《Molecular Genetics and Metabolism》：Molecular heterogeneity in AADC deficiency: Variant-dependent effects on AADC activity
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Klaudia ?lusarczyk | Julia Zuzanna Kamińska | Natalia G?ogowska | Giovanni Bisello | Jaros?aw Poznański | Katarzyna Ku?mierska | Jolanta Syk
Klaudia ?lusarczyk | Julia Zuzanna Kamińska | Natalia G?ogowska | Giovanni Bisello | Jaros?aw Poznański | Katarzyna Ku?mierska | Jolanta Sykut-Cegielska | Krystyna Szymańska | Mariarita Bertoldi | Jakub Dro?ak | Agnieszka Magdalena Rygiel
波兰华沙市母婴研究所医学遗传学系
摘要
芳香L-氨基酸脱羧酶（AADC）由DDC基因编码，催化多巴胺和血清素生物合成的最后一步。致病的DDC变异会导致AADC缺乏，这是一种严重的神经代谢障碍。本研究旨在阐明之前未探讨的DDC变异组合：p.Pro47Ala/p.Arg447Cys和p.Cys261Phe/p.Gly354Ser，探讨其结构和功能特征。重组异二聚体和同二聚体AADC蛋白在大肠杆菌中表达并纯化。通过离子对反相HPLC结合光电二极管检测方法量化酶活性，同时利用圆二色性和分子建模分析结构变化。功能表征显示，p.Pro47Ala、p.Gly354Ser和p.Arg447Cys同二聚体的活性显著降低（分别降低88%、97%和>99%），而p.Cys261Phe的活性仍保持较高水平（L-DOPA为82%，L-5-羟色氨酸为75%）。动力学分析表明，所有同二聚体的底物亲和力均有所下降，尤其是p.Arg447Cys。此外，异二聚体组合在脱羧反应中表现出互补效应。令人惊讶的是，p.Cys261Phe/p.Gly354Ser组合能够恢复野生型活性（L-DOPA为83%，L-5-羟色氨酸为43%），而p.Pro47Ala/p.Arg447Cys组合的活性仅为野生型的15%和10%。我们的结果表明，AADC变异的致病性取决于其结构组合、异二聚体中的互补效应以及同二聚体的残余活性，这突显了复合杂合子中多肽链相互作用的复杂性。
引言
芳香L-氨基酸脱羧酶（AADC）缺乏症（OMIM #608643）是一种极为罕见的神经代谢障碍，具有常染色体隐性遗传特征，由致病的DDC变异引起，导致多巴胺、血清素、肾上腺素和去甲肾上腺素缺乏。这种神经递质失衡会严重破坏运动和自主神经系统功能，临床表现包括严重的神经发育迟缓、肌张力低下、眼球震颤、行为问题和肌张力障碍。患者常出现睡眠障碍，症状通常在婴儿早期出现，多数在出生后六个月内显现[1]。
尽管AADC缺乏症通常表现为严重症状，但也越来越认识到轻度和中度病例。这些病例从能够行走且发育接近正常的患者（轻度）到运动和认知能力中度受损的患者（中度）不等，而重度病例则无法自主坐立或行走[2],[3]。非严重表型的发现主要得益于基因检测和新生儿筛查技术的进步。
基因型与表型之间的关联复杂且尚未完全明了。临床严重程度主要由残余酶活性决定，而酶活性又取决于DDC基因中的具体致病变异。虽然某些变异与更严重的表型相关，但即使基因型相同，临床结果也存在很大差异[4]。由于AADC缺乏症的临床表现多样且与其他神经系统疾病有重叠，诊断存在挑战。初步症状往往不具特异性，可能归因于多种情况。确诊需要基因检测、脑脊液（CSF）神经递质代谢物分析以及血浆中AADC酶活性的测量。
