形成一致诊断框架。¹H-MRS是无创检测脑肌酸缺乏的方法，在肌酸缺乏综合征中可显示肌酸信号明显降低或缺失，并在GAMT缺乏症中显示诊断价值；本组脑肌酸明显低于参考区间，补充了生化和分子结果。
讨论强调非典型发现需谨慎解读：小头不应视为新特征，异常头围包括小头已在GAMT缺乏症个体中报道；生长迟缓（FTT）曾在个别患者中描述；痉挛可出现在该病更广泛神经谱中，尽管肌张力低下在肌酸缺乏综合征中常被强调，痉挛和其他肌张力/运动异常也有报道，包括48例系列；弓形眉、低位耳、凸/喙鼻和牙间隙宽不是GAMT缺乏症经典表现，后者表型主要涉及神经、发育、行为和运动，但个别患者有异常面部特征；SGA未在现有临床描述或较大患者系列中确立为特征。因此，这些发现应视为非典型和非特异性，研究人员不基于两例将SGA提出为新表现。在近亲家庭中，非典型发现还可能提示额外遗传诊断，强调全面基因组解释的重要性。ID遗传异质性明显，发育迟缓、癫痫、行为异常和肌张力异常可见于多种遗传性神经发育障碍。WES在50例特发性ID中发现2例GAMT缺乏症，说明广基因组检测发现罕见代谢病价值。若已怀疑GAMT缺乏症，生化检测可提供特征性诊断信号，可能是高效初始策略；但本组因特发性ID而非预先怀疑，WES可同时评估多个神经发育基因，支持其作为不明原因神经发育障碍一线诊断方法。分子发现中，p.Trp45*引入提前终止密码子，p.Pro125ThrfsTer35为四碱基对缺失导致移码和提前终止；纯合状态、父母携带、分离结果、蛋白截短性质和一致生化表型共同支持致病性。新变异扩展GAMT缺乏症突变谱。鉴别诊断包括肌酸合成和转运缺陷，X连锁肌酸转运体缺乏可致ID和神经异常，应与肌酸生物合成缺陷区分；本组GAA显著升高、脑肌酸降低和双等位基因GAMT变异支持GAMT缺乏症而非孤立肌酸转运体病。GAMT缺乏症潜在可治疗，但详细治疗讨论超出本研究，疾病特异治疗旨在减少GAA蓄积和恢复肌酸可利用性；本组无系统治疗和纵向治疗随访，无法可靠评估治疗反应。建立诊断仍有临床重要性，可指导适当遗传咨询和疾病特异管理考虑。局限包括仅2例遗传确诊GAMT缺乏症，限制基因型-表型解释；尿GAA和肌酸不可用，生化评估基于血浆GAA和脑肌酸；详细癫痫表型和纵向治疗反应信息不可用；原始¹H-MRS谱图不可用作为图。这些局限在解释SGA、面部异常、小头、FTT和痉挛等非典型发现时尤其重要。总体，本研究通过鉴定两个无亲缘ID个体中的双等位基因致病变异，扩展GAMT缺乏症临床和分子特征；一致神经发育表现、血浆GAA升高、¹H-MRS脑肌酸降低和GAMT致病变异形成诊断框架；新型p.Pro125ThrfsTer35移码变异扩展突变谱，非典型临床发现应谨慎解释且不应自动归因于GAMT缺乏症；结果支持临床评估、生化检测、¹H-MRS和基因组测序整合诊断策略用于不明原因ID。

研究结论翻译
本研究在两个无亲缘关系的伊朗ID家系中鉴定出GAMT基因的1个新型致病性变异。研究人员的发现扩展了GAMT缺乏症的突变谱，并进一步支持WES用于诊断可治疗神经代谢性疾病的价值。由于早期诊断后进行适当代谢治疗可能显著改善神经结局，对于表现为不明原因发育迟缓、癫痫和严重语言障碍的患者，应将GAMT缺乏症纳入鉴别诊断。