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复旦大学附属儿科医院 1 概述 先天性糖基化障碍（CDG）是近年来快速增长的一组遗传代谢性疾病，由蛋白或脂肪的异常糖基化所致。因表现多样，多器官系统功能异常，临床诊断往往困难。随着二代测序技术的问世和普及、哺乳动物细胞模型的成熟以及糖组学检测技术的进步，人类在不断发现新的糖基化相关基因突变导致的疾病。 1.1 糖基化过程 糖基化是通过酶的催化，糖和蛋白（或脂肪）结合形成糖蛋白（或糖脂）的生物化学过程。糖与蛋白（或脂肪）结合后使蛋白质（或脂肪）与相应器官组织链接，保证其功能正常运行。糖基化过程在正常器官及神经系统发育过程中至关重要。 糖基化的生理过程非常复杂，需要100多个步骤，每个步骤需要相应酶的催化才能完成。每个酶的反应精确有序地对蛋白质（或脂肪）添加特定的糖分子或从蛋白质（或脂肪）去除特定的糖分子。CDG患者通常存在一种或多种糖基化酶的功能缺陷，出现异常糖基化的蛋白（或脂肪），导致糖蛋白（或糖脂）功能异常，从而出现相应的临床表现。 目前为止，科学家们发现130多种CDG，每型均有独特的糖基化酶缺陷。大部分糖基化障碍与蛋白质和天门冬酰胺结合的N-连接寡聚糖合成异常有关，被称为N-连糖基化障碍（图1）。人体所有细胞均需要按特定顺序合成寡聚糖，形成不同糖链与蛋白结合。寡聚糖对蛋白稳定性及细胞间信号传递起非常重要的作用，寡聚糖合成异常可能导致不同器官功能的异常。因糖基化过程非常复杂，今后也会不断发现新的CDG。此外还有O-连糖基化障碍、N和O-连联合糖基化障碍、脂肪糖基化障碍及糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚生物合成障碍。O-连糖基化过程在高尔基体进行，逐步在糖基转移酶的作用下向蛋白中丝氨酸、苏氨酸及羟基赖氨酸添加糖链。GPI锚是内质网内合成，高尔基体内修饰的糖脂。GPI锚生物合成完成后在细胞膜定位并与数百种细胞膜蛋白结合行使众多细胞功能。 图1 N-连接糖基化通路及相关基因 很多动物模型已用于CDG研究，包括无脊椎动物（果蝇及秀丽隐杆线虫）及脊椎动物（非洲爪蟾、泰和鸡、斑马鱼、小家鼠及大鼠）。由于小鼠获取容易、体积小、繁殖速度快、饲养及研究成本低以及人类基因同源相似度高等特点，已成为研究人类遗传性疾病理想的动物模型。已建立的小鼠CDG模型中，PMM2-CDG (CDG-Ⅰa)、MPI-CDG (CDG-Ⅰb)、DPAGT1-CDG (CDG-Ⅰj)及SRD5A3-CDG (CDG-Ⅰq)等内质网糖基化障碍相关基因敲除小鼠模型均在胚胎发育早期或中期死亡，提示内质网糖基化过程异常时胚胎发育晚期组织分化及器官形成过程受到严重影响。而MGAT2-CDG (CDG-Ⅱa)、SLC35C1-CDG (CDG-Ⅱc)及B4GALT1-CDG (CDG-Ⅱd)等高尔基体糖基化障碍相关基因敲除小鼠模型胚胎发育后出生，可短期内存活，甚至表现出类似于人类患者的表型，提示高尔基体上N-乙酰葡糖胺、岩藻糖或半乳糖均不是胚胎发育所必须的碳水化合物。