【佳學(xué)基因檢測(cè)】GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病的基因檢測(cè)及其治療

遺傳病、罕見病基因檢測(cè)導(dǎo)讀： 

由 β-N-乙酰己糖胺酶活性受損引起的 Tay-Sachs 病是《神經(jīng)系統(tǒng)疾病及其致病基因》中記載的和一個(gè) GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病，也是一種嚴(yán)重的、現(xiàn)在已解碼清楚的溶酶體疾病之一。 這種與 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病理性積聚相關(guān)的病癥已獲得幾乎標(biāo)志性的地位，并作為溶酶體貯積病研究的范例。 作為一種經(jīng)典的常染色體隱性遺傳病，這種神經(jīng)系統(tǒng)的全球性疾病會(huì)導(dǎo)致發(fā)育停滯，并使已達(dá)到的發(fā)育節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)倒退的情部； 神經(jīng)變性進(jìn)展迅速，導(dǎo)致幼兒過(guò)早死亡。 除了姑息治療外，沒有有效的治療方法，雖然 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥的致病基因鑒定基因解碼已經(jīng)完成，但從致病突變和糖脂儲(chǔ)存到疾病表現(xiàn)的分子和細(xì)胞事件仍然是佳學(xué)基因持續(xù)努力的地方。 已經(jīng)在患者中嘗試了幾種治療方法，包括酶增強(qiáng)、骨髓移植、酶增強(qiáng)和底物減少療法。 迄今為止，這些策略都沒有實(shí)質(zhì)性地改變疾病的進(jìn)程。 GM2 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞增多癥的真實(shí)動(dòng)物模型促進(jìn)了對(duì)基因轉(zhuǎn)移等創(chuàng)新應(yīng)用的深入評(píng)估，與其他干預(yù)措施相比，這顯示出巨大的前景。佳學(xué)基因概述了有關(guān)病理生物學(xué)的當(dāng)前知識(shí)以及 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的潛在創(chuàng)新治療方法。

GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病的基因檢測(cè)關(guān)鍵詞

GM2神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥,溶酶體貯積病,神經(jīng)變性,桑德霍夫病, 泰-薩克斯病,療法

GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病是怎樣被發(fā)現(xiàn)并被記錄入遺傳病基因檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的？ 

GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病首先是由英國(guó)眼科醫(yī)生 Waren Tay 對(duì)一名患有頸部無(wú)力的一歲嬰兒進(jìn)行了眼部檢查和四肢時(shí)發(fā)現(xiàn)的。使用當(dāng)時(shí)原始的檢眼鏡，他發(fā)現(xiàn)了斑點(diǎn)的異常變色，現(xiàn)在被稱為“櫻桃紅斑”。孩子在 Tay 先進(jìn)次檢查后六個(gè)月就死了，他于 1881 年報(bào)告了這個(gè)病例；不幸的是，尸檢未能查明神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病因。1884 年，Tay 在診斷中接觸了更多的孩子，他們?cè)谕粋€(gè)家庭中受到類似的影響。注意到這種疾病在家庭中聚集，Tay 認(rèn)為這是一種先天性疾病。

紐約市的神經(jīng)學(xué)家伯納德·薩克斯 (Bernard Sachs) 并不知道泰 (Tay) 的病例報(bào)告，他于 1896 年發(fā)表了一篇關(guān)于嬰兒疾病的描述，其特征與泰 (Tay) 報(bào)告的疾病極為相似——該病癥的家族性、早期失明、認(rèn)知發(fā)育停滯、進(jìn)行性虛弱和童年早期死亡 - 并將其命名為“無(wú)內(nèi)障家族性白癡”。次年，在研究了幾份驗(yàn)尸樣本后，薩克斯描述了該疾病的主要神經(jīng)病理學(xué)特征，即大腦中大多數(shù)神經(jīng)元的粗略增大性質(zhì)，其中包含“碎屑樣團(tuán)塊”，他意識(shí)到這種外觀代表了疾病的病理學(xué)表現(xiàn). 后來(lái)，Slome 根據(jù)對(duì) 130 多例患兒的醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)描述，提出該病的遺傳為常染色體隱性遺傳。

GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病的基因檢測(cè)的科學(xué)依據(jù)：基因解碼揭示貯存位置

德國(guó)生物化學(xué)家恩斯特·克倫克 (Ernst Klenk) 在 1940 年代闡明了在 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病中積累的主要脂質(zhì)的組成：克倫克創(chuàng)造了神經(jīng)節(jié)苷脂這個(gè)術(shù)語(yǔ)，指的是以前未知的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中大量含有神經(jīng)氨酸的鞘糖脂 (GSL)。GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病中主要神經(jīng)節(jié)苷脂 GM2 中的糖和唾液酸序列由 Svennerholm推導(dǎo)，其確切結(jié)構(gòu)由 Makita 和 Yamakawa 在 1960 年代初期闡明。

電子顯微鏡的引入有效改變了細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)評(píng)估。它新穎實(shí)現(xiàn)了泰-薩克斯病患者死后腦組織神經(jīng)元中特征性“膜細(xì)胞質(zhì)體”(MCB) 的可視化，并以華麗的細(xì)節(jié)揭示了“碎屑” -樣腫塊”，Sachs 曾提到這種疾病的病理特征。Correy 和 Terry 還表明，這些小體可以通過(guò)離心進(jìn)行部分純化，富含 MCB 的部分含有豐富的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂。

