AIFM1基因突变相关疾病研究进展2024（全文）.docx

A1.FAn基因突变相关疾病研究进展2024(全文)摘要线粒体凋亡诱导因子1(apoptosis-inducingfactor,mitochondrion-associated1,A1.FM1.)基因编码具有细胞凋亡作用及氧化还原功能的细胞凋亡诱导因子(apoptosis-inducingfactor,AIF)蛋白。AIF在人体组织细胞内广泛表达，在线粒体中发挥重要作用。AIFMI基因突变与严重的X连锁线粒体脑肌病、Cowchock综合征、X-连锁的脊椎外胡端发有不良伴愠鞘性脑白质营养不良、听神经病变等疾病相关。AIFM1.基因突变表现出广泛的临床表型，但突变与表型、表型严重程度之间的发病机制仍不明确。该文总结已报道的AIFM1.基因突变相关位点、表型、可能致病机制，对AIFM1.基因突变相关疾病及进展作一综述。细胞凋亡诱导因子(apoptosis-inducingfactor,AIF)是笫一个被发现不依赖半胱天冬能介导细胞死亡的线粒体蛋白CAIF最初定位在线粒体内膜上，在细胞凋亡刺激下，从线粒体转移到细胞核，介导非半胱天冬的依赖性细胞凋亡，引起染色质浓缩和大规模DNA降解.此外，在正常细胞中，AIF作为线粒体黄素腺喋吟二核甘酸(FAD)依赖性氧化还原酸，在氧化磷酸化和氧化还原控制过程中发挥重要作用1。AIF是一种高度保守的蛋白,由线粒体凋亡诱导因子1(apoptosis-inducingfactor,mitochondrion-associated1,A1.FMI)基因编码，在人体组织细胞内广泛表达，AIFM1.突变与人类多种疾病相关。尽管A1.F的细胞凋亡作用已被广泛研究，但突变与表型、表型严重程度之间的发病机制仍不明确。近年来，越来越多由AIFM1.基因突变导致的病例被报道，本文就A1.FM1.基因突变相关疾病及研究进展作综述。1 AIFM1.基因与AIF蛋白功能AIFM1.基因定位于人类染色体Xq25-26区域，基因全长36.47Kb,包含16个外显子，转录长2.215Kb的mRNA,编码613个氨基酸的蛋白质。AIF蛋白主要包含与氧化还原能活性相关的FAD结合域和NADH结合域，与细胞凋亡相关的c端结构域，N-末端彳一个线粒体定位序列(M1.S)131.AIFM1.基因编码AIF,在氧化磷酸化及氧化还原控制中发挥重要作用。在细胞凋亡的刺激下,线粕体膜通透性改变，具彳核定位信号序列的67kDa前体A1.F跨膜部分被半胱氨酸蛋白能切割，产生成熟的凋亡蛋白，该蛋白从膜间隙释放，易位到细胞核，引起染色体凝聚及DNA片段化1。研究还表明，AIF表达与线粒体呼吸鞋复合物I活性密切相关，尽管AIF不是复合物I的组成部分，但A1.F缺乏或低表达通常会导致线粒体功能降低和能量代谢改变。Har1.eqUin(Hq)突变小鼠因A1.F基因第1号内含子中亲嗜性前病毒插入导致mRNA转录物和蛋白表达与野生型水平相比减少80%90%,Hq小鼠表型类似于人类线粒体复合物I缺陷综合征4。2 A1.FMI基因突变相关疾病AIF在氧化还原及程序性细胞死亡(PrOgrammCdce1.1.death,PCD)中发挥双重作用，A1.F在人体中广泛表达，特别是需含线粒体的区域CAIFM1基因突变可导致不同的临床表型，如严重的线粒体脑肌病、CowchoCk综合征、X连锁脊椎干镯端发育不良伴脑物鞘形成不足、X连锁耳卷-5伴周围神经病变等.2.1 联合氧化磷酸化缺陷6型(COmbinedoxidativephosphory1.ationdeficiency6,C0XPD6)COXPD6是一种严重的X连锁线粒体脑肌病,首次由Ghezzi等描述，在两例相关男婴儿中发现AIFM1.基因中方一个半合子三核甘酸缺失(C.603_605de1.),预示201位精氨酸的缺失(pArg201de1.)。