新一代小鼠模型可利用亚等位基因敲除来避免胚胎期死亡，并且同时敲除N-糖基化通路的不同基因进一步明确糖基化障碍对胎儿及出生后不同时期发育的影响。 1.2 CDG命名及遗传模式 CDG是一组罕见的遗传代谢病，影响复杂的糖基化酶代谢过程。既往CDG根据生物化学通路缺陷发生的部位分为Ⅰ型及Ⅱ型，另根据发现疾病的时间顺序添加相应字母（如PMM2基因缺陷导致的命名为CDG-Ⅰa型），而随着基因诊断技术的普及，科学家们制订了新的命名方式：基因名称-CDG（如CDG-Ⅰa型目前称之为PMM2-CDG）。新的命名方式有助于认识基因与疾病的关系，让家属及科学研究人员精确跟踪病情变化。 绝大多数CDG遵循常染色体隐性遗传模式，仅有少数CDG遵循常染色体显性（N-连CDG：GANAB-CDG及PRKCSH-CDG；O-连CDG：EXT1/EXT2-CDG, POFUT1-CDG及POGLUT1-CDG）或X-连锁遗传模式（ALG13-CDG、SSR4-CDG、PIGA-CDG、SLC35A2-CDG及ATP6AP1-CDG）。大部分常染色体显性及X-连锁遗传的CDG患者由相关基因自发（de novo）突变导致。 1.3 CDG临床表现 每一种CDG的临床表现及疾病严重程度可有不同，但多影响人体多个器官系统，部分器官的症状到了一定年龄才表现出来。 1.3.1 多种CDG可能出现的共有临床表现（患儿可能至少会有3~4种类似表现，强调全面评估的重要性） 特殊面容（前额突出、杏仁状眼睛、眼窝凹陷、眉毛高拱、耳廓偏大/下移/后旋、鼻梁短、鼻梁塌陷、人中偏长且光滑、嘴唇丰厚、上唇偏薄且前凸）、特殊的体表特征（乳头内陷、短指或长指畸形、指/趾重叠、指/趾弯曲、全身水肿、皮肤发红或脱皮、皮下脂肪异常分布、多毛、皮肤橘皮样改变）、腹泻或营养不良、肝功能指标异常（白蛋白低下、转氨酶水平升高、胆汁淤积、肝衰竭、肝肿大、脾肿大、肝硬化、肝纤维化）、凝血功能异常、腺体功能异常、免疫功能异常、神经系统异常、运动发育落后、智力障碍、共济失调、语言落后、眼部异常、脊柱或关节病变及心脏异常。 1.3.2 部分CDG的特殊临床表现 SLC35C1-CDG（Ⅱc型）表现为严重的营养不良、发育落后、小脑畸形、肌张力低下、特殊面容、反复细菌感染及白细胞升高。MPI-CDG（Ⅰb型）则表现不同，患儿神经系统发育正常，但可能会出现肠道吸收及消化功能严重缺陷、蛋白丢失性肠病、肝功能异常、白蛋白低、低血糖、凝血功能障碍及血栓形成。PGM1-CDG（Ⅰt型）表现为肝功能异常、悬雍垂裂、低血糖、乳酸升高、营养不良、矮小、扩张性心肌病、骨骼肌异常（运动不耐受，横纹肌溶解）、性激素异常。 1.4 CDG诊断 由于CDG相关基因（130多个基因）及表型（177种独特表型）众多；不同CDG可出现相同表型，而同一CDG表型可截然不同；缺乏简单快速筛查方法及医务人员对CDG认识不足等众多原因，CDG诊断面临巨大的挑战。 大部分CDG可以通过血液检测初步筛查。CDG筛查第一步应为血清转铁蛋白（Tf）等电聚焦电泳（IEF）及电喷雾电离质谱（ESI-MS）检测方法确定检查异常糖基化的Tf，但毛细管区带电泳及高效液相色谱检查方法速度更快且省力。