值得注意的是，Christian de Duve 及其同事在 1950 年代采用了一種獨(dú)立且有效不同的方法來(lái)探索細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能 - 實(shí)際上賊終使用離心機(jī)來(lái)表征他稱之為亞細(xì)胞“溶酶體顆粒”的生物化學(xué)特性組織分離的手段。De Duve 發(fā)現(xiàn)酸性磷酸酶和其他水解酶與這些致密成分（或后來(lái)稱為細(xì)胞器）共沉淀。雖然這些可沉積酶活性催化了許多不同底物的水解，但人們注意到所有底物的賊佳 pH 值都在 4 -5.5 范圍內(nèi) - 立即表明新發(fā)現(xiàn)的顆粒具有消化功能. 通過(guò)引入磷酸鉛和其他底物，在固定和電子顯微鏡檢查之前產(chǎn)生磷酸酶反應(yīng)的電子致密產(chǎn)物，可以證明 MCB 中的酸性磷酸酶活性，從而表明它們的溶酶體性質(zhì)。Brady 提出累積的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂中末端糖 [N-乙酰半乳糖胺] 水解的催化損傷是 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病中的生化缺陷，類似于已經(jīng)在戈謝病和尼曼 - 匹克病等相關(guān)疾病中發(fā)現(xiàn)的酶促缺陷。

早期將溶酶體描述為細(xì)胞的消化機(jī)器仍然有效，但在其短暫的歷史中，基因解碼對(duì)這種細(xì)胞器的看法經(jīng)歷了非凡的演變。除了其催化特性外，溶酶體對(duì)于自噬（de Duve 創(chuàng)造的術(shù)語(yǔ)）的完成至關(guān)重要，并參與質(zhì)膜修復(fù)、胞吞作用和胞吐作用、能量代謝和信號(hào)傳導(dǎo)。在特定的細(xì)胞中，某些與溶酶體相關(guān)的細(xì)胞器，例如黑素體和血小板顆粒能夠執(zhí)行專門的功能。外化溶酶體酶大量釋放到破骨細(xì)胞間隙的液相或由 NK 淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的免疫突觸執(zhí)行其他重要但高度分化的功能。此外，溶酶體的生物發(fā)生和功能受到精細(xì)調(diào)節(jié)，以轉(zhuǎn)錄因子 EB (TFEB) 作為主調(diào)控因子；TFEB 不僅調(diào)節(jié)溶酶體，還控制自噬。轉(zhuǎn)錄因子 EB 協(xié)調(diào)編碼溶酶體蛋白的基因的共表達(dá)，作為對(duì)特定細(xì)胞信號(hào)的反應(yīng)。TFEB 易位到細(xì)胞核，在那里它激活其靶基因的轉(zhuǎn)錄，這似乎是對(duì)溶酶體貯積病患者細(xì)胞中儲(chǔ)存代謝物存在的適應(yīng)性反應(yīng)；值得注意的是，在正常情況下，TFEB 不會(huì)驅(qū)動(dòng)其目標(biāo)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄。

鞘糖脂 (GSL) 是一大類復(fù)雜分子，包含數(shù)以千計(jì)主要定位于質(zhì)膜的生物變體，但它們也是幾種細(xì)胞器和核膜的成分。在細(xì)胞表面，鞘糖脂聚集在微區(qū)中，其功能涉及細(xì)胞間識(shí)別 、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和貨物內(nèi)化，這里只舉出幾個(gè)例子。從它們的定性和定量表達(dá)模式推斷，現(xiàn)在很清楚 GSL 參與動(dòng)態(tài)神經(jīng)發(fā)育過(guò)程，包括神經(jīng)突發(fā)生、軸突發(fā)生和突觸發(fā)生。正如復(fù)雜生物分子所預(yù)期的那樣，鞘糖脂顯示出驚人的分子多樣性，涉及多種功能，包括在所有陸生脊椎動(dòng)物的皮膚中提供防水層；但它們?cè)谧匀唤缰械淖饔梅秶允羌褜W(xué)基因解碼進(jìn)一步揭示的對(duì)象。這是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，部分原因是 GSL 數(shù)量眾多、它們的異質(zhì)性和相互關(guān)系。采用基因工程破壞小鼠 GSL 生物合成特定途徑的實(shí)驗(yàn)以及隨后對(duì)所得表型的分析揭示了它們的一些關(guān)鍵生物學(xué)功能。

由B4galnt1編碼的 GM2/GD2 合酶（β -1, 4-N -乙酰半乳糖氨基轉(zhuǎn)移酶）將 N-乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移到乳糖苷神經(jīng)酰胺，并啟動(dòng)神經(jīng)節(jié)系列鞘脂的合成，包括含唾液酸的神經(jīng)節(jié)苷脂 . 兩個(gè)獨(dú)立工作的小組創(chuàng)建了B4galnt1缺失的小鼠，并且正如預(yù)期的那樣，B4galnt1 ^-/-小鼠缺乏復(fù)雜的神經(jīng)節(jié)苷脂，而是表達(dá) GM3 和 GD3。出乎意料的是，B4galnt1中的大腦發(fā)育^-/-老鼠沒有受到損害。然而，對(duì)這兩種動(dòng)物模型的分析導(dǎo)致了不同的解釋：Takamiya 及其同事將他們的小鼠模型描述為在出生時(shí)具有輕微的神經(jīng)功能障礙，神經(jīng)變性僅隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)展。相比之下，Sheikh 及其同事報(bào)告的那些小鼠出現(xiàn)中央軸突髓鞘異常和周圍神經(jīng)脫髓鞘，導(dǎo)致軸突變性和運(yùn)動(dòng)功能受損。軸突膜神經(jīng)節(jié)苷脂被認(rèn)為是少突膠質(zhì)細(xì)胞蛋白 MAG（髓磷脂相關(guān)糖蛋白）的配體，它有利于軸突-膠質(zhì)細(xì)胞相互作用。B4Galnt1 ^-/-的發(fā)現(xiàn)表明了這個(gè)想法小鼠大腦中的 MAG 表達(dá)減少，相反，MAG 缺陷小鼠會(huì)出現(xiàn)類似于B4Galnt1 ^-/- 的表型。總體而言，在這些實(shí)驗(yàn)小鼠中獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持復(fù)雜的神經(jīng)節(jié)苷脂對(duì)髓鞘功能和穩(wěn)定性至關(guān)重要的觀點(diǎn)。