患儿临床表现为肌无力、肌萎缩、反射减退、精神运动发育迟缓、血浆乳酸水平升高，肌肉活检均显示成纤维细胞的呼吸链(RC)In和IV复合物减少。通过计算机和体外分析试脸证实了突变体AIFR201de1.改变了AIF的结构和功能特性，导致线粒体内膜不稳定、呼吸链结构和活动受损，增加了细胞死亡倾向性,证实了R201de1.突变致病。2011年，Berger等6报道了AIFM1.c.923G>A(pG1.y308G1.u)突变导致早期产前脑室扩大，家系前两例患儿在孕1314周常规超声检杳中发现胎儿脑室扩大，出生后表现出明显肌张力减退和自发性运动不足，伴有吞咽障碍、肌无力和肌肉萎缩，血浆和脑脊液乳酸均正常，陵脑MRI显示双侧基底节区异常高信号，肌肉活检提示股四头肌明显营养不良性改变，组织化学染色CoX完全缺乏，线粒体复合物I和IV的活性明显降低；一患儿在4岁时死于吸入性肺炎所致的心力衰竭，另患儿在3月龄时死于吸入性肺炎及肥厚型心肌病。第3例患儿在孕15周时显示同样的超声结果故选择了终止妊娠。与p.Arg201de1.突变导致的临床症状相似，但该突变出现了产前脑室扩大，乳酸水平正常，受影响复合物也不同。2015年KettWig等描述一例A1.FM1.C727G>T(pVa1.2431.eu)突变导致快速进展的线粒体脑肌病，患儿在2.5岁时出现快速进展的听力损失，在3周内失聪并无法说话，随后出现快速进展的严重的共济失调，导致无法行走、站立。与Ghezzi等5、Bcrger等描述的线粕体脑肌病相似，包括肌肉无力和萎缩、吞咽困%呼吸困难等，颅脑MRI显示脑室周困区域和枕叶轻度小脑蚓部萎缩和非特异性白质异常，核磁共振波谱分析及实验室检杳未见明显异常，肌肉活检显示非特异性肌病改变伴11型纤维萎缩，但WeSternbo1.t分析显示突变能白水平显著降低，表明突变导致蛋白的稳定性降低或早期降解，支持突变的致病性。AIF缺陷已在一些动物模型中得到广泛研究，但AIF在细胞中的凋亡作用取决于细胞类型和死亡触发因素仍需进一步研究。2.2 COWChoCk综合征Cowchock综合征乂称为X连锁隐性CharCOt-Marie-ToOth(CMT)病4伴或不伴小脑共济失调(X-IinkedrecessiveCharcot-Marie-Toothdisease-4withorwithoutcerebe1.1.arataxia,CMTX4),是CMT的一种罕见亚型8eCMT病变主要累及较长的纤维，临床表现为儿童或青少年起病，进行性四肢远端肌无力和肌萎缩、运动发育迟缓、听力丧失、不同程度的感觉障碍，伴或不伴小脑共济失调。CoWChoCk综合征于1986年首次在一个家系中被描述，他们患有缓慢进行的、儿童期发病的、X-连锁隐性轴索运动和感觉神经病，并伴有耳聋和认知障碍8。2012年，Rinakii等通过对该家系进行分析，在A1.FM1.基因中发现了一个半合子突变c.1.478A>T(p.G1.u493Va1.),Sanger测序证实该突变与家系共分离，对重组E493V突变蛋白研究显示一些结构发生变化，这些变化改变了AIF蛋白的氧化还原特性，通过细胞凋亡导致细胞死亡增加。2015年，Ardissone等10在一例患有缓慢进行性线粒体疾病的男性中发现了一个AIFM1.半合子错义突变c.784G>A(pG1.y262Scr),患者早期表现出步态和肢体共济失调、听力损失和认知障碍，后出现缓慢进展的远端肌无力及肌肉萎缩，肌肉活检显示慢性去神经支配，COX免疫组织化学染色降低，复合物IV活性显著降低，成纤维细胞的WeStemb1.ot显示AIF数盘显著降低，表明了该突变导致蛋白质的不稳定性。该发现扩大了对A1.FM1.突变相关的表型谱的认识。2.3 X-连锁隐性遗传性听神经病听神经病(auditoryneuropathy,AN)也被称为听神经病谱系障碍(auditorj,neuropathyspectrumdisorder,NSD),是一种以言语理解能力受损为主要表现的听觉障碍性疾病，约40%的病例有遗传因素，是AN的主要致病因素，且多为非综合征性遗传迄今为止，已经确定了X连锁非综合征听力损失的6个位点(DFNXI-6)和5个基因(DFNX1.