全基因組測序確診氨基甲酰磷酸合成酶缺乏癥Ⅰ型1例

馬鵬飛 許愿愿 趙曉玲 童文佳 龍云 金丹群 吳成 陸怡

作者單位：231500 合肥 安徽省兒童醫院消化科(馬鵬飛,龍云,吳成);安徽省兒童醫院重癥醫學科(許愿愿,趙曉玲,童文佳,金丹群);復旦大學附屬兒科醫院肝病中心(陸怡)

患兒,男,1個月20天,因“嘔吐3天,昏睡、呻吟半天伴反復抽搐發作”入院,患兒系G2P2,足月順產,否認出生時有窒息搶救史,出生體重3 400 g,父母體健,否認近親結婚,否認家族遺傳病、傳染病及肝膽疾病史。患兒哥哥體健。入院查體:昏睡狀態,精神、反應差,面色稍蒼白,無特殊面容,全身皮膚無黃染、淤點淤斑、出血點及花紋征,呼吸深快,三凹征(-),心肺聽診陰性,腹膨隆、軟,腹壁未見靜脈曲張,肝脾肋下未及,腸鳴音正常,四肢肌張力增高,四肢陣發性強直陣攣發作。雙下肢無浮腫,雙側足背動脈搏動有力。急診血氣分析:PH 7.51,PCO222.3 mmHg,PO285mmHg,cHCO215.5 mmol/L,BE -7.23 mmol/L,AG 13.1 mmol/L;予以禁食水(不禁藥)、吸氧、心電監護、止驚、復合氨基酸營養、補液等對癥處理,同時口服維生素B6、維生素B12及左卡尼丁。肝功能:TB 44.6 μmol/L(2-21 mmol/L),DB 14.7 μmol/L(0-8 mmol/L),ALT 28.7 IU/L(5-60 U/L),AST 25.1 IU/L(5-60 U/L),腎功能、電解質、血糖、CRP及免疫球蛋白正常;凝血五項、Torch、嗜肝病毒、梅毒、HIV、丙酮酸、同型半胱氨酸正常,胸部X線片及頭顱CT正常,急診行腦脊液常規及生化檢查,排除了中樞神經系統感染;測血氨134.8 μmol/L,停止氨類攝入,“精氨酸”靜滴補充氨基酸,當晚出現呼吸困難,轉PICU機械通氣,同時復測血氨231.8 μmol/L,予以限制氨攝入及促進腸道氨排出,未見好轉,血氨升高至466.0 μmol/L,給予持續性腎臟替代治療(CRRT)27 h后,血氨下降至41.1 μmol/L,第三日鼻飼開奶后出現病情加重,持續昏迷,復測血氨151 μmol/L,凝血五項:PT 32.4 s(10～14 s),INR2.88(0.85～1.45),APTT>180 s(23～40 s),TT>180 s(14～21 s),FBG2.45 mg/L(0～0.5 mg/L),再行CRRT。第四日血串聯質譜提示:瓜氨酸 5.03(9.63～64.17),丙氨酸175.38(102.86～450),精氨酸12.77(1.50～55.00),尿串聯質譜提示:乳清酸0;乳酸-2 233.38(0～4.7),3-羥基丁酸 24.73(0～3.7),丙酮酸-OX 108.47(0～24.0)提示酮癥,考慮為CPS1D,但不能排除N-乙酰谷氨酸合成酶缺乏癥,與家長溝通,征求家長同意后行基因檢測;第五日,患兒出現對光反射消失,行頭顱CT提示腦水腫、腦疝及蛛網膜下腔出血(圖1),同時血常規:WBC 17.7×109,HB 53 g/L,血小板下降至30×109,CRP330 mg/L,使用美羅培南聯合利奈唑胺抗感染治療及對癥處理,復測血氨上升達238.5 μmol/L,再次行CRRT。第六日,肝功能:TB 27.4 mmol/L,DB 10.9 mmol/L,ALT 97 U/L,AST 66 U/L,膽堿酯酶 3198 U/L,電解質:Na+199 mmol/L,Cl-171 mmol/L,K+5.77 mmol/L,持續葡萄糖水維持中,血糖1.5 mmol/L,于第七日家長放棄治療,出院后死亡。

圖1 A. 入院第一天頭顱CT:腦實質內未見異常密度影。B. 入院第5天頭顱CT:雙側大腦半球腦實質密度減低,灰白質分界不清,腦溝裂變淺,環池、腳前池、四腦室明顯變窄、消失,大腦縱裂池、小腦上池密度明顯增高,雙側側腦室受壓變窄消失,中線結構無明顯移位。小腦扁桃體疝入枕骨大孔。蛛網膜下腔出血