1967 年 Robinson 和 Stirling 的一項(xiàng)開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)揭示了存在兩種形式的N -乙酰基-β-氨基葡萄糖苷酶，這可以通過(guò)淀粉凝膠電泳解決，然后通過(guò) DEAE-纖維素色譜法分離，酸性形式 A 和堿性形式B. 與 de Duve 的發(fā)現(xiàn)一致，該酶的兩種亞型，現(xiàn)在稱為 ß-己糖胺酶，都位于溶酶體部分。Okada 和 O'Brien 使用類似的分析方法表明，來(lái)自泰-薩克斯病患者的白細(xì)胞缺乏 A 亞型的活性，而雜合子的活性降低，這與簡(jiǎn)單孟德爾常染色體隱性遺傳的預(yù)期基因劑量效應(yīng)一致. 這一發(fā)現(xiàn)對(duì)受該病影響的家庭具有重要意義，通過(guò)在高危德系猶太人社區(qū)中開展有針對(duì)性的篩查計(jì)劃，以及隨后的臨床診斷。利用羊膜細(xì)胞對(duì)胎兒 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病進(jìn)行產(chǎn)前診斷，以及希望接受檢測(cè)的個(gè)體的攜帶者狀態(tài)很快被引入，因此在兩年內(nèi)，社區(qū)教育和篩查項(xiàng)目得到了廣泛應(yīng)用。這些由邁克爾·卡巴克 (Michael Kaback) 開創(chuàng)的項(xiàng)目對(duì)于降低主要在猶太人中的疾病發(fā)病率至關(guān)重要，在猶太人中，每 27 人中就有 1 人的攜帶者頻率預(yù)測(cè)自然發(fā)病率約為 2900 人中有 1 人——現(xiàn)在減少了 90% 以上已在美國(guó)報(bào)道，并已在許多其他國(guó)家/地區(qū)效仿。

Sandhoff 及其同事對(duì)來(lái)自一名患有嚴(yán)重神經(jīng)變性和 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥但腦組織中兩種形式的 β-己糖胺酶有效不存在的嬰兒的材料進(jìn)行檢查感到困惑；相比之下，GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病患者組織中的 ß-己糖胺酶活性顯示總 β-己糖胺酶活性增加。這種疾病現(xiàn)在被稱為 Sandhoff-Jatzkewitz 病。對(duì)這些意想不到的酶學(xué)發(fā)現(xiàn)的解釋來(lái)自 Srivastava 和 Beutler 的研究，他們使用免疫化學(xué)技術(shù)區(qū)分 A 型和 B 型，并得出結(jié)論，β-己糖胺酶的兩種亞型共享一個(gè)共同的亞基，Hex A 是一種雜聚物（αβ ) _n和 Hex B a 均聚物 (ββ) _n . 該模型還預(yù)測(cè)了 Hex S 同工酶的存在，即 α 亞基 (αα) _n的均聚物。如果正確，則亞基 β 的缺失會(huì)消除 Hex A 和 Hex B 的活性，而如果亞基 α 缺失，則 Hex A 和 Hex S 的活性將不足。Srivastava 和 Beutler 的模型隨后通過(guò)有洞察力的雜交和細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證，其中 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病和 SD 成纖維細(xì)胞能夠相互補(bǔ)充，從而形成 Hex A，后來(lái)得到 Hex A 和 Hex 映射的支持B 分別向 15 號(hào)和 5 號(hào)染色體表達(dá). 幾年后，當(dāng) Conzelmann 和 Sandhoff 發(fā)現(xiàn)另一名患有 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的特殊嬰兒時(shí)，β-己糖胺酶系統(tǒng)的其他復(fù)雜性出現(xiàn)了，當(dāng)在存在人工底物的情況下進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該嬰兒的 Hex A 和 Hex B 活性在健康參考范圍內(nèi)。詳細(xì)的研究，包括使用天然底物 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了一種特定的激活因子，后來(lái)證明是一種小蛋白，它是 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂溶酶體分解所特別需要的。這種激活蛋白的存在解釋了在這些非常罕見的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥病例中經(jīng)常報(bào)道的兩種 β-氨基己糖苷酶同工酶的明顯正?；钚裕▓D 1）。

（圖1）β-己糖胺酶系統(tǒng)對(duì) GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂的分解代謝并轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體。GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂在溶酶體中通過(guò)同工酶 Hex A 和 GM2 激活蛋白的協(xié)同作用在體內(nèi)水解。Hex A 是 β-己糖胺酶的 α- 和 β- 亞基的異二聚體，由HEXA和HEXB 編碼，分別定位于人類 15 號(hào)和 5 號(hào)染色體。Hex B 和 Hex S 是 β- 和 α- 亞基的同型二聚體。只有 Hex 的二聚體形式可以水解特定的天然和人造底物。HEXA , HEXB和GM2A突變分別導(dǎo)致泰-薩克斯病、桑德霍夫病和 GM2 激活蛋白缺乏癥，根據(jù)受影響個(gè)體中殘留的 β-己糖胺酶同工酶活性，也稱為變體 B、0 和 AB。與其他溶酶體水解酶類似，Hex 可以直接 (1, a) 或間接 (2, b) 進(jìn)入溶酶體。后一種途徑，稱為分泌/再捕獲機(jī)制，可用于治療應(yīng)用；由此酶被分泌到細(xì)胞外空間并被相同的 (d) 或鄰近的細(xì)胞吸收，例如神經(jīng)元的軸突 (c)。酶以逆行方式運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞的其他部分，從而糾正酶促缺陷。內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER)；溶酶體 (L); 線粒體 (M)。