的PRPS1、DFNX2的PoU3F4、DFNX4的SMPX、DFNX5的AIFM1.和DFNX6的CO1.4A6)112o王秋菊等13)于2001年在我国山东省收集到个5代交叉遗传的、男性发病为主的X连锁隐性遗传的ANSD家系，家系成员表现为不同程度的听力损失、言语识别能力不成比例地低于纯音听阈并伴有迟发性周国神经病。2006年，Wang等14通过连锁分析，将该家系的病变位点定位于Xq23-q27.3上DXS1220和DXS8084之间,并命名为AUNX1.基因座。2015年，Zong等12鉴定出了与家系表型共分离的AIFM1.错义突变c.1.352G>A(p.R451Q);为了研究A1.FMI对ANSD的作用，ZOng等对另外三个家族和93例具方ANSD表型的病例进行研究，其中在11例男性中发现了另外10个新的错义突变;在鉴定的11种不同的错义突变中，大部分分布在与AIF能白线粕体轲化还原功能相关的FAD及NADH结合域上。研究显示中国迟发性AN患者中由AIFM1.引起的比例高达18.6%,AIFM1.基因变异是家族性和散发性AN的常见原因15。为进一步探究AIFM1.基因相关听神经的致病机制，Wang等15研究发现，AIFM1.突变导致二聚体减少并进一步损害线粒体功能，如ROS产生增加和线粒体膜电位受损，从而激活半胱天冬醐非依赖性细胞避亡。E1.rharchi等16对A1.FM1.中一个新错义突变c.1045A>G(p.Scr349G1.y)研究显示，349位的朝基酸取代可能对蛋白的不稳定性产生影响，此外，突变蛋白的结构稳定性低于野生里，表明该朝基酸可能在A1.FMI能白功能中起重要作用。上述研究表明突变在ANSD发生中的意义，然而，AIFMI突变相关听神经病的发病机制仍需要更多的研究来进一步阐明o2.4 X-连锁的容椎外桥端发育不良伴镯鞘性脑白质营养不良(X-IinkedSpondy1.oepimetaphysea1.dysp1.asiaWithhypomye1.inating1.eukodystrophy,SEMDH1.)SEMDH1.是AIFMI基因突变中唯一的与件骼发育不良相关的表型。Bieganski等17首次报道一个脊椎外俄端发育不R伴严重智力发育迟缓的家庭，受累的3例男童临床表现为身材矮小、面部畸形(短而宽的鼻子、鼻孔前倾和鼻梁凹陷、面中部发育不全、眼距过宽等)、骨骼畸形和进行性智力低卜"生化检测未见明显异常；X线片提示有骨甑改变和脊柱受累，手、脚存在短指畸形；脓CT/MRI检杳结果显示掰版体小，微鞘发育明髭延迟，皮质/皮质卜脑萎缩。其中一例患者伴有构音障碍、眼球运动不协调、癫痫发作和关节率缩，在16岁时卧床不起；另一例男童在18岁时死亡。2017年，Mierzewska等18在4例患有SEMDH1.的家系中发现了AIFM1.c.710A>T(pAsp237G1.y)突变，该突变通过全外显子组测序发现并通过Sanger测序和连锁分析证实，与家系共分离。2017年，Miyake等19对来自6个家庭的12例SEMDH1.患者进行了全外显子组测序,发现了4个新的突变，分别为c.710A>G(p.Asp237G1.y)>c.71OA>T(p.Asp237Va1.)、c.705G>C(p.G1.n235His)、c.720C>T(p.Asp240Asp),所有患者在AIFMI的第7外显子约70bp的区域内具有母系遗传或从头突变，包括同义和内含子变化，计算机分析预测这些变体将导致剪接缺陷。上述这些证据表明AIFM1.突变可引起SEMDH1.o2.5 特殊表型2019年，Bogdanova-Mihay1.ova等20报道了一个患有轻度神经病变到严重的小脑性共济失调伴色盲的毙尔兰家系。