FITM2基因功能部分缺失导致遗传性痉挛性截瘫

《HUMAN MUTATION》：Partial Loss of FITM2 Function Causes Hereditary Spastic Paraplegia

　　

专业摘要翻译 FITM2编码脂肪储存诱导跨膜蛋白2（FIT2），这是一种内质网（ER）中的脂质二磷酸酶，可裂解酰基辅酶A（acyl-CoAs），对内质网稳态至关重要。在人类中，FITM2的纯合无义突变与一种以耳聋和肌张力障碍为特征的综合征相关。在此，研究人员报告了两个家系，患者表现为晚发性儿童期起病、缓慢进展的肢体痉挛、小脑特征和相对保留的认知功能，符合复杂型遗传性痉挛性截瘫（HSP）表型。外显子组测序揭示这些患者携带FITM2复合杂合突变。在每个家系中，受累先证者均携带一个推定无效等位基因和一个G100R错义等位基因。功能分析表明，G100R等位基因为低效等位基因，FIT2蛋白水平降至野生型的20%，导致酶活性成比例降低。在这些家系中观察到相似的HSP疾病表型和相同的低效突变，提示G100R突变及其相关的酶活性降低代表了FITM2突变的一种新发现的临床表现，扩展了与该基因相关的疾病谱。

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研究背景

遗传性痉挛性截瘫（Hereditary Spastic Paraplegia, HSP）是一组以双侧下肢进行性痉挛和无力为主要临床特征的神经系统退行性疾病，其病理基础是皮质脊髓束上运动神经元的长轴突病变。自上世纪90年代发现首个HSP遗传位点以来，已有超过80个致病基因被鉴定。HSP可分为单纯型和复杂型，后者常伴有癫痫、小脑性共济失调、认知障碍等其他神经系统表现。值得注意的是，约30个HSP基因参与脂质代谢，这使得脂质代谢通路成为HSP发病机制中最常见的受影响通路之一。

FITM2基因编码脂肪储存诱导跨膜蛋白2（Fat Storage-Inducing Transmembrane Protein 2, FIT2），这是一种定位于内质网的脂质二磷酸酶，能够裂解酰基辅酶A分子，对内质网脂质稳态和脂滴形成至关重要。此前研究表明，FITM2完全缺失会导致一种称为Siddiqi综合征的严重疾病，其特征包括早发性耳聋、肌张力障碍、神经发育迟缓和生长障碍。然而，FITM2部分功能丧失是否与不同的临床表型相关尚不清楚。

本研究旨在通过鉴定两个呈现复杂型HSP表型但未表现出典型Siddiqi综合征特征的家系，探索FITM2基因突变可能导致的更广泛的临床谱系，并通过功能研究阐明其分子机制。

研究方法与关键技术

研究人员采用全外显子组测序对两个来自同一地理区域的无亲缘关系家系进行遗传学分析。通过Genematcher平台和大型基因组数据库筛选，结合Sanger测序验证突变分离情况。利用AlphaFold预测和冷冻电镜技术解析FIT2蛋白结构，并在患者皮肤成纤维细胞、SUM159乳腺癌细胞敲除系和酵母模型中开展功能验证，包括免疫印迹、酰基辅酶A通量测定和活细胞成像。此外，还对353例希腊肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者的全基因组测序数据进行筛查。

研究结果

3.1 临床发现与病例描述：研究人员在两个家系中共发现3例患者，均表现为晚发儿童期起病（第一个十年后期）、缓慢进展的下肢痉挛伴小脑体征，认知功能相对保留。所有患者均早产出生。家系1的先证者在青少年时期因舞蹈课协调困难就诊，逐渐发展为需要辅助行走的痉挛性步态和小脑性构音障碍。家系2的两名同胞均在40岁左右丧失行走能力，发展为痉挛性四肢瘫和严重构音障碍，但认知功能保持完好。脑磁共振成像显示小脑蚓部萎缩和轻度脑室扩大。