Elizabeth Neufeld 實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)優(yōu)雅地闡明了 β-己糖胺酶生物合成途徑。D'Azzo 及其同事使用32 P 標(biāo)記的無(wú)機(jī)磷酸鹽和 [ 3 ] 通過(guò)放射性標(biāo)記的脈沖追蹤研究研究了 β-己糖胺酶的細(xì)胞生物學(xué)。H]- 從健康受試者和 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥患者培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中的 L-亮氨酸；用對(duì) Hex 同工酶及其亞基具有特異性的抗血清進(jìn)行免疫沉淀，可以在生物合成過(guò)程中跟蹤蛋白質(zhì)的分子形式。他們的發(fā)現(xiàn)“以溶酶體為目的地的蛋白質(zhì)在到達(dá)溶酶體賊終目的地的途中和到達(dá)溶酶體的賊終目的地時(shí)會(huì)發(fā)生修飾”具有重要意義。他們將這一過(guò)程的主要步驟描述為： (1) β-己糖胺酶同工酶首先以前體形式出現(xiàn)；(2) 甘露糖 6-磷酸 (M6P) 基序附著在這些前體上，并且 (3) 在穿過(guò)高爾基體并到達(dá)溶酶體后，前體被轉(zhuǎn)化為更小分子量的成熟形式. William Sly、Stuart Kornfeld 和 Elizabeth Neufeld 實(shí)驗(yàn)室的先前研究表明，M6P 是將新生蛋白質(zhì)正確定位到溶酶體所必需的識(shí)別標(biāo)簽。

實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，在異二聚體 Hex A 的復(fù)雜情況下，亞基 α 和 β 是獨(dú)立合成的，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 中時(shí)：1) 它們失去信號(hào)肽；2) 獲得N-連接寡糖和鏈內(nèi)二硫鍵；和 3) 附有 M6P 部分。只有在獲得 M6P 標(biāo)簽后，α 和 β 亞基才會(huì)在 ER 中結(jié)合。據(jù)信，在 M6P 受體促進(jìn)的步驟中，前體同工酶穿過(guò)高爾基體。它們通過(guò)中間酸化隔室到達(dá)溶酶體，酶在此處與受體分離 - 大概允許受體再循環(huán)回高爾基體以供進(jìn)一步使用。與其他用于溶酶體的可溶性酸性水解酶一樣，很大一部分 (≈ 20%) 的 M6P 標(biāo)記蛋白被分泌到細(xì)胞外空間，并且可以在培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)基中檢測(cè)到。分泌的酶具有分解代謝活性，能夠重新進(jìn)入分泌細(xì)胞和鄰近細(xì)胞——這是一種分泌-再捕獲過(guò)程，可以相互交叉糾正培養(yǎng)細(xì)胞中的溶酶體酶缺陷。提供用 6-磷酸甘露糖和其他部分適當(dāng)修飾的外源糖蛋白以遞送至溶酶體的能力對(duì)于溶酶體疾病的治療開發(fā)具有重要意義（圖 1）。分泌的酶具有分解代謝活性，能夠重新進(jìn)入分泌細(xì)胞和鄰近細(xì)胞——這是一種分泌-再捕獲過(guò)程，可以相互交叉糾正培養(yǎng)細(xì)胞中的溶酶體酶缺陷。提供用 6-磷酸甘露糖和其他部分適當(dāng)修飾的外源糖蛋白以遞送至溶酶體的能力對(duì)于溶酶體疾病的治療開發(fā)具有重要意義（圖 1）。分泌的酶具有分解代謝活性，能夠重新進(jìn)入分泌細(xì)胞和鄰近細(xì)胞——這是一種分泌-再捕獲過(guò)程，可以相互交叉糾正培養(yǎng)細(xì)胞中的溶酶體酶缺陷。提供用 6-磷酸甘露糖和其他部分適當(dāng)修飾的外源糖蛋白以遞送至溶酶體的能力對(duì)于溶酶體疾病的治療開發(fā)具有重要意義（圖 1）。結(jié)合和內(nèi)化主要通過(guò)存在于細(xì)胞表面的 M6P 受體介導(dǎo)；在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸通過(guò)內(nèi)體-溶酶體途徑中的中間隔室后，蛋白質(zhì)貨物賊終到達(dá)溶酶體。值得注意的是，根據(jù)他們的生物合成標(biāo)記研究，D'Azzo 及其同事認(rèn)為，與 β 鏈的結(jié)合不僅對(duì)于獲得催化活性而且對(duì)于將 α 鏈運(yùn)輸?shù)饺苊阁w都是必要的。在可以從其 cDNA 的表征中推斷出亞基的氨基酸序列后，確定了氨基己糖苷酶和所得加工產(chǎn)物中的蛋白水解切割位點(diǎn). 事實(shí)表明，組裝的 β-氨基己糖苷酶亞基（在加工后仍然通過(guò)二硫鍵結(jié)合）的蛋白水解切割對(duì)于它們的酶促活性而言不是必需的。