然而，Tf-IEF只能检测N-连糖基化障碍，无法检测O-连糖基化异常引起的脂肪糖基化障碍及GPI锚合成障碍。约50%的CDG无法通过Tf-IEF方法检测，而且目前缺乏通用于所有CDG的检测方法。少数情况下临床表现及IEF/质谱等方法考虑特定CDG时单基因测序及相关酶活性测定可帮助确诊，而多数情况下临床表现及糖谱检查特异性差，需要包括所有已知CDG相关基因的基因包（panel）甚至全外显子组等高通量测序技术帮助诊断。 1.5 CDG治疗 1.5.1 CDG特定类型的特异治疗方案 MPI-CDG（Ⅰb型） 患儿表现为神经系统发育正常，但肠道吸收及消化功能严重缺陷、蛋白丢失性肠病、肝功能异常、白蛋白低、低血糖、凝血功能障碍。如果早期诊断，甘露糖治疗可能明显改善腹泻症状及低血糖，治疗后白蛋白水平及凝血功能可恢复正常。1例反复血栓形成及凝血功能障碍的MPI-CDG患者，甘露糖治疗后未再出现血栓，凝血功能恢复正常。有学者报道2例患儿甘露糖治疗后仍未能阻断肝纤维化出现。但1例28岁甘露糖及肝素治疗后仍出现肝纤维化的女性患者，肝移植治疗后症状缓解，随访2年仍正常。腹泻及肠病方面肝素可替代甘露糖治疗。 PGM1-CDG（Ⅰt型） 表现为肝功能异常、悬雍垂裂、低血糖、乳酸升高、营养不良、矮小、扩张性心肌病、骨骼肌异常（运动不耐受，横纹肌溶解）、性激素异常。口服半乳糖或乳糖治疗后肝功能可好转，糖基化异常得以改善，性激素水平上升，未再出现横纹肌溶解，脂肪肝及心功能指标未出现继续加重的情况。 SLC35C1-CDG（Ⅱc型） 表现为严重的营养不良、发育落后、小脑畸形、肌张力低下、特殊面容、反复细菌感染及白细胞升高。患者使用岩藻糖治疗可能会控制反复感染，改善糖基化异常指标。 1.5.2 体外或动物实验提示可能有效的治疗措施 CAD-CDG进行尿苷治疗、SLC35A1-CDG进行唾液酸治疗、GNE-CDG补充乙酰甘露糖胺及D-甘露糖胺等唾液酸前体、NANS-CDG进行唾液酸缓释药物治疗、PGM3-CDG补充N-乙酰葡糖胺、ALG1-CDG进行甘露糖治疗、ALG13-CDG进行D-半乳糖治疗、MAGT1-CDG补充镁离子、PIGA-CDG生酮饮食、PIGM-CDG进行丁酸钠治疗、PIGO-CDG口服维生素B6、TMEM165-CDG补充锰离子或半乳糖、CCDC115-CDG补充柠檬酸铁、TMEM199-CDG补铁治疗、SLC39A8-CDG补充半乳糖级尿苷等促进UDP-半乳糖合成和Mn2+治疗、ISPD-CDG核糖醇或核糖醇代谢物治疗。 1.5.3 对症、支持治疗 营养不良、口腔运动协调能力障碍及持续呕吐、发育落后、肝功能异常、凝血功能障碍、斜视、心包积液、甲状腺功能减退、抽搐、脑中风样发作（发作时可补液）、骨骼发育异常及独立生活能力缺乏应该对症处理。 2 CDG与肝脏 糖蛋白及糖脂合成是肝脏主要功能之一，过去20年的研究发现众多CDG出现细胞膜及分泌的糖蛋白异常影响肝脏结构及功能，导致脂肪肝、肝纤维化及胆管病变。异常折叠的糖蛋白在内质网蓄积影响细胞功能，异常糖基化的血浆蛋白及凝血因子稳定性差，导致高凝或低凝状态。