基因檢測結果:CPS1基因復合雜合突變:exon11:c.1145C>T:p.P382L ,c.1360-189T>C,經Sanger測序驗證分別來自父親和母親(圖2)。本文中c.1145C> T:p.P382L位點為已報道的致病突變,c.1360-189T>C位點經SpliceAI和varSEAK在線分析平臺對變異的剪接功能生物學危害性預測均為陰性,但根據美國醫學遺傳學與基因組學學會 (The American College of Medical Genetics and Genomics,ACMG)指南,該變異可評級為可能致病性變異: PM2(正常人群變異數據庫未見報道)+PM3(反式位置有致病變異)+PP1(突變與疾病在家系中共分離)+PP4(臨床表型高度符合)。

圖2 患兒家系的全基因組測序結果

討論氨基甲酰磷酸合成酶缺乏癥Ⅰ型(CPS1D;OMIM #237300)是一種常染色體隱性遺傳病,是因尿素循環中的第一個限速酶:氨基甲酰磷酸合成酶-1(CPS1)缺乏或者活性降低,導致氨基酸代謝異常而表現的一系列臨床癥狀[6, 18]。該病發病率低,可起病于任何年齡,大多數病例起病于新生兒時期,肝臟代謝異常,以高氨血癥的神經癥狀為主要臨床表型,重癥者病情進展快,病死率高,難以馬上確診,故臨床確診病例罕見。

本研究分別以“Carbamoyl Phosphate Synthetase 1 Deficiency”和“氨基甲酰磷酸合成酶缺乏癥Ⅰ型”在PubMed以及萬方數據庫和中國知網中檢索,時間限制在2022年3月1日之前,大陸地區已報道的文章共16篇,英文發表的文章有8篇[1-8],中文發表的文章有8篇[9-16],與21例患兒相關(排除重復報道3例),新生兒期發病的病例15例,最早發病時間為出生后1天;遲發型病例6例,最遲發病時間為11歲9個月,臨床表型無特異性,血氨733.3±794.4 μmol/L(81～1404 μmol/L)。基因突變位點共累及32個,其中外顯子31個,內含子僅1個,為c.622-3C>G;錯義突變24個,無義突變5個,小片段缺失1個,移框突變1個,剪接突變1個。包括本文中的突變位點,c.1145C>T的錯義突變出現頻率最高,共3次;相同位點的復合雜合突變僅一對,即: Exon19: c.2339G>A; Exon29: c.3520C>T,由此驗證了CPS1基因具有的“私有化”特征[4, 17]。經OMIN、HGMD網站查詢,本文中的內含子c.1360-189T>C的錯義突變尚未報道。

CPS1作為尿素循環的第一個限速反應,催化氨進入循環[12],該酶由CPS1(MIM*608307)基因編碼。CPS1基因位于染色體2q35上,跨度>120kb,包含超過38個編碼外顯子的4500個編碼核苷酸[19],其變異可使CPS1的功能降低或缺失,導致高氨血癥。隨著血漿氨水平的升高,納差、嘔吐、呻吟、驚厥發作、呼吸窘迫和反常呼吸等呼吸不適的發生率增加,這些可能是高氨血癥引起的水腫刺激腦干呼吸中樞的結果[20]。

鑒于許多患者在確診前死亡,CPS1D的確切發病率尚不清楚,據估計,日本的發病率約1/80萬,芬蘭的發病率約1/53.9萬[6]。在尿素循環障礙(UCDs)中CPS1D的病死率最高,其次是OTCD和ASA[20]。在新生兒期發病的CPS1D和OTCD患者中,60%患者在新生兒期能存活,但其中約19%的存活兒在1年內因再次或反復病情發作而死亡。對于CPS1D患者,在第一年內病情反復可能高達8次。即使患者在第一年存活下來,約47%～67%的患者存在發育遲緩,只有15%～20%的患者發育正常[21]。發育遲緩的程度與高氨血癥的峰值濃度和持續時間有關[18],所以早期診斷及早期治療對患者至關重要。

眾所周知,同一疾病不同基因突變的患者可能表現出不同的表型。從表1中可以看出,CPS1D的臨床表型雖無特異性,但可因病情的輕重緩急而表現出不同程度的神經系統癥狀。特別對于新生兒期發病的患者來講,發病早,病情進展快,病死率高,如果臨床醫生對該病沒有充足的認識,則很難診斷該病。CPS1D的診斷基于血氨升高、瓜氨酸降低、尿液中的乳清酸正常或較低[10]。然而,由于UCDs中的N-乙酰谷氨酸合酶缺乏癥(NAGSD)有著與CPS1D相類似的中間代謝物,所以該技術無法將CPS1D與NAGSD區分開來[5],且這些中間代謝產物易受感染、飲食及其他代謝異常等影響[21],故明確診斷需要對肝臟或小腸組織進行酶學分析,或者進行分子遺傳學研究[22]。本例患兒有嚴重高氨血癥伴血、尿串聯質譜典型表現,基因分析排除了NAGS基因缺陷,故CPS1D診斷成立。