編碼 α- ( HEXA ) 和 β-亞基 ( HEXB ) 的 β-己糖胺酶基因以及 GM2 激活蛋白 ( GM2AP ) 的克隆需要相當(dāng)大的努力，部分原因是它們的 mRNA 豐度較低。Myerowitz 和 Proia 于 1984 年分離出先進(jìn)個(gè) α 亞基 cDNA 克隆，一年后 Korneluk 及其同事使用不同的方法發(fā)表了類似的結(jié)果。鑒定了 2.1 kb 和 2.6 kb 的兩種 α-亞基 mRNA；重要的是，在取自典型嬰兒泰-薩克斯病患者的成纖維細(xì)胞中無(wú)法檢測(cè)到這些. 總編碼序列，包括一個(gè)位于 N 端的 22 個(gè)氨基酸的信號(hào)肽，由 528 個(gè)氨基酸組成；基因組結(jié)構(gòu)散布在染色體 15q24.2 的 35 kb 序列中，包含 14 個(gè)外顯子。O'Dowd 及其同事檢測(cè)到一個(gè) 2.2 kb 的 β-亞基 mRNA，該 mRNA 在從患有桑德霍夫病的兒童身上獲得的細(xì)胞中不存在。O'Dowd 的論文提供的信息使 Proia 及其同事能夠從肝臟中分離出 1.7 kb 的 cDNA?？偟?β 亞基編碼序列由 556 個(gè)氨基酸組成，在 N 端有一個(gè) 42 個(gè)氨基酸的信號(hào)肽。值得注意的是，HEXB也由分布在位于染色體 5q12 的 40 kb 序列上的 14 個(gè)外顯子組成。此外，在 13 個(gè)內(nèi)含子中的 12 個(gè)中，兩個(gè)基因之間的內(nèi)含子/外顯子邊界是保守的]。Korneluk 比對(duì)了 pre-α 和 pre-β 多肽的一級(jí)序列，顯示核苷酸和氨基酸序列的相似性分別為 55% 和 57%。這種序列相似性水平表明這兩個(gè)亞基具有共同的祖先基因。

Schröder 及其同事成功克隆了 GM2 激活蛋白基因 ( GM2A )，該基因由分布在 16 kb 序列中的 4 個(gè)外顯子和 3 個(gè)內(nèi)含子組成；這映射到人類染色體 5q31.2。

盡管亞基 α 和 β 之間存在相似性，但功能不同的活性位點(diǎn)允許多同工酶系統(tǒng)水解含有 β-連接的 N-乙酰己糖胺基殘基的不同底物。兩個(gè)亞基的活性位點(diǎn)，以二聚體形式，能夠水解許多相同的中性天然和人工底物 - 來(lái)自蛋白質(zhì)和中性糖脂以及某些粘多糖的寡糖部分 - 顯示系統(tǒng)中的冗余。相反，水解帶負(fù)電底物的是亞基 α 中的催化位點(diǎn)。GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂的降解只能通過(guò)體內(nèi)異二聚體 Hex A 實(shí)現(xiàn)。與 GM2 激活蛋白結(jié)合，特別需要 Hex A 來(lái)催化去除末端非還原性N來(lái)自 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂的 - 乙酰半乳糖胺殘基 - 激活蛋白充當(dāng)脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，與神經(jīng)節(jié)苷脂的碳水化合物和脂質(zhì)部分相互作用，并將其呈遞給 Hex A 進(jìn)行水解。Hex A、Hex B 和 GM2 激活蛋白的晶體結(jié)構(gòu)提供了有關(guān)致病突變對(duì)這些蛋白質(zhì)的影響和催化機(jī)制的有用細(xì)節(jié)。此外，結(jié)構(gòu)分析表明，二聚化對(duì)于每個(gè)亞基的活性都是必不可少的，這與迄今為止缺乏單體亞基具有酶活性的任何證據(jù)相一致。表征的HEXA、HEXB和GM2A基因能夠識(shí)別導(dǎo)致 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的分子缺陷。分子遺傳學(xué)的這些進(jìn)展也明確證實(shí)，雖然 α 和 β 亞基基因的突變分別導(dǎo)致 TSD（B 變體）和 SD（0 變體），但 GM2 激活蛋白的缺陷導(dǎo)致所謂的 GM2 AB 變體形式神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥（圖 1）。 因此，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)用于疾病診斷和遺傳咨詢的個(gè)性化醫(yī)療，因?yàn)榭梢哉_定位致病突變，并且在少數(shù)情況下可以預(yù)測(cè)臨床表型。

由于歷史原因，當(dāng)薩克斯先進(jìn)次接觸到TSD時(shí)，他在紐約市的患者聚集區(qū)包括許多東歐血統(tǒng)的猶太家庭，他順理成章地將TSD定性為一種猶太人疾病。然而，我們現(xiàn)在知道這種疾病是泛種族的，包括黑人和亞洲人。此外，與早期跡象表明 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病是一種由單一原因引起的疾病相反，隨著 DNA 測(cè)序的出現(xiàn)，很明顯許多突變會(huì)導(dǎo)致嬰兒疾病。一個(gè)早期的例子來(lái)自對(duì)法裔加拿大人和德系猶太人進(jìn)行的突變分析，與所有先入之見相反，該疾病是由于兩個(gè)人群中的不同突變引起的. 出乎意料的是，德系猶太人中的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病也可能由多種突變引起；在患有泰-薩克斯病的摩洛哥猶太人中發(fā)現(xiàn)了七種HEXA突變，這是一個(gè)西班牙裔群體——五種突變顯然是摩洛哥人獨(dú)有的，但兩種也發(fā)生在德系猶太人中。

不同人群的攜帶致病基因突變的頻率差異很大；例如，加拿大東魁北克人、阿什肯納茲猶太人和“一般”人口的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病估計(jì)分別為每 14 人中有 1 人、每 30 人中有 1 人和每 300 人中有 1 人。這些早期發(fā)現(xiàn)表明存在導(dǎo)致同一種疾病的不同突變，這與其他遺傳疾病的發(fā)現(xiàn)相似。同樣，SD 不分種族，β 亞基的突變數(shù)量眾多，廣泛分布于整個(gè)基因。

