1例新生兒期發病氨甲酰磷酸合成酶1缺乏癥的診斷方法

陳曉英，丁文玲，魏振英，劉秀香

1 青島大學附屬婦女兒童醫院NICU，山東青島 266000；2 濰坊市中醫院新生兒科

氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ缺乏癥（carbamoyl phos‐phate synthetase 1 deficiency，CPS1D）是由先天性氨甲酰磷酸合成酶1（CPS1）缺陷導致的一種遺傳代謝性疾病，主要臨床表現為高氨血癥。CPS1D 是先天性尿素循環障礙的一種，為常染色體隱性遺傳病。CPS1D 的發病具有明顯的種族和地區特異性，美國發病率約為1/62 000［1］，日本約為1/80 萬［2］，芬蘭約1/54 萬［3］，我國目前發病率尚不明確。CPS1D 可于任何年齡發病，臨床表現高度異質性，新生兒期發病的患兒預后較差。雷海虹等［4］于2016年報道了國內首例基因診斷明確的CPS1D 患者。目前，國內外關于CPS1D 的臨床報道仍較少。本研究回顧性分析了1例CPS1D 患兒的臨床資料，總結其診斷方法，旨在提高臨床對CPS1D的認知。

1 資料分析

患兒，女，3 天，因“發熱、反應低下1 天”于2019年12 月21 日入我院。患兒系G2P1（因個人原因患兒母親人工流產1次），37+6周經陰娩出，出生體質量2.8 kg，出生史無異常，出生時新生兒Apgar 評分均10分。患兒父母親身體健康，母親孕期查體無異常，否認近親結婚、家族性遺傳病史及傳染病史。入院時查體：體溫38.5 ℃，呼吸40次/分，心率180次/分。嗜睡狀態，前囟平軟，雙側瞳孔等大等圓，直徑3cm，對光反射遲鈍，全身皮膚蒼黃，口唇發紺，呼吸淺表，雙肺聽診無啰音。心音略低鈍。四肢肌張力減低，原始反射引不出。前臂毛細血管再充盈時間4 s。

入院當天患兒血常規及凝血常規檢查大致正常，機械通氣后30 min 血氣分析結果為PH 7.25，PCO240 mmHg，PO290 mmHg，HCO-313.4 mmol/L，實際堿剩余-9.4 mmol/L，乳酸5.6 mmol/L，隨機血糖6.30 mol/L，總膽紅素222.88 μmol/L，間接膽紅素212.36 mol/L，白蛋白33.00 g/L，谷丙轉氨酶21.25 U/L，谷草轉氨酶50.07 U/L，鉀4.50 mol/L，鈉144 mol/L，鈣1.85 mmol/L，磷1.99 mmol/L，肌酸激酶：476.62 U/L，肌酸激酶同工酶34.00 U/L，降鈣素原：5.14 ng/mL，完善腦脊液檢查，腦脊液常規及生化均無異常。入院第2、3 天血氨均>500 μmol/L，入院第4 天患兒血氨205 μmol/L。心臟超聲檢查可見患兒左室收縮功能稍低，射血分數58%。頭顱超聲檢查可見雙側大腦半球彌漫性回聲增強。血串聯質譜檢查結果可見患兒血清瓜氨酸4.31 μmol/L（正常7.8～40 μmol/L），精氨酸16.78 μmol/L（正常2～60 μmol/L）。尿液有機酸氣相色譜分析結果可見尿乳清酸0 μmol/L，考慮患兒存在尿素循環障礙。

經家屬簽署知情同意書后，采集患兒及其父母外周血2 mL，由我院遺傳科采用基因捕獲配合高通量測序分析技術檢測包括尿素循環障礙在內的94個遺傳代謝病相關基因，Sanger 測序驗證分析基因突變情況。患兒存在CPS1D 基因第19 號外顯子chr2：211473230 位置c. 2238C>T（p. R780C）錯義突變，導致第780位氨基酸由精氨酸突變為半胱氨酸，該突變外顯子組整合數據庫（Exome Aggregation Consortium，ExAC）記錄的等位基因頻率為0.001 6，且該突變相關疾病與患者臨床表型高度吻合。該變異經SIFT、Polyphen-2 和MutationTaster 軟件預測為致病性變異，據ACMG指南，該基因突變的致病性分析為疑似致病性變異。同時患兒存在CPS1D 基因第3 號外顯子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P.D113V）錯義突變，導致第113 位氨基酸由天冬氨酸突變為纈氨酸，該突變經SIFT、Polyphen-2 和Muta‐tion Taster 軟件預測為致病性變異，據ACMG 指南，該基因突變的致病性分析為意義不明確變異。患兒母親存在CPS1 基因第19 號外顯子chr2：211473230位置c.2238C>T（p.R780C）變異，患兒父親存在第3號外顯子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P.D113V）變異。結合臨床表現、實驗室檢查及基因檢測結果，該患兒明確診斷為CPS1D。