表1 大陸地區已發表的CPS1D患兒首發表現及基因突變位點

該患兒二代測序(NGS)僅測出CPS1外顯子c.1145C>T,來源于父親,為已報道致病突變,隨后再次行WGS檢測,得出第二個突變位點,內含子c.1360-189T>C,來源于母親,其哥哥WGS檢測僅得出CPS1外顯子c.1145C>T的雜合子。經OMIN、HGMD網站查詢,內含子c.1360-189T>C突變位點未曾報道。根據表1,大陸地區患者中CPS1的突變位點幾乎多位于外顯子,內含子突變僅有1例,且深度較淺,本文中的突變位點在內含子的較深處。瑞士的Jasmine Isler報道過12個CPS1的內含子深部突變,其中最深位置c.3559-745A>G,他對高度懷疑CPS1D而NGS陰性或者雜合子的患者增加RNA測序和(或)酶學分析,確診了多例懷疑該病的病例,還解釋了內含子的突變可對剪接功能有影響[22]。本文中的患兒臨床表型符合CPS1D,ACMG評估為可能致病,再結合CPS1基因具有較高的“保守性”,故CPS1的變異極可能導致致病[17, 22],但遺憾的是,家長拒絕行RNA測序及肝臟或小腸組織的酶學分析。表1中所涉及的21位患者中已標出基因突變者19例,累及突變位點32個,且僅有1對相同的復合雜合突變,大多數突變并不重復,這表明了CPS1基因突變的“私有化”特征,進一步使CPS1D的診斷復雜化[17]。因此臨床上對于高度懷疑CPS1D的患兒需行NGS或WGS檢測,同時需關注內含子深處的突變,必要時可行RNA測序及酶學分析驗證診斷。

CPS1D是一種罕見的臨床表型無特異性的疾病,早期極易誤診為感染性疾病。表1中21例病例在入院時明確有感染的7例,另外有7例懷疑為感染性疾病。本文患兒在入院時納差、呼吸節律改變、反復驚厥發作,不能排除中樞神經系統感染,所以使用“苯巴比妥”鎮靜和“復合氨基酸”營養支持治療,但這兩種藥物都會加重血氨的升高。除此之外,丙戊酸、卡馬西平、托吡酯及左旋門冬酰胺等亦會加重血氨升高,所以對于高氨血癥患者應避免使用[4]。CPS1D的病程可呈間歇性發作,除上述的特殊藥物可誘發該病發生外,應激狀態、病毒感染或高蛋白飲食亦會誘導病情發作及導致病情惡化[8]。本文中的患兒在第一次CRRT后,血氨已降至正常,但開奶后患兒再次出現血氨升高。GRIFFIN 等人曾在模擬實驗中證明CPS1活性低于50%正常值時,在推薦蛋白質攝入量下血氨水平增加1倍以上,高蛋白飲食下血氨水平增加3倍以上[23]。腦氨水平的增加會阻礙星形膠質細胞對鉀的吸收,導致神經元吸收鉀增加,從而損害皮質的抑制性神經傳遞,導致癲癇發作[23]。

患者昏迷持續時間的延長和血氨水平的增加被認為是導致發病率和病死率增加的原因[21]。在死亡的患者中,高血氨狀態持續時間的中位數為4天半,而存活者中高血氨狀態持續時間的中位數為3天[20]。該患兒在持續3天多的高氨血癥后出現了急性肝功能衰竭[24],隨著病情的進展,在“肝衰”的晚期并發了多臟器功能衰竭,如:重癥感染、骨髓造血功能抑制、腦水腫、腦疝、蛛網膜下腔出血及嚴重的電解質紊亂,所以及時降低血氨被認為是預防不良后果的關鍵。CPS1D的治療現無專家共識和指南參考,主要依據尿素循環障礙的治療方案[21]。目前,有幾種新的治療方法正在研發中,如:N-氨甲酰-L-谷氨酸(NCG)的利用;藥物伴侶增加錯誤折疊突變蛋白的穩定性;基因治療及黃酮類化合物等研制[25]。

總之,本文拓展了CPS1基因突變的基因譜。鑒于CPS1D的非典型癥狀、突發性、快速進展和低發病率,許多CPS1D患者在確診前已死亡。本文總結了大陸地區報道的兒童CPS1相關UCDs的臨床和生化特征,提醒臨床醫生在遇到喂養后出現納差、癲癇發作和意識障礙等神經系統表現的患兒,需行血氨測定。一旦確診高氨血癥,應合理飲食及避免使用加重高氨血癥的相關藥物,盡早行血尿串聯質譜分析和NGS,基因檢測。不能忽略內含子的突變,即使檢測結果為陰性,但臨床高度懷疑CPS1的患者可行RNA測序或酶學檢測確診;早期診斷、早期治療,有助于降低病死率和改善預后。由于本文CPS1缺陷例數少,可能存在觀察偏移。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。