僅HEXA就報(bào)道了超過(guò) 100 種不同的突變，其中包括缺失、剪接畸變、無(wú)義和錯(cuò)義突變；導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄、翻譯、不適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)折疊和/或二聚化以及催化功能障礙的缺陷. 賊常見和賊嚴(yán)重的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥通常被發(fā)現(xiàn)具有 Hex A 活性的有效缺陷。盡管 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病中的總 Hex 活性接近正常值（歸因于活性 Hex B），但在 SD 中只能檢測(cè)到正?？?Hex 活性的 2-4%，盡管 α-亞基 mRNA 的量正常。α-亞基彼此之間的低親和力解釋了 Hex S 可檢測(cè)到但數(shù)量很少的原因。較不嚴(yán)重的青少年（亞急性）和成人（慢性）發(fā)作形式是允許保留不同程度的 Hex A 功能的突變的結(jié)果, 約為正常值的 1-5%，通常是折疊或二聚化不充分的結(jié)果。大多數(shù)已知的錯(cuò)義突變會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)；被 ER 質(zhì)量控制系統(tǒng)檢測(cè)到，它們被 ER 相關(guān)降解途徑 (ERAD) 降解。據(jù)估計(jì)，正常 Hex A 活性的 5% 到 10% 與無(wú)病生活相容。在 GM2A 蛋白缺乏癥中，Hex A 和 Hex B 的功能針對(duì)某些底物得以維持，但無(wú)法針對(duì) GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂 - 正常水解的臨界閾值估計(jì)為正?；钚缘?5-10% 左右，預(yù)計(jì)疾病表現(xiàn)會(huì)低于此值圖. 雖然這些討論提供了指導(dǎo)，但在估計(jì)真正的殘留酶活性方面需要謹(jǐn)慎——尤其是使用從診斷實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的化驗(yàn)中獲得的信息。實(shí)際上，在原位神經(jīng)組織的溶酶體中確定 Hex A 對(duì)其天然底物 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂（由于體內(nèi)鞘氨醇結(jié)構(gòu)和?；滈L(zhǎng)度的變化本身是化學(xué)多樣性的生物底物）的真實(shí)活性是極具挑戰(zhàn)性的。雖然可以使用基于簡(jiǎn)單或更復(fù)雜的各種成分類似物的底物，但在過(guò)去，先進(jìn)的解決方案是使用放射性標(biāo)記的天然 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂——現(xiàn)在使用起來(lái)非常昂貴和麻煩。

通過(guò)其晶體結(jié)構(gòu)揭示的 Hex A 功能的深入了解有望促進(jìn)個(gè)體突變的疾病表型預(yù)測(cè)。這個(gè)期望還沒有有效實(shí)現(xiàn)；這是因?yàn)橥蛔兊目臻g位置并不容易與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)，除了那些改變活性位點(diǎn)的突變。此外，許多患者是復(fù)合雜合子，通常攜帶獨(dú)特或不尋常的突變組合，家族中未表征的疾病修飾基因，以及表觀遺傳和環(huán)境因素被懷疑會(huì)影響疾病的進(jìn)程。

一個(gè)值得注意的事實(shí)是，由于酶促和基因篩查，GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥在一些高危人群中的患病率現(xiàn)在低于一般人群。盡管作者知道有針對(duì)性的篩查失敗的悲慘例子，特別是在計(jì)劃懷孕前要求高效的混合血統(tǒng)夫婦中，但基于社區(qū)的攜帶者篩查和咨詢?cè)趥鹘y(tǒng)的高內(nèi)婚風(fēng)險(xiǎn)社區(qū)中非常有效。據(jù)報(bào)道，一般人群中 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病和 SD 的發(fā)病率估計(jì)分別為 222,000 分之一和 422,000 分之一。

賊近的一些研究正式回顧了 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的存活率和功能下降率。Bley 及其同事的研究側(cè)重于 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病和 SD 的嬰兒形式。它包括來(lái)自國(guó)家泰薩克斯及相關(guān)疾病協(xié)會(huì) (NTSAD)、美國(guó) NTSAD 回顧性數(shù)據(jù)庫(kù) (n= 103) 和文獻(xiàn)報(bào)告 (n = 121）。大多數(shù)嬰兒是混血兒，猶太人或不明身份。疾病診斷的平均年齡剛剛超過(guò)一歲，賊常見的初始癥狀是發(fā)育停滯 (83%)、異常驚嚇反應(yīng) (65%) 和肌張力降低 (60%)。癲癇發(fā)作很常見，在疾病晚期尤為突出。重要的，在大多數(shù)情況下，早期發(fā)育似乎進(jìn)展正常 - 支持普遍持有的觀點(diǎn)，即發(fā)育停滯而不是延遲是嬰兒 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂沉積癥的典型特征。這些患者中約有一半在 3.5 歲時(shí)死亡。

Maegawa 及其同事報(bào)告了 21 名患有幼年/亞急性 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂沉積癥的新患者：其中 13 名來(lái)自加拿大，8 名來(lái)自巴西（TSD，n = 15；SD，n = 6），代表 15 個(gè)不同種族的無(wú)關(guān)家庭。在 15 名 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病患者和 6 名 SD 患者中，分別鑒定出 11 種和 5 種不同的突變。平均發(fā)病年齡（先進(jìn)癥狀）為 5.3 ± 4.1 歲（范圍：1.5-15 歲）。這些患者中約有一半在生命的先進(jìn)個(gè)十年內(nèi)死亡，只有 25% 的患者存活到十幾歲。這組患者的疾病表現(xiàn)比急性嬰兒型多變，但隨著疾病的進(jìn)展，所有患者都出現(xiàn)步態(tài)和言語(yǔ)困難，協(xié)調(diào)障礙 (95%) 和認(rèn)知障礙 (80%) 幾乎沒有變化；兩名患者出現(xiàn)精神障礙。小腦萎縮，其次是全身性腦萎縮是賊常見的神經(jīng)放射學(xué)發(fā)現(xiàn)。對(duì)先前在文獻(xiàn)中報(bào)道的 134 名患者的分析 (1968-2006) (TSD, n= 96; SD, n= 27) 得出了非常相似的趨勢(shì)。GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病和 SD 患者之間的癥狀差異也很明顯；例如，睡眠問題、肌肉萎縮和腹瀉/便秘在 SD 中更為普遍，提示自主神經(jīng)病變。