入院后患兒自主呼吸進一步減弱，全身青紫，給予積極呼吸支持（氣管插管和有創機械通氣）、抗感染及對癥支持治療，患兒病情進行性加重，出現休克及淺昏迷表現，入院第2天血氨明顯高于正常，予禁食、停用氨基酸及脂肪乳，應用精氨酸降低血氨，經治療后，血氨降至205 μmol/L，自主呼吸改善，予撤呼吸機，意識狀態為嗜睡狀態，家長考慮患兒預后差，住院4天后放棄治療。出院后3個月，門診體格檢查患兒嚴重發育遲緩，吸吮、吞咽能力差，體質量低于同月齡第3百分位，四肢肌張力明顯增高，建議家長完善頭顱磁共振進一步評估病情，家長拒絕后續檢查。

2 討論

CPS1是尿素循環中的限速酶，可催化尿素循環的第一步反應，將氨轉化為氨甲酰磷酸，這一過程需要N-乙酰谷氨酸（N-acetyl-L-glutamate，NAG）作為輔助因子［5］。CPS1 缺乏時，將導致尿素循環障礙，血氨升高，而該循環中下游產物減少，尤其是瓜氨酸。此外，CPS1 參與嘧啶核苷酸的合成，其中間產物是乳清酸，因此CPS1D 可引起血氨明顯升高，血瓜氨酸降低，尿乳清酸濃度降低。本例患兒的血串聯質譜和尿有機酸分析結果符合相應表現。氨具有很強的神經毒性，血液中的氨能夠自由通過血腦屏障，腦內的氨在星形膠質細胞中谷氨酰胺合成酶作用下轉換為谷氨酰胺，當大量的氨進入大腦時，過量具有滲透活性的谷氨酰胺可引起星形膠質細胞腫脹，導致腦細胞毒性水腫。高濃度的氨還可以干擾神經細胞能量代謝，導致線粒體三羧酸循環障礙，ATP 生成減少，引起腦功能障礙和腦水腫。CPS1D臨床表現與酶缺陷程度和血氨水平有關，血氨高于100 μmol/L，患者可表現為興奮及行為異常，高于200 μmol/L 將出現意識障礙、驚厥，達到400 μmol/L 以上將出現昏迷、呼吸困難、智力低下，甚至猝死。

CPS1D根據發病年齡、臨床表現及酶活力降低的程度分為兩個表型：新生兒型和遲發型［6］。新生兒期發病的患兒病情兇險，早期多無特異性臨床表現，短時間內進展至多臟器功能衰竭，甚至死亡，幸存者也多遺留嚴重的神經系統損傷。由于該疾病發病率低，起病突然，癥狀缺乏特異性，臨床極易誤診。CPS1D患兒臨床表現集中在反應低下、拒乳、抽搐、發熱、呼吸困難等，均無特異性［4，7］。本研究報道的病例出生時無異常，生后3天起病，表現為發熱、反應低下，早期表現缺乏特異性，初診考慮感染性疾病，給予積極抗感染治療，但患兒各項感染指標無明顯異常，第2天血氨回報明顯高于正常，結合血串聯質譜瓜氨酸明顯降低，尿有機酸分析乳清酸降低，考慮尿素循環障礙，高度可疑CPS1D。需要注意的是，N-乙酰谷氨酸（NAG）作為CPS1的激活劑，N-乙酰谷氨酸合成酶（N-acetyl‐glutamate synthase，NAGS）基因缺陷時，也可導致血瓜氨酸降低及尿乳清酸降低［8］，在臨床上，與CPS1D的鑒別存在困難，確診依賴于酶學或基因學的檢測。