来自三代人的7例受影响男性患者在发病年龄、症状严重程度等方面都表现出不同，发病从18M龄到39岁，所有患者均出现不同程度的感觉神经性耳聋、冏刖神经病变、小脑共济失调和锥体受累。此外，3人伴行色觉障碍，色觉测试显示I11-4和11-6出现红绿色色觉障碍，ff1.-1出现完全色盲；对色觉缺陷相关基因分析未检测到任何其他临床相关变异，UI-I全基因组测序发现存在已报道的A1.FM1.基因c.IO1.9T>Cp.(Met304Thr)半合子变异，Sanger测序在咫他六例受影响的男性中证实了这种变异，这是A1.FM1.基因相关色自的首个报道。2016年，Pronicka等121)对来自波兰113例怀疑线粒体病的患者进行了全外显子组测序检测，其中67例患者发现了致病突变，包括1例与线粒体病相关的AIFM1.基因。患者表现为生后起病，在32月龄死亡，主要临床表现为脑病、心肌病、呼吸衰阚，肌肉活检显示呼吸锌复合物I和复合物IV缺乏，经全外显子组测序检测分析存在AIFM1.c.1474T>C(p.Tyr492His)突变。2017年，Jin等22对2871例先天性心脏病患者进行全外显子组测序，报道了1例新的AIFM1.c.1750C>T(pR584X)突变。上述表明，心脏疾病可能是AIFM1.突变的另一表型。2020年，Satterstrom等23在一项关于孤独症神经生物学的发育和功能变化的大规模外显子测序研究中识别了102个风险基因，其中包括一个新的AIFM1.突变。罕见的遗传变异和新生变异是导致孤独症谱系障碍(autismspectrumdisorder,ASD)个体风险的主要因素，当这种罕见的变异对ASD患者基因破坏超过预期时，意味着该基因存在风险，研究提示该突变存在影响神经发育和神经生理学的作用。3小结与展望A1.F是一种线粒体氧化还原髓，在呼吸处组装及细胞凋亡中发挥着重要作用,AIF缺陷可导致线粒体电子传递链组装/稳定相关的促生存功能丧失，或促死亡活性增加，促进A1.F从线粒体易位至细胞核并毋终导致DNA断裂，导致线粒体和神经变性相关的严重疾病13。在人类基因突变数据库中，已经报道了近40个A1.FMI错义突变，它们涵盖了该果白的每个保守域24,AIFM1.突变表现出广泛的临床表型，但尚未表现出明显的基因型与表型相关性，表型的异质性、严重程度似乎与A1.FMI特定区域的突变没有明确的关联，可能与AIFM1.蛋白水平的显著降低有关，需要更进步的分子和模型研究来阐明AIF在神经元发育和功能中的作用25,261此外，既往报道的AIFMI基因突变直被认为是X连锁隐性遗传模式，只有半合子男性在临床上受到影响；然而，最近的研究显示，X连锁显性遗传也是AIFMI基因突变的另一种可能，杂合子女性在临床上也有症状,并且临床症状严重程度不一15,27。Dobrovo1.ny等28的研究表明，X染色体失活偏移会影响临床表型的严重程度；同时，Dobyns等29提出，除了X染色体失活偏移，细胞自主表达、克隆扩增和体细胞嵌合也是造成X连锁杂合女性表达差异的因素。对于A1.FM1.基因突变相关线粒体疾病的治疗目前尚无特效药，大多仅限于预防或治疗线粕体病的并发症。Ghezzi等和Hcimer等30报道，通过补充黄素腺噤吟二核甘酸前体维生素即核黄素，可以改善突变蛋白稳定性和校正部分功能、Sephin1.是一种脏基苯衍生物，可通过延长综合应激反应来延长蛋白质稳态的恢电过程,IFB-088是SePhin1.的品牌名称，已被美国食品药品监督管理局和欧洲药品管理局指定为治疗CMT的孤儿药。目前一项联合单次剂值递增和多次剂址递增研究IFB-O88的安全性、耐受性和药代动力学特征的临床试验(NCTO3610334)正在进行Sephin1.2期试酷。目前，关于疾病致病基因及发病机制仍有许多问题需要解决，随着分子生物学的发展，许多治疗方法，包括基因沉默、基因治疗以及小分子治疗，为无法治愈的疾病带来了希望31,32。参考文献(略)