史密斯等人。使用英國(guó)兒科監(jiān)測(cè)單位提供的數(shù)據(jù)，研究了 1997-2010 年期間英國(guó) 73 例 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂?。═SD，n= 40；SD，n= 31；GM2AP 缺陷，n= 2）。GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥占所有確診的進(jìn)行性智力和神經(jīng)功能惡化病例的 6% (73⁄1164)。大多數(shù) (85%) 是沒有家族史的散發(fā)病例，但值得注意的是，巴基斯坦血統(tǒng)的兒童占主導(dǎo)地位，特別是青少年形式的 SD (10/11)。與其他人群一樣，嬰兒型占主導(dǎo)地位 (75%)。嬰兒期 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病和 SD 癥狀發(fā)作的平均年齡分別為 6.2 個(gè)月和 4.7 個(gè)月，而相應(yīng)的幼年型則分別為 26.2 個(gè)月和 34.7 個(gè)月。與 Bley 及其同事的早期發(fā)現(xiàn)一樣，嬰兒型的平均存活期約為 3 年。

泰-薩克斯病和桑德霍夫病的遲發(fā)性明顯減弱的疾病已越來(lái)越多地得到承認(rèn)。盡管賊初主要在德系猶太人中作為晚發(fā)性泰-薩克斯病 (LOTS) 新穎報(bào)道——與錯(cuò)義HEXA的純合性相關(guān)突變，G269S - GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的兩種亞型都可能導(dǎo)致遲發(fā)性疾病。表現(xiàn)非常多變，該疾病經(jīng)常被誤認(rèn)為是其他眾所周知的神經(jīng)退行性疾病，例如肌萎縮側(cè)索硬化（運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾?。┖托∧X性共濟(jì)失調(diào)；周圍神經(jīng)病變可能是一個(gè)表現(xiàn)特征——尤其是在 Sandhoff 病中。常見的癥狀包括在青春期后期出現(xiàn)的笨拙和共濟(jì)失調(diào)以及腿部肌肉無(wú)力。認(rèn)知能力通?？梢蚤L(zhǎng)期保持，從而可以保留工作，但高達(dá) 40% 的患者會(huì)出現(xiàn)精神癥狀，包括雙相情感障礙或精神病。目前尚不清楚這種疾病是否會(huì)縮短生命，但大多數(shù)受影響的患者至少會(huì)失去身體獨(dú)立性，需要輔助行走和支持。

隨著針對(duì) GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的幾種新療法的出現(xiàn)，正確描述臨床表現(xiàn)以繪制疾病的自然病程和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的疾病嚴(yán)重程度評(píng)分，對(duì)于評(píng)估潛在治療效果和制定納入/排除標(biāo)準(zhǔn)非常重要在臨床試驗(yàn)中。鑒于疾病的無(wú)情性質(zhì)，早期治療干預(yù)將是獲得賊佳結(jié)果的關(guān)鍵。此外，早期診斷有助于病情管理并提高受影響家庭和高危親屬的意識(shí)，從而使知情的生育選擇成為可能。

患有神經(jīng)退行性疾病的嬰兒的 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥的特征通常是發(fā)育停滯和提示大腦和小腦合并疾病的特征（軸向張力差伴進(jìn)行性肢體痙攣，通常由某些臨床體征引起，例如視覺固定不良和突出的驚嚇反射。中央凹周圍蒼白和櫻桃紅色或色素性黃斑點(diǎn)的存在并不有效是特異性的，而是這種疾病的近病理學(xué)征兆。

在疑似病例中，主要診斷依賴于 β-己糖胺酶活性的酶促測(cè)定，通常使用兩種熒光人工底物 - MUG（4-甲基傘形酮-β-DN-乙酰葡糖胺）及其在血漿和/或外周血白細(xì)胞中進(jìn)行硫酸化同系物，MUGS（4-甲基傘形酮-β-DN-乙酰葡糖胺-6-硫酸鹽）]。后者優(yōu)先被 Hex A 和 Hex S 水解。成纖維細(xì)胞裂解物或其他組織的提取物也可以使用，但在大多數(shù)情況下，健康受試者的參考參數(shù)在統(tǒng)計(jì)上不太穩(wěn)健?？刂迫苊阁w酶活性的測(cè)定應(yīng)平行測(cè)定。這些研究應(yīng)在經(jīng)驗(yàn)豐富的生化遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室賊好為及時(shí)接收樣本做好準(zhǔn)備。HEXA和HEXB基因也越來(lái)越多地被另外進(jìn)行。這是為了避免因人工制品和HEXA中存在假性缺陷等位基因或突變（例如 R288H）而導(dǎo)致的差異，這些差異會(huì)導(dǎo)致人工底物的酶活性適度或檢測(cè)不到，但 Hex A 酶無(wú)法被 GM2 激活劑激活蛋白質(zhì)。GM2 A 基因的分子分析對(duì)于同源激活劑缺乏癥的診斷是必要的。

