中科白癜风医院践行公益事业 http://news.39.net/bjzkhbzy/170125/5212097.html鞘脂类是一类具有重要细胞功能的脂类，其功能包括对细胞膜物理特性以及对跨膜和外周膜蛋白的调节。另外，鞘脂类还能调节具有信号分子作用的生物合成中间体（如鞘氨醇和神经酰胺）的产生。鞘脂在神经系统中高度富集，对大脑的正常发育和功能非常重要。鞘磷脂是真核生物中含量最丰富的鞘脂类，其代谢的调控对细胞的功能至关重要。调节鞘磷脂合成和降解平衡的酶的功能障碍在许多影响中枢神经系统的病理中都有报道。鞘磷脂酶将鞘磷脂水解成神经酰胺和磷酸化胆碱。迄今为止，一种酸性鞘磷脂酶(SMPD1)和四种中性鞘磷脂酶(nSMases)在哺乳动物中已被确定：nSMase1(SMPD2),nSMase2(SMPD3),nSMase3(SMPD4)，以及一种线粒体相关的MA-nSMase(SMPD5)，分别由SMPD1(MIM:)、SMPD2(MIM:)、SMPD3(MIM:)、SMPD4(MIM:)、以及SMPD5编码。虽然由SMPD4编码的nSMase-3（从现在起称为SMPD4）与其它鞘磷脂酶没有显著的序列同源性，但一些论文报道了其催化活性，并描述了肿瘤坏死因子和p53对其表达的调节，表明该蛋白参与了对细胞应激的反应。SMPD4是一个包含个氨基酸的蛋白质，具有蛋白质-蛋白质相互作用结构域和靠近酶活性位点的C末端跨膜结构域，其包括潜在的N-糖基化位点。亚细胞定位实验表明SMPD4存在于内质网(ER)和高尔基体。在独立的研究中，对核组分的蛋白质组学分析在核膜上检测到了SMPD4。在后一种情况下，SMPD4被鉴定为核膜跨膜蛋白-13,NET13。编码这种鞘磷脂酶家族蛋白的基因缺陷被认为会导致与细胞内细胞器功能障碍有关的发育障碍。Smpd3（人SMPD3的小鼠同源物）的失活损害高尔基体囊泡转运，干扰蛋白质稳态，并诱导ER应激，导致小鼠的细胞凋亡、生长抑制和发育迟缓。迄今为止，人类变异只在SMPD1中被报道，会导致溶酶体储存障碍尼曼-匹克病类型A和B(MIM:)。本文，我们对12个家庭进行了报道，涉及的表型包括简单脑回型先天性小头畸形、轻度小脑发育不全、严重脑病、先天性关节挛缩、糖尿病、心肌病和早期死亡。23个受累的个体可以进行测序，他们都携带SMPD4的双等位变异。我们提供了该群体的临床和神经影像学数据来描述疾病表型，以及SMPD4在决定细胞命运和有丝分裂中作用的功能证据。对12个无相关性的家庭的先证者进行外显子测序，在12个个体中检测出SMPD4的纯合或复合杂合变异。在12个家庭中，共有32个个体表现出类似的独特表型。对可进行测序的受累家庭成员进行后续的Sanger测序验证，有23/32的个体得到了基因上的确诊（表1）。表1只有在家系1中，外显子测序没有检测到相关的变异，随后在该家系对三个具有亲缘关系的4个受累个体进行了SNParray分析，仅在2q14–2q22区域检测出一个纯合区域（ROH）。SMPD4是这个ROH中唯一一个在RNA-seq分析中显示异常表达的基因。在受累的个体中对SMPD4基因的转录子进行更详细的评估时，检测到了一个内含子突变（GRCh37chr2:CT，chr2:CT;GenBank:NM_;c.-9GA），该变异在外显子测序数据的生物信息分析时一般都会被过滤掉。总共在12个不相关的家族中鉴定出16种不同的新型或超罕见SMPD4变异。每个家庭都指定了用于确定所有变异频率的数据库。大部分的变异被预测具有失功能的效应（6个剪接位点突变，4个无义突变，2个基因内变异以及1个整个基因的缺失），只有3个错义突变会导致有害蛋白质的产生。所有SMPD4变异均经过验证，并通过Sanger测序验证其家系内共分离。我们在12个与SMPD4基因的双等位变异相关的无关联家族中发现了一种常染色体隐性综合征，表现为先天性小头畸形、关节挛缩、严重的神经发育迟缓和早期死亡。