伴癫痫的婴儿型GM1神经节苷脂沉积症由GLB1基因同一密码子变异(c.808T>G/c.808T>C)所致

《Genes》：Infantile GM1 Gangliosidosis with Epilepsy Associated with a Same-Codon GLB1 Variant (c.808T>G/c.808T>C)

　　

摘要：GM1神经节苷脂沉积症（GM1 gangliosidosis）是一种常染色体隐性溶酶体贮积病，由GLB1基因致病变异导致β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，EC 3.2.1.23）缺乏引起。目前已发现近300个致病或疑似致病变异，表型谱涵盖GM1神经节苷脂沉积症至IVB型黏多糖贮积症（mucopolysaccharidosis type IVB，MPS IVB）。疾病严重程度主要取决于特定变异对酶活性——尤其是通过破坏活性位点底物识别与结合而损害催化功能——的程度。研究人员报道1例I型GM1神经节苷脂沉积症患者，呈复合杂合状态，携带两个GLB1基因致病错义变异c.808T>G（p.Tyr270Asp）和c.808T>C（p.Tyr270His）。据研究人员所知，该特定等位基因组合此前未见报道。两处变异均影响同一密码子，导致第270位酪氨酸发生不同氨基酸置换，该残基对维持β-半乳糖苷酶催化结构域的结构与功能完整性至关重要。该位点被破坏预期会严重削弱酶活性。通过与既往报道的同密码子纯合或复合杂合病例比较分析发现，该位点变异可能一致性地关联婴儿型GM1神经节苷脂沉积症，其特征为快速进展性神经退行病程及多系统受累。综上，这些发现进一步支持以下假说：GLB1基因第270密码子可被视为关键功能热点（functional hotspot），即使发生不同氨基酸置换也可导致严重的酶功能障碍及早发重症表型。

论文解读：伴癫痫的婴儿型GM1神经节苷脂沉积症由GLB1基因同一密码子变异(c.808T>G/c.808T>C)所致

研究背景与意义

GM1神经节苷脂沉积症（GM1 gangliosidosis）是由GLB1基因（3p22）编码的溶酶体水解酶——酸性β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-GAL）缺陷引起的常染色体隐性溶酶体贮积病，发病率约1:100,000–1:200,000活产儿。β-GAL负责水解GM1神经节苷脂（GM1 ganglioside）末端β-半乳糖及硫酸角质素（keratan sulfate）等底物，其活性缺失导致GM1神经节苷脂在中枢神经等多系统溶酶体中蓄积，引发神经元凋亡、脱髓鞘及神经炎症。GLB1基因变异同时可致IVB型黏多糖贮积症（MPS IVB / Morquio B disease）。按发病年龄与严重程度分为三型：I型（婴儿型，<6月龄起病，快速进展神经退行，常伴癫痫、樱桃红斑、肝脾肿大，预后极差）；II型（晚婴/少年型）；III型（成人型）。目前GLB1基因已报道近300种致病变异，但基因型-表型相关性仍有待完善，尤其对同一密码子上不同错义变异组合导致的复合杂合状态的报道极少。本研究首次报道GLB1基因第270密码子c.808T>G与c.808T>C复合杂合致病变异导致的I型GM1神经节苷脂沉积症伴药物难治性癫痫，探讨密码子270作为功能热点的意义，论文发表于《Genes》。

主要技术方法与样本来源

研究人员对1例临床疑诊溶酶体病的3岁女童先证者进行系列评估：①临床表型采集、神经系统查体、视频脑电图（Video-EEG）监测及头颅MRI随访；②生化检测包括干血斑及外周血白细胞β-半乳糖苷酶活性荧光法测定（4-甲基伞形酮-β-D-吡喃半乳糖苷为底物）及血生化指标；③全外显子测序（Whole-Exome Sequencing, WES）发现GLB1基因复合杂合变异后，采用Sanger测序验证并做父母来源分离分析（亲本验证确认反式遗传，父亲携带c.808T>C/p.Tyr270His，母亲携带c.808T>G/p.Tyr270Asp）；④检索ClinVar数据库及文献对比同密码子变异病例的临床-遗传学特征。