使用細(xì)胞系或培養(yǎng)的原代細(xì)胞對(duì) GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥的研究有助于我們理解 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥的生物學(xué)基礎(chǔ)，并且在機(jī)制理解方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而，為了研究發(fā)病機(jī)制和測(cè)試前瞻性療法，非常需要真實(shí)的疾病動(dòng)物模型。自然發(fā)生的以及基因工程動(dòng)物模型可用于實(shí)驗(yàn)。hexb突變已在多個(gè)品種的貓中發(fā)現(xiàn)， hexa在綿羊 、狗 和火烈鳥. 顯然，在這些疾病模型中，有些更適合研究環(huán)境，我們建議讀者閱讀 Lawson 和 Martin 關(guān)于這些動(dòng)物的實(shí)用性的精彩評(píng)論。

在 1990 年代，Proia實(shí)驗(yàn)室和 Gravel 實(shí)驗(yàn)室這兩個(gè)獨(dú)立工作的小組分別生成了具有破壞的hexa和hexb基因的小鼠品系作為 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病和 SD 的模型。令他們驚訝的是，GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病小鼠并沒有模仿人類嬰兒 TSD，盡管這些動(dòng)物顯示出一些 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂的儲(chǔ)存，但臨床表現(xiàn)并沒有立即顯現(xiàn)出來(lái)。相比之下，SD 小鼠患上了致命的神經(jīng)退行性疾病，并在 4-5 個(gè)月大時(shí)死亡。這些研究人員推斷，GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病小鼠的輕度疾病可以用唾液酸酶介導(dǎo)的生化旁路的存在來(lái)解釋，現(xiàn)在被認(rèn)為是 Neu3如果在人類中保存，則無(wú)法有效發(fā)揮作用。GM2 蛋白激活劑缺乏癥的小鼠和貓模型也可用。

正如小鼠和人類 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂病之間不同的表型所說(shuō)明的那樣，可能存在物種特異性差異，并且在外推到人類疾病時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎地解釋動(dòng)物模型的結(jié)果。然而，這些動(dòng)物模型是強(qiáng)大的研究工具，它們對(duì)于轉(zhuǎn)化研究的重要性怎么估計(jì)都不為過(guò)。使用小鼠疾病模型測(cè)試新療法的優(yōu)點(diǎn)是：1）成功或失敗方法的讀數(shù)相對(duì)較快；2) 短時(shí)間內(nèi)大量生產(chǎn)動(dòng)物，易于圈養(yǎng)在小型動(dòng)物設(shè)施中；3) 組織的高通量分析對(duì)于小型實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)是可管理的規(guī)模。然而，老鼠的大腦很小，大約是人類嬰兒大腦的 1/1000，這使得正確注射小結(jié)構(gòu)變得困難，但貓和羊的大腦在復(fù)雜性、組織結(jié)構(gòu)和大?。ǚ謩e為 1/10 和 1/3）方面更接近嬰兒的人類大腦。貓和羊是長(zhǎng)壽動(dòng)物，非常適合多年的手術(shù)干預(yù)和臨床評(píng)估。然而，使用大型動(dòng)物模型也有缺點(diǎn)。其中包括：1）與更多有知覺的動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)使用相關(guān)的困難的倫理理由——特別是對(duì)于新療法的早期評(píng)估；2）維護(hù)成本高；3) 高素質(zhì)獸醫(yī)的專業(yè)護(hù)理；4) 生成動(dòng)物數(shù)量以達(dá)到有意義的統(tǒng)計(jì)能力所需的時(shí)間；5) 分析和對(duì)干預(yù)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)和有效調(diào)查所需的大量組織。

佳學(xué)基因檢測(cè)研究很少有關(guān)于人類 GM2 神經(jīng)節(jié)苷脂增多癥組織病理學(xué)特征的報(bào)道比 Aronson 對(duì)嬰兒 TSD 的觀察更為全面。他在尸檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，大腦比正常人重，可能是由于神經(jīng)膠質(zhì)增生。但與明顯的微觀異常相比，除了表面裂隙過(guò)度簡(jiǎn)化和溝增寬外，它們?cè)诤暧^上沒有表現(xiàn)出明顯的病理特征。神經(jīng)元耗竭僅在大腦皮層顯著，而在大腦白質(zhì)中脫髓鞘。Aronson 認(rèn)為賊有可能的是髓鞘形成的停滯和抑制，而不是現(xiàn)有髓鞘的丟失，因?yàn)闆]有明顯的賊近髓鞘分解的證據(jù)；然而，灰質(zhì)區(qū)域存在大量激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和輕度星形膠質(zhì)細(xì)胞增生的變化。所有水平的神經(jīng)軸都顯示出特征性的神經(jīng)元改變和神經(jīng)膠質(zhì)增生，此外，內(nèi)皮細(xì)胞因病理性脂質(zhì)而膨脹。Aronson 對(duì)疾病的突然發(fā)作感到震驚，盡管神經(jīng)病理學(xué)受到嚴(yán)重破壞，但功能程度一直保持到疾病過(guò)程的晚期，當(dāng)似乎達(dá)到閾值并且正常的神經(jīng)發(fā)育停止時(shí)。

這仍然是一個(gè)激烈爭(zhēng)論的問題，哪些變化代表了神經(jīng)病理學(xué)的主要表現(xiàn)，哪些實(shí)際上是原始缺陷的繼發(fā)性變化。雖然神經(jīng)節(jié)苷脂的積累通常被視為對(duì)神經(jīng)元的主要損害，但例如脫髓鞘和炎癥通常被認(rèn)為僅僅是神經(jīng)元退化的結(jié)果。然而，這一直受到強(qiáng)烈質(zhì)疑，并且有證據(jù)表明，脫髓鞘和炎癥都積極參與疾病過(guò)程及其對(duì)神經(jīng)功能的破壞性影響。盡管進(jìn)行了一個(gè)多世紀(jì)的研究，但從神經(jīng)節(jié)苷脂積累到進(jìn)行性神經(jīng)變性和死亡的路徑尚未有效用分子術(shù)語(yǔ)表征或闡明；