目前的治疗方案主要针对症状进行管理，包括补充吡哆醇（作为辅因子PLP）以支持AADC活性、多巴胺受体激动剂和单胺氧化酶抑制剂。然而，治疗效果有限，尤其是对于重度病例。最近，使用腺相关病毒载体将功能性DDC基因传递给患者的基因疗法已在欧盟和英国获得批准，为该疾病的治疗带来了希望[5]。
在分子水平上了解AADC缺乏症的发病机制对于理解基因变异与临床症状之间的关系以及开发针对性治疗策略至关重要。精确表征其分子机制可能有助于为部分患者提供个性化治疗方案。此前，我们在DDC基因中发现了一种新的p.Pro330Leu变异，并阐明了其分子机制，从而为该患者提出了基于多巴胺激动剂的精准治疗方案[6]。
根据BIOPKU数据库（2026年1月访问），迄今为止已记录了699种DDC变异。Himmelreich等人的一项研究分析了348名AADC缺乏症患者，其中包括121例先前未报道的病例，发现了143种不同的DDC变异[7]。尽管已发现的变异数量不断增加，但仍有大量变异通过体外研究未能明确其功能。值得注意的是，其中四种可能的致病DDC变异出现在两名波兰患者中，基因型分别为p.Pro47Ala/p.Arg447Cys和p.Cys261Phe/p.Gly354Ser[7]。因此，我们的主要目标是阐明这些变异如何影响AADC酶的结构和功能。
章节摘录
基因变异分类
所研究的DDC变异（p.Pro47Ala、p.Arg447Cys、p.Cys261Phe、p.Gly354Ser）的致病性分类遵循美国医学遗传学和基因组学学院（ACMG）/分子病理学协会（AMP）/临床基因组学科学协会（ACGS）的建议[7],[8]。
脑脊液和血浆中的生化分析
脑脊液样本按照标准化方案收集和处理[9]。脑脊液代谢物的参考范围基于相关数据确定
临床表型和脑脊液及血浆的诊断实验室检测
患者的临床和生化特征见表1。
患者1是一名20岁的男性复合杂合子，携带p.Cys261Phe和p.Gly354Ser DDC变异。他的父母无亲属关系；他的姐姐健康。他出生时无并发症，Apgar评分8分。出生后不久出现呼吸困难和呼吸道分泌物增多，被送入保温箱。随后出现眼球震颤和明显的肌张力低下
讨论
大多数AADC缺乏症患者为复合杂合子[17]。他们的细胞理论上可以表达同二聚体和异二聚体，这两种形式的活性可能存在显著差异。因此，这些变异对整体组织AADC活性的影响及其导致的临床表型非常复杂，仅凭体外分析难以预测。要全面理解复合杂合子患者的致病性，必须
结论
总之，我们的研究结果表明，复合杂合子中AADC变异的致病性受多种因素影响，包括变异的具体结构组合、异二聚体中的互补效应以及相应同二聚体的残余酶活性。
以下是与本文相关的补充数据。
生物伦理委员会批准和知情同意
本研究获得了机构生物伦理委员会的批准（批准编号37/2022，日期2022年10月13日）。所有参与者及其父母或法定监护人已在纳入研究前签署书面知情同意书。
CRediT作者贡献声明
Klaudia ?lusarczyk：撰写——初稿、可视化、验证、研究、数据分析、数据管理。Julia Zuzanna Kamińska：撰写——审阅与编辑、研究、数据分析、数据管理。Natalia G?ogowska：研究、数据分析。Giovanni Bisello：验证、研究。Jaros?aw Poznański：软件开发、方法学、数据分析。Katarzyna Ku?mierska：方法学。Jolanta Sykut-Cegielska：撰写——审阅与编辑、资源协调。Krystyna
资助
本研究得到了波兰国家科学中心（资助编号2021/43/B/NZ5/01027）的支持。
致谢
我们感谢华沙大学化学系的有机纳米材料合成实验室提供Chirascan Plus圆二色仪用于实验。
