携带COA7复合杂合变异并在2名同胞中表现为儿童期起病的轴索神经病变

《Neurology Genetics》：Compound Heterozygous COA7 Variants Presenting With Childhood-Onset Axonal Neuropathy in 2 Siblings

　　

目的：COA7（细胞色素c氧化酶组装因子7，cytochrome c oxidase assembly factor 7）的变异是线粒体疾病的一种罕见病因，目前的临床描述和表型变异性有限。研究人员描述了2名携带COA7复合杂合变异的同胞，其中1个变异（c.457C>T; p.Leu153Phe）为新型变异。两人均表现为早发、缓慢进展的轴onal感觉运动神经病变，在严重程度和相关特征上存在差异。 方法：根据临床表现识别患者，并通过纵向神经学、神经生理学、遗传学、生化学和神经影像学评估进行评价。 结果：哥哥在12岁时出现症状，包括肌肉痛性痉挛、震颤和跌倒，而妹妹从5岁起表现出运动损害，行走和跑步困难，并伴有更突出的小脑受累。共同特征包括远端无力、步态受损、反射消失、震颤、高弓足、感觉障碍和认知困难，这些表现在哥哥中较轻微。神经传导研究显示轴索感觉运动多发性神经病变。遗传分析确定了2个COA7复合杂合变异。皮肤活检显示线粒体复合体IV（complex IV，CIV）活性降低。两名同胞的脑MRI结果均无异常。 讨论：这些病例扩展了COA7相关疾病的临床谱系，并说明了家族内表型变异的可能性。新型变异的识别和扩展的临床随访为与COA7变异相关的特征提供了进一步的见解。

研究背景：COA7基因（编码细胞色素c氧化酶组装因子7，cytochrome c oxidase assembly factor 7）的致病变异已被确定为线粒体疾病的罕见病因。COA7是一种线粒体内膜间隙蛋白，参与复合体IV（complex IV，CIV，亦称细胞色素c氧化酶，cytochrome c oxidase，COX）的组装和血红素结合，对呼吸链功能至关重要。既往研究首次将COA7的致病变异与脊髓小脑性共济失调伴轴索感觉运动神经病变（常伴小脑性共济失调）联系起来，后续报道又将临床谱系扩展至帕金森症、肌张力障碍和线粒体白质脑病。迄今为止报道的均为COA7双等位基因致病变异，符合隐性遗传模式。然而，目前关于COA7相关疾病的临床描述仍有限，且存在较高的表型变异性。为此，研究人员报告了2名意大利同胞（非近亲婚配父母所生，兄长为男性、妹妹为女性）携带COA7复合杂合变异（包括1个新型变异）并表现为早发性轴索感觉运动神经病变的案例，通过长期临床随访和功能研究，进一步阐明了该基因型下的表型谱及家族内异质性，相关成果发表在《Neurology Genetics》。

主要关键技术方法：研究对象为2名意大利同胞先证者，均来源于临床确诊的早发性神经病变队列。研究人员对其开展了纵向神经科查体、6分钟步行测试（6MWT）、神经传导研究（nerve conduction studies）、脑磁共振成像（brain MRI）、临床外显子组测序（clinical exome sequencing，包括既往靶向NGS panel、PMD22检测及SNP array均为阴性）、皮肤成纤维细胞取材活检，并在成纤维细胞来源蛋白上进行了Western blot分析以检测COX I、COX II、COX IV亚基水平，同时测定了皮肤成纤维细胞中线粒体呼吸链复合体I（complex I）、II（complex II）、IV（complex IV）的酶活性以及线粒体ATP产量（使用琥珀酸、苹果酸、丙酮酸+苹果酸作为底物条件）。

研究结果：

先证者1（Proband 1）：哥哥在12岁时开始出现远端下肢痛性痉挛和双侧体位性震颤，随后出现进行性步态不稳和频繁跌倒。13岁至16岁期间，患者表现出进行性远端无力（尤以踝背屈为著），双侧高弓足伴锤状趾，步态异常伴随代偿性腰椎前凸过度、跨阈步态，无法足跟行走。6分钟步行测试（6MWT）在13岁时为469米，随后进行性下降。至20岁时，患者仍可在短距离内行走，6MWT为250米且需频繁暂停；神经学检查可见远端肌萎缩、严重踝背屈无力（MRC 2/5）、近端肌力保留、高弓足、锤状趾、膝腱与跟腱反射消失，轻度袜套样远端感觉减退及双侧体位性震颤；无上肢、小脑、锥体束征或颅神经缺损。