CPS1 主要在肝細胞表達，通過肝細胞活檢酶學測定，檢測到CPS1 活性喪失或低下可以明確診斷CPS1D，因為穿刺活檢的風險，酶學檢測的應用受到限制，目前確診CPS1D 的主要手段是基因檢測。人類CPS1 基因位于2q35，全長約120 kb，包含38 個外顯子和37個內含子，編碼1 462個氨基酸［5］。CPS1D都可以追溯到編碼CPS1 酶的基因的突變。目前，GMD（http：//www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php）已報道的突變超過270 種，包括錯義/無義突變，剪接缺失，小缺失/插入和大片段缺失。CPS1結構復雜，它包含兩部分六個結構域，N末端約40-kDa，通過對同源性較高的細菌CPS 研究發現，N 末端包含兩個功能域，亞單位間相互作用域（ISD）和谷氨酰胺酶亞結構域（GSD）［9］，C末端120-kDa，含碳酸氫鈉磷酸化區域（BPSD），氨基甲酸鹽磷酸化區域（CPSD），整合區域（ID）和N-乙酰谷氨酸結合域（ASD）［10］。CPS1D患者的癥狀嚴重程度取決于酶活性缺乏的程度。不同位點基因突變導致的CPS1D 臨床表現呈現差異，提示CPS1 某些結構域對酶的空間折疊和功能起主要作用，位于BPSD、CPSD 和ASD 三個結構域的突變更易引起酶的活性降低，更易致病［9］。

本例患兒兩個CPS1D 基因突變均為文獻未報道的新發突變，c. 2238C>T（p. R780C）突變位于第19號外顯子，定位于C末端的BPSD，為錯義突變，在同一氨基酸位點，R780H、R780fs 為致病性變異［11］。BPSD 是CPS1 的一個催化活性中心，在BPSD 結構域，碳酸氫鹽加一個ATP 分子通過磷酸化生成羧基磷酸鹽，羧基磷酸鹽與氨結合生成氨基甲酸酯，隨后，氨基甲酸酯通過底物隧道遷移到CPSD，與另一分子ATP 結合，生成氨甲酰磷酸酯［10］。c. 2238C>T（p. R780C）突變可能影響了CPS1 催化中心的正常構型，從而使CPS1 活性降低。該變異經SIFT、Poly‐phen-2 和MutationTaster 軟件預測為致病性變異，據ACMG 指南，該基因突變的致病性分析為疑似致病性變異。c.338A>T（P.D113V）突變位于第3號外顯子，為錯義突變，導致第113位氨基酸由天冬氨酸突變為纈氨酸，該突變經SIFT、Polyphen-2 和Mutation‐Taster軟件預測為致病性變異，該突變定位于N末端ISD 區域。約有25%的CPS1 基因突變位于N 末端的ISD 和GSD 區域［12］。雖然目前對ISD 和GSD 區域的功能還缺乏足夠的了解，但隨著這一區域致病性突變基因的不斷發現，證實ISD 和GSD 對于維持CPS1的正常活性具有重要意義。

CPS1D的治療主要是通過控制飲食和應用降氨藥物如苯甲酸、苯乙酸、L-精氨酸和L-瓜氨酸降低血氨水平，嚴重高血氨時可考慮腹膜或者血液透析，此類治療僅僅是對癥處理，病情穩定后可考慮肝移植。肝移植被認為是CPS1D 患者長期生存，并能改善預后的有效途徑。研究［13］顯示，高氨血癥患兒在生后第1 年內進行肝移植預后較好。近年來，出現了新的藥物和治療手段，Carbaglu 是FDA 批準的一種用于治療NAGS 缺陷的新藥，有研究顯示應用于CPS1D可有效降低血氨水平［14］。另外基因療法正在探索當中，為CPS1D的治療帶來更多的希望［9］。

綜上所述，新生兒期發病的CPS1D 主要臨床表現為反應低下、意識障礙，尿素循環障礙，本例患兒CPS1 基因存在復合雜合突變，分別為第19 號外顯子chr2：211473230 位置c. 2238C>T（p. R780C），及第3 號外顯子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P.D113V），其中CPS1 基因第19 號外顯子chr2：211473230 位置c. 2238C>T（p. R780C）變異來源于患兒母親，第3 號外顯子chr2：211441171 位置c. 338A>T（P. D113V）變異來源于父親。對出生時體征正常，出生后早期即出現喂養困難、反應低下、意識障礙、嚴重高血氨的患兒應考慮先天性尿素循環障礙可能，盡早完善血串聯質譜、尿有機酸和氨基酸分析以及基因檢測，明確CPS1D診斷，改善預后。