引言
生物素是一种水溶性B族维生素，作为参与氨基酸分解代谢、糖异生和脂肪酸合成的羧化酶所必需的核心辅因子[1]。全羧化酶合酶（HLCS）催化生物素与不活跃的非全羧化酶之间的共价结合，将其转化为具有酶活性的全酶。人类的生物素依赖性羧化酶包括线粒体酶丙酰辅酶A羧化酶（PCC）、丙酮酸羧化酶（PC）和3-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶（MCC），以及参与脂肪酸代谢的乙酰辅酶A羧化酶（ACCs）[2], [3]。
人类
HLCS基因（OMIM
609018）位于21号染色体21q22.13，跨度约240 kb。
HLCS基因（RefSeq转录本NM_000411.8）由12个外显子组成，翻译起始和终止密码子分别位于外显子4和外显子12中。
HLCS基因编码一个726个氨基酸的蛋白质（NP_000402.3）。
HLCS在人体组织中广泛表达，这与其在多种代谢过程中对生物素依赖性羧化酶活性的需求一致[4]。在结构上，HLCS包含一个较大的N端区域、一个保守的中央生物素-蛋白质连接酶催化区域（该区域结合生物素和ATP）以及一个C端区域。N端和C端区域均参与生物素受体蛋白的识别，并且对于高效的羧化酶生物素化是必需的[5], [6]。催化反应分为两个连续步骤：ATP依赖性形成生物素-5′-AMP，随后将活化的生物素基团转移到受体蛋白中生物素羧基载体结构域内的一个保守赖氨酸残基上。因此，致病性
HLCS变异可能损害mRNA加工、蛋白质稳定性、催化活性或底物识别。
全羧化酶合酶缺乏症（HLCSD；OMIM
253270）是一种罕见的常染色体隐性遗传的生物素代谢障碍疾病，由
HLCS基因的纯合致病性变异引起。HLCS活性降低会损害多种生物素依赖性羧化酶的生物素化和活化，从而产生多种羧化酶缺乏症的生化表型[3], [7], [8]。尽管HLCSD传统上被归类为早发型多种羧化酶缺乏症，但其发病年龄有所差异。大多数受累个体在新生儿期或婴儿早期出现症状，但也有在儿童期甚至极少数情况下在成年期迟发报道的病例[3], [9], [10]。
HLCSD的临床谱系从新生儿筛查中发现的无症状生化异常到危及生命的代谢失代偿不等。常见表现包括喂养困难、呕吐、嗜睡、肌张力低下、呼吸急促、癫痫发作、意识改变、发育迟缓、皮炎和脱发。急性发作期可伴有代谢性酸中毒、乳酸酸中毒、酮症、高氨血症和低血糖，若未及时治疗，可进展为昏迷甚至死亡[9], [11], [12]。感染、发热、长时间禁食和口服摄入减少可诱发分解代谢状态并引发代谢失代偿。HLCSD中的基因型-表型相关性并非绝对的；然而，保留较高残余HLCS活性的变异通常与较晚的发病年龄和更高的生物素反应性相关，而明显降低催化活性的变异则更常与新生儿期或婴儿早期发病相关。酶动力学研究表明，某些HLCS基因变异会降低HLCS对生物素的表观亲和力或降低其最大催化活性，从而影响对生物素治疗的生化和临床反应程度[13], [14]。然而，临床表型的表现也可能受治疗时机、生物素剂量和分解代谢应激因素暴露的影响。
根据干血斑中3-羟基异戊酰肉碱（C5-OH）浓度升高，可在新生儿筛查中怀疑HLCSD。然而，C5-OH升高并非HLCSD所特有，也可发生在其他疾病中，包括生物素酶缺乏症和3-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶缺乏症。然而，HLCSD患者的新生儿筛查结果可能正常，因此后续的临床上和生化评估至关重要[9], [11]。诊断性生化发现可能包括尿中3-羟基异戊酸、3-甲基巴豆酰甘氨酸、3-羟基丙酸、甲基柠檬酸、丙酮酸和乳酸排泄增加，反映了多种生物素依赖性羧化酶的功能障碍[9], [11]。由于这种生化模式与生物素酶缺乏症和多种有机酸血症重叠，因此测定生物素酶活性有助于鉴别诊断。在存在多种羧化酶缺乏症生化证据的情况下，如果生物素酶活性正常，则支持诊断为HLCSD而非生物素酶缺乏症[10]。多种羧化酶活性降低或患者来源细胞中生物素掺入受损可进一步支持诊断，并通过在HLCS基因中鉴定出纯合致病性或可能致病性变异来确认[9], [15]。
使用药理剂量的生物素治疗是HLCSD的主要疾病特异性干预措施，当强烈怀疑该疾病时应立即开始治疗。大多数受累个体在生物素治疗后临床症状和生化异常有显著改善，尽管所需的剂量和反应程度因残余酶功能和基础变异而异[9], [12], [14], [15]。在急性代谢失代偿期间，应继续进行生物素治疗，并结合以逆转分解代谢、纠正脱水、电解质紊乱、低血糖和酸碱失衡以及治疗原发病症为目标的辅助护理[10], [15]。长期管理需要终身补充生物素，剂量应根据临床和生化反应个体化调整。应避免长时间禁食，并应积极处理间发疾病，以降低代谢失代偿的风险。早期诊断和持续的生物素治疗与大多数患者良好的临床、发育和生化预后相关[9], [12]。
准确解读HLCS变异对于分子诊断至关重要，特别是当变异为新型或罕见变异时。尽管错义变异可以利用人群数据、计算分析、共分离和功能性证据进行评估，但剪接位点变异通常需要进行转录本水平的分析以确定其对前体mRNA加工的影响[16], [17]。基于RNA的分析可以直接显示异常剪接事件，包括外显子跳跃，并提供仅凭基因组DNA测序无法获得的功能性证据[18]。
在本研究中，我们调查了一名迟发型、对生物素反应的多种羧化酶缺乏症患者，该患者尽管新生儿筛查结果正常，却反复经历感染诱发的严重代谢性酸中毒发作。我们鉴定出一种先前未报道的HLCS变异复合杂合组合，并进行了亲本共分离分析、转录本水平特征化、患者来源成纤维细胞中的羧化酶活性测定以及比较结构建模。