先证者2（Proband 2）：妹妹在6岁前后出现轻度语言发育延迟，继之从6岁起出现步态不稳、跑步困难、笨拙，并伴有进行性上下肢远端无力、双侧高弓足、跟腱轻度挛缩，后出现体位性震颤、轻度姿势性脊柱侧凸和代偿性腰椎前凸过度；感觉检查记录到足部中重度浅感觉减退及手部触觉敏感性降低；12岁起出现进行性小脑体征（共济失调、Romberg征阳性、辨距不良）。10岁至13岁期间6MWT表现波动，14岁起出现劳力性胸痛、直立不耐受和晕厥发作，血清肌钙蛋白轻度多次升高（峰值0.029 ng/mL，正常<0.014 ng/mL），但心脏超声、MRI及Holter监测正常。至16岁时，女孩室内行走不足10米需单侧支撑，疲劳显著；下肢远端萎缩，踝背屈肌及胫前肌MRC 2–3/5，手内在肌轻度受累；深腱反射消失；袜套-手套样感觉减退、上肢体位性震颤及步态不稳持续。

诊断评估（Diagnostic Evaluations）：分别在12岁和8岁时进行的神经传导研究显示为感觉运动轴索性多发性神经病变，下肢更明显。PMD22检测、靶向NGS panel及SNP array均为阴性。临床外显子组测序在两名同胞中均识别出COA7基因（NM_023077.3）的相同复合杂合变异：已报道的c.115C>T（p.Arg39Trp，exon 2，父源，ACMG Class 5致病性）以及新型c.457C>T（p.Leu153Phe，exon 3，母源，ACMG Class 4可能致病性）。脑MRI在两人均正常。近期认知评估确认不协调轮廓，妹妹更重（全量表智商56 vs 74）。成纤维细胞来源蛋白的Western blot分析显示COX I、COX II、COX IV亚基显著减少；相应线粒体ATP产量也显著下降。皮肤成纤维细胞呼吸链酶活性分析显示孤立的复合体IV（complex IV，CIV）活性降低，符合线粒体功能障碍。电解质、肾功能、转氨酶、乳酸、CK在随访中均正常。

讨论总结：研究人员描述了2名携带COA7基因c.115C>T与c.457C>T复合杂合变异、表现为早发性轴索感觉运动神经病变的同胞。已知c.115C>T变异影响COA7蛋白第1个SEL1样重复内的亲水性Arg39残基，可能通过增加COA7与其结合伙伴之间的疏水相互作用扰乱线粒体呼吸链复合体组装；该变异（rs768084335，gnomAD频率0.0004%）既往已在复合杂合或纯合状态下与轴索型运动及感觉神经病变伴共济失调相关，纯合病例还可出现严重肌无力、呼吸衰竭和喂养困难，且患者复合体I或IV活性降低，符合ACMG Class 5致病性。新型c.457C>T变异（rs774185486，gnomAD 0.0008%）影响COA7蛋白SEL1样重复4内的Leu153残基，ACMG判定为Class 4可能致病性；该非常罕见的序列改变导致Leu153Phe替换，其功能影响由两名同胞皮肤成纤维细胞孤立的复合体IV缺陷所支持。尽管基因型相同，两名同胞临床进程不同：哥哥在近十年间表现为缓慢进展、主要远端的感觉运动神经病变且行走能力相对保留；妹妹则起病更早、功能下降更快，累及上肢及自主神经和认知特征，并伴有突出的临床小脑体征，这种家族内差异反映了该病较宽的表型外显率，提示存在其他遗传或环境修饰因子的作用。与既往报道比较可确认周围轴索神经病变为该病的核心表现之一；本研究中妹妹虽MRI正常但出现明确协调与平衡障碍体征，此前也有仅另一例报道临床小脑功能障碍但结构影像正常（但多巴胺转运体DAT扫描异常），这凸显了临床和解剖学发现可能分离，以及在结构脑MRI无改变时仍需借助磁共振波谱、DAT扫描等技术检测代谢或功能变化。研究支持整合临床与遗传学方法（包括NGS panel）有助于减少未确诊病例。结论指出，这些病例扩展了COA7相关疾病的基因型和表型谱；家族内变异性强调了线粒体病中基因型-表型关联复杂性，并指出需要进一步研究以阐明潜在生物机制并推进临床理解与管理。