研究揭示了SMPD4基因在大脑发育以及产后脑功能中所起到的意想不到的关键作用。原发性先天性小头畸形是一种遗传异质性疾病，通常由调节细胞周期的蛋白质编码基因的变异引起，例如中心体组装和复制或有丝分裂纺锤体的形成和走向。许多小头畸形患者表现为大脑皮质的简单旋转，没有明显的结构异常、非进行性智力障碍和正常的预期寿命。然而，另外一类表现为先天性小头畸形的儿童以严重进行性脑病和早期死亡为特征。这组疾病包括脑成像和死后检查经常显示相关的发育缺陷和/或灰质和白质变性的迹象，如低髓鞘和进行性萎缩。几乎所有在这项研究中发现的SMPD4变异的儿童似乎都具有第二种复杂的小头畸形表型。表S1列出了合并先天性或进行性小头畸形伴低髓鞘症的遗传疾病，与在SMPD4患者中观察到的严重临床病程相同。S1表S1中包括的一些疾病，如Vici综合征(MIM:)和VPS11变异(MIM:)，与自噬和自溶酶体生物发生的异常调节有关，但与鞘脂代谢无关。SMPD4变异表型伴有小头畸形、简化回旋模式和先天性挛缩的表现使人联想到脑-眼-面-骨骼综合征(COFS[MIM:/])，一种由DNA修复缺陷引起的先天性小头畸形综合征，或最近描述的SEC31A(MIM:)变异综合征。事实上，在我们的许多病例中，COFS是第一个疑似的诊断，但COFS患者的白内障缺失并不常见，对受累个体的培养成纤维细胞的DNA修复检测多次显示是正常的。SMPD4在体内广泛表达，但在成年期中枢神经系统中表达水平较低。相反，大脑中SMPD4的RNA表达似乎在胚胎和胎儿发育期间最高，出生后趋于平稳。SMPD4缺乏可能影响常见的多能祖细胞和/或导致谱系成熟受阻，从而导致普遍的中枢神经系统表型。大多数SMPD4变异(无义、移码或剪接位点突变)被预测会破坏蛋白质功能或严重减少蛋白质的产生，这在来自家系1和家系2的受累检测者的成纤维细胞中得到证实，与功能丧失的发病机制相一致。值得注意的是，家系1的内含子变异强调了RNA-seq作为近亲家系中纯合功能丧失变异的基因发现工具的相关性。鉴定出三种错义突变，它们都被预测对SMPD4蛋白具有破坏性但尚未明确，可能会改变功能、结构或稳定性。在存活时间最长的家系9中一个小孩中检测到p.ProLeu的纯合突变，跟具有双等位基因截短变异的患者不同的是，这个小孩能够独立行走，说明该患者的SMPD4基因保留了部分功能。由于涉及整个SMPD4序列的连续基因缺失，与家系7中的第二错义突变（p.LeuPro）相关的可能残留功能的任何临床益处可能受到另一等位基因完全缺失的阻碍。在神经学方面，11号家系的双胞胎有小头畸形、关节挛缩，身材在正常范围内，患有一种重要的先天性心脏病，只有轻微的智力残疾。他们的核磁共振扫描没有显示简单的旋转，其中一个显示围产期窒息和皮质梗死的迹象。值得注意的是，这些受试者中的c.-8G＞A变异具有较低的CADD评分，表明其导致剪接异常的可能性较低。
SMPD4基因的功能丧失与一种严重的神经发育障碍相关，其特征为小头畸形、简单旋转、低髓鞘、薄胼胝体、轻度小脑发育不全、脑干发育不全、先天性关节挛缩、糖尿病、心脏病、严重脑病、呼吸系统疾病通常会导致过早死亡。SMPD4基因编码的蛋白质是一种公认的完整膜蛋白，本文发现它既定位于内质网，也定位于外核膜。由自发变异或者siRNA导致的细胞内SMPD4蛋白质耗尽显示有丝分裂异常及细胞对凋亡的敏感性增加。疾病发病机制可能与体外观察到的所有异常有关。有趣的是，初步研究表明，通过敲除小鼠Smpd4而破坏nSMase3可导致部分致死，而存活的小鼠则表现出严重的出生后生长迟缓。未来需要在适当的模型中研究内质网应激调控、细胞分裂和核孔蛋白之间的联系，以阐明导致人类严重的大脑发育障碍的神经鞘脂相关通路。
译者介绍王小艳，湖北省妇幼保健院检验科遗传室，13年硕士研究生毕业于中南大学医学遗传学国家重点实验室预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