3.2 遗传学分析：外显子组测序在两个家系中发现FITM2基因的复合杂合突变，共享同一个错义突变c.298G>C p.Gly100Arg。家系1的另一个等位基因为c.545_551dup p.His185LeufsTer70移码突变，家系2的另一个等位基因为c.538C>T p.Arg180Ter无义突变。G100R突变极为罕见，人群频率仅为0.000008%，而H185-fs和R180-Ter均为预测导致蛋白质截短和催化活性丢失的无效等位基因。

3.3 蛋白质结构建模：通过AlphaFold预测和冷冻电镜分析，研究人员获得了FIT2蛋白的低分辨率结构模型。FIT2具有6次跨膜结构域，与脂质磷酸磷酸酶家族成员结构相似。G100R突变位于第3次跨膜螺旋，引入带正电荷的精氨酸侧链，与周围氨基酸残基产生显著空间位阻，可能导致蛋白质折叠异常。

3.4 FIT2 G100R突变体导致蛋白水平降低：患者皮肤成纤维细胞中FIT2 mRNA水平正常，但蛋白水平较对照降低75%-80%。检测到的蛋白为全长形式，提示来源于G100R等位基因。蛋白酶体抑制剂MG-132未能恢复蛋白水平，提示降解可能通过其他途径或突变影响翻译效率。

3.5 FIT2 G100R仍保留酰基辅酶A二磷酸酶活性：在过表达系统中，G100R突变体蛋白表达量约为野生型的20%，其酶活性相应降低至同等比例，表明单位蛋白的比活性并未受损，而是蛋白总量减少导致总体活性下降。

3.6 FIT2 G100R是细胞实验中的低效等位基因：在FIT2敲除的SUM159细胞中回补G100R突变体，可部分恢复内质网形态异常和未折叠蛋白反应标志物升高，效果介于野生型和无催化活性突变体之间。在酵母互补实验中，G100R同样部分恢复了肌醇营养缺陷型和内质网形态缺陷。

3.7 希腊ALS队列中的变异筛查：在353例希腊ALS患者中，研究人员发现了多个FITM2变异，包括家系2中发现的R180-Ter变异，以及一名73岁散发型ALS患者携带的G100R变异。这一发现提示FITM2变异可能增加ALS易感性，但需在更大规模对照研究中验证。

讨论与结论

本研究发现了一种新的FITM2低效等位基因G100R，当其与无效等位基因组合时，导致一种不同于经典Siddiqi综合征的复杂型HSP表型。该表型特征为晚发儿童期起病、无前期神经发育迟缓、缓慢进展的肢体痉挛和小脑体征、认知功能相对保留，且不伴耳聋、肌张力障碍和皮肤病变。这种临床差异与残留的FIT2酶活性水平一致：完全缺失导致严重多系统疾病，而部分功能丧失则表现为选择性运动神经元受累。

与以往报道的FITM2纯合或复合杂合无义突变导致的完全酶活性丧失不同，G100R突变保留了催化活性但蛋白稳定性降低，导致总酶活性降至野生型的约20%。这种残余活性足以维持基本的内质网稳态，但不足以支持长轴突皮质脊髓束神经元的正常功能，从而解释了为何患者仅表现为HSP而非更严重的全身性疾病。

值得注意的是，FITM2突变与BSCL2（seipin）基因突变在表型上存在相似性，后者同样是内质网脂滴相关蛋白，其不同突变类型可引起从运动神经元病到复杂型HSP的广泛表型谱。这进一步支持了FITM2可能也具有类似的表型多样性。

本研究将FITM2确定为HSP遗传异质性中的一个候选基因，通过将部分功能丧失与较轻的复杂型HSP表型联系起来，拓展了FITM2相关疾病的临床和分子图谱，为其纳入HSP相关基因诊断panel提供了依据。