《Journal of Inherited Metabolic Disease》：A Nonketotic Hyperglycinemia Mouse Shows Wide-Ranging Biochemical Consequences of Elevated Glycine, Reduced Folate One-Carbon Charging, and Serine Deficiency
编辑推荐：
本文通过系统分析Gldc p.Ala394Val突变小鼠模型，揭示了非酮症性高甘氨酸血症（NKH）中甘氨酸蓄积如何通过干扰一碳单位代谢（如5,10-亚甲基-THF减少）、引发L/D-丝氨酸缺乏、破坏鞘脂代谢，并导致甲基乙二醛等神经毒性物质累积，为多靶点治疗策略提供了新视角。
引言
非酮症性高甘氨酸血症（NKH）是一种因甘氨酸裂解酶系统（GCS）功能缺陷导致的严重新生儿癫痫性脑病，目前缺乏有效治疗手段。该系统的P蛋白（由GLDC基因编码）突变占病例的80%。本研究通过构建携带Gldc p.Ala394Val错义突变的纯合子小鼠模型（对应人类致病突变p.Ala389Val），在J129和C57Bl/6J（B6）两种遗传背景下，系统性分析了其血液、肝脏及大脑不同区域（皮层、海马、小脑）的代谢组学、脂质组学和蛋白质组学变化，旨在全面揭示NKH的病理生化机制。
核心代谢物变化
在5周龄J129品系小鼠中，突变体（MUT）相比野生型（WT），血浆甘氨酸水平升高109%，大脑皮层甘氨酸升高85%，小脑升高251%。同时，L-丝氨酸在皮层下降14%，海马区D-丝氨酸下降15%。此外，突变小鼠大脑皮层中甲硫氨酸下降24%，而同型半胱氨酸无显著变化。丝氨酸与甘氨酸水平呈强正相关（皮层ρ=0.820），而丝氨酸与D-丝氨酸在中枢神经系统富含丝氨酸消旋酶的区域（如皮层、海马）也显著相关。
扩展代谢物与脂质代谢
代谢组学分析显示，突变小鼠大脑皮层中胍基乙酸（GAA）升高34%，甲基乙二醛加合物显著增加7倍，而神经毒性代谢物N-乙酰甘氨酸也显著上升。脂质组学表明，鞘氨醇、鞘磷脂及神经酰胺类脂质均显著降低，而甘油三酯类脂质增加。尤其值得注意的是，参与髓鞘形成的关键鞘脂成分减少，提示髓鞘稳定性受损。
叶酸代谢与一碳单位流动
突变小鼠皮层叶酸代谢谱发生重排：5-甲基四氢叶酸（5-methyl-THF）比例下降，未甲基化的四氢叶酸（THF）比例上升，5,10-亚甲基-THF与THF比值显著降低，反映出一碳单位充电不足。血浆甲酸盐水平在突变体中下降，而S-腺苷甲硫氨酸（SAM）和S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）水平无显著变化。
蛋白质组学与酶活性
蛋白质组学分析证实Gldc蛋白含量降至WT的34.8%，而Amt（T蛋白）轻微上调至141%。糖氨酸转运体Slc6a20表达增加，可能是一种代偿机制。线粒体丝氨酸羟甲基转移酶（Shmt2）仅有轻微上升，而糖氨酸转运体Glyt1（Slc6a9）蛋白水平未变。呼吸链酶活性检测未发现显著差异，但线粒体蛋白总体上有轻微上调。
年龄与品系差异
在12.9周龄成熟小鼠中，甘氨酸升高趋势持续，但甲硫氨酸下降不再显著，提示年轻动物对一碳代谢紊乱更为敏感。B6品系小鼠在皮层和海马中未见L-丝氨酸和D-丝氨酸的显著下降，表明遗传背景可调节表型表达。
甘氨酸负荷实验
对MUT小鼠进行5%甘氨酸饮水干预后，血浆甘氨酸上升11倍，同型半胱氨酸激增24倍；大脑皮层中L-丝氨酸上升82%，D-丝氨酸上升29%，但海马区D-丝氨酸无变化。小脑中等区域也出现L-丝氨酸和苏氨酸的显著升高，进一步证实甘氨酸累积可加剧丝氨酸代谢紊乱。
讨论与机制归纳
NKH的病理生化机制可归纳为三个核心环节：
- 1.
甘氨酸蓄积：直接导致神经毒性代谢物（如甲基乙二醛、胍基乙酸）增加，并抑制丝氨酸消旋酶活性，减少D-丝氨酸合成；
- 2.
一碳单位代谢障碍：由于GCS功能丧失，5,10-亚甲基-THF生成减少，影响甲硫氨酸再生和甲基化反应，可能与生长迟缓和神经发育异常相关；
- 3.
丝氨酸缺乏与脂代谢紊乱：L-丝氨酸不足影响鞘脂合成，导致髓鞘组分减少，可能与白质 spongiosis 相关。
本研究首次在动物模型中系统揭示了NKH的多维度代谢紊乱，为针对甘氨酸清除、一碳供体补充（如甲酸盐、甲硫氨酸）及丝氨酸替代疗法提供了理论依据。未来治疗策略需同步干预上述三个环节，而非仅聚焦于降低甘氨酸。