2. Case Report（病例报告）

研究人员报告1例经典型I型GM1神经节苷脂沉积症女童，试管婴儿出生，出生体重4450 g，生后前3个月发育尚可，其后出现全面性肌张力低下、进行性神经运动倒退。3月龄超声示脑积水征象；6–7月龄出现肌阵挛；11月龄EEG示背景慢化，MRI示髓鞘形成延迟、脑室扩大、透明隔腔、小脑及胼胝体轻度发育不良；17月龄复查白细胞β-半乳糖苷酶活性显著降低（27.73 μM/L/h，参考值50–200），疑诊GM1神经节苷脂沉积症；WES检出GLB1基因复合杂合错义变异c.808T>G（p.Tyr270Asp）和c.808T>C（p.Tyr270His），Sanger验证为反式遗传符合常染色体隐性遗传。23月龄出现特殊面容（凸额、眼距宽、内眦赘皮、鼻梁塌陷、低位耳、短人中、牙齿异常）及眼底樱桃红斑（cherry-red spot）。2岁Video-EEG示弥漫性皮质慢波及额中央区多灶性尖-慢/多棘-慢综合波，神经查体示严重认知障碍、轴性肌张力低下伴远端痉挛；MRI示进行性弥漫性脑萎缩。抗癫痫发作药物（左乙拉西坦40 mg/kg/d + 氯巴占0.5 mg/kg/d）仅部分控制发作，出现局灶性阵挛进展为全身强直-阵挛及癫痫持续状态。综合临床、生化、影像及基因结果确诊为早发婴儿型GM1神经节苷脂沉积症（I型），值得注意的是本例无多发性骨发育不良（dysostosis multiplex），提示该体征缺如对诊断无排除意义。

3. Nucleotide Variants c.808T>G and c.808T>C in the GLB1 Gene（GLB1基因c.808T>G与c.808T>C核苷酸变异）

研究人员检索ClinVar及文献指出：c.808T>G（p.Tyr270Asp，rs编号VID 284172）为已明确致病变异，多与I型GM1神经节苷脂沉积症相关，Tyrosine-270位于β-半乳糖苷酶催化中心邻近区域，其非保守置换严重损害酶功能；c.808T>C（p.Tyr270His，VID 1330373）在ClinVar中仅有1条记录标注为疑似关联GM1神经节苷脂沉积症，文献曾报道纯合p.Tyr270His致严重神经退行疾病。两变异均作用于同一密码子第270位酪氨酸——该残基对酶催化域空间构象及底物结合至关重要，不同氨基酸置换（Asp或His）均可致显著酶功能受损。本研究首次在同一患者以复合杂合形式共存上述两变异，支持密码子270为GLB1功能热点。

4. Discussion（讨论）

研究人员分析认为p.Tyr270Asp变异强烈关联婴儿型GM1神经节苷脂沉积症严重表型，其带负电天冬氨酸置换芳香族酪氨酸引致电荷与空间结构改变，致β-半乳糖苷酶活性大幅降低；既往纯合及多数复合杂合p.Tyr270Asp病例均呈重型。本例虽残留酶活性约为下限的55%（高于经典近零值），但体外活性与临床严重度非线性相关，且首轮干血斑筛查因方法敏感性及底物蓄积未显缺陷，二次白细胞检测方确诊，提示必要时重复或换样本类型检测。本例突出特征为难治性癫痫（全面性强直-阵挛、肌阵挛、局灶性发作及癫痫持续状态），符合婴儿型GM1神经节苷脂沉积症高达59%的癫痫发生率报道，EEG表现（弥漫性慢化+多灶棘-慢/多棘-慢波）与本例吻合。比较文献可见同密码子变异多数伴内脏受累（肝脾肿大、心脏病变），而本例无骨发育不良再次强调表型异质性。综合文献与本例，密码子270是GLB1关键功能位点，即便不同错义置换亦致重度酶缺陷及早发神经退化。

5. Conclusions（结论）

GM1神经节苷脂沉积症是因β-半乳糖苷酶缺乏导致的严重进展性溶酶体病，最终引起深度神经退化。p.Tyr270Asp（c.808T>G）变异恒定关联疾病婴儿型及显著酶功能损害，反映第270位酪氨酸残基对维持催化活性的关键作用。文献病例显示该变异关联以早期发育迟缓、进行性运动倒退及多系统受累（肝脾肿大、心肌病、骨骼异常、面部粗貌、视网膜樱桃红斑）为特征的严重神经退行表型。本例在扩展GLB1突变谱的同时进一步支持上述基因型-表型关联，首次描述了影响同一密码子的两处变异（c.808T>G/c.808T>C）复合杂合状态。需注意密码子270并非GM1神经节苷脂沉积症独有，也属GLB1相关疾病更广谱系（含MPS IVB）的一部分。综上，证据支持GLB1第270密码子系关键功能热点，该位点不同氨基酸置换可致严重酶功能障碍及早发神经退行，尚需更多病例与功能实验完善该位点的基因型-表型关联界定。