部分CDG病变仅限于肝脏，但多数伴有其他系统病变，包括胃肠道（蛋白丢失性肠病）、低血糖、肌张力异常、发育落后及抽搐。血清Tf糖基化实验（Tf-IEF）通过简单且成本低的方法筛查CDG。所有不明原因肝病患者应筛查CDG，合并有其他系统病变的患者尤为如此。 与肝脏相关的CDG大致可分为两大类，单纯表现为肝脏病变或肝脏病变为主的CDG （包括MPI-CDG、TMEM199-CDG、CCDC115-CDG、SLC37A4-CDG及ATP6AP1-CDG）及其他系统病变为主但合并肝损伤的CDG（包括PMM2-CDG、ALG1-CDG、ALG3-CDG、ALG6-CDG、ALG8-CDG、ALG9-CDG、PGM1-CDG及COG-CDG），其中SLC37A4-CDG又称糖原累积病Ⅰb或Ⅰc型。进一步认识及研究CDG相关肝损伤不仅有助于早期诊断、早期治疗，也可帮助改善CDG患者长期预后。表1总结了常见与肝脏病变相关的CDG肝功能相关指标变化及肝脏病理改变，而图2总结了与肝脏相关的糖基化障碍及相关蛋白在细胞内定位。 图2 与肝脏相关的糖基化障碍及相关蛋白在细胞内定位 红色框：仅有肝脏病变或肝脏病变为主的CDG；紫色框：合并有肝脏病变的CDG 肝脏病变是CDG常见的表现之一，可出现肝硬化及肝衰竭等严重病变。多数CDG患者转氨酶水平会升高，ALT最高值往往出现在发热时或用抗癫痫药物后。肝脏合成的糖蛋白减少，尤其是与凝血功能相关的糖蛋白，包括蛋白C、抗凝血酶Ⅲ（AT-Ⅲ）及凝血因子（Ⅶ、Ⅸ及Ⅺ）。常见的肝脏病理改变包括脂肪肝、汇管区周围纤维化及肝细胞肿胀，而极少见到炎症表现。部分患者肝脏病理表现为胆管板发育不良及胆管扩张等典型的纤维囊性病变。肝脏电镜超微结构主要表现为类似于尼曼匹克病C型（NPC）的溶酶体包涵体，可能提示NPC2蛋白糖基化异常导致胆固醇转运障碍。然而，与NPC不同，溶酶体内包涵体仅见于肝细胞，而Kupffer细胞溶酶体正常。CDG患者血浆多种溶酶体酶水平升高，提示细胞内转运（富含甘露糖结构）及溶酶体靶标（甘露糖-6-磷酸）相关糖基化异常。 2.1 CDG与肝脏纤维囊性病变 肝脏纤维囊性病变属于纤毛病，表现包括先天性肝纤维化、肝硬化、胆管扩张、胆汁淤积症、多囊肝及胆管板发育不良。多囊肝是少见病，约25%的患者发现内质网表达的PRKCSH 或SEC63基因突变。SEC63作为转位子复合体一部分参与蛋白质在内质网内外转运，转位子复合体可将新合成的蛋白转运至粗面内质网内，也可通过内质网相关降解途径将未折叠的异常蛋白从内质网转运至胞浆内。PRKCSH基因编码葡萄糖苷酶Ⅱ（又称肝囊肿蛋白）β亚单位，负责从蛋白质上Glc3Man9GlcNAc2 N-聚糖分裂两个葡萄糖分子。肝囊肿蛋白通过调控钙联蛋白/钙网蛋白直接参与蛋白折叠过程。近期研究发现内质网N-糖基化相关基因突变导致的CDG出现多囊肝病，囊上皮细胞肝囊肿蛋白表达缺失，提示糖基化障碍和多囊肝病存在共同发病机制。 PRKCSH 及SEC63均与内质网糖基化过程相关且引起多囊肝病，其他内质网糖基化相关的基因突变也可以出现肝脏病变（图3）。如，2例ALG3-CDG患者出现肝肿大、胆汁湖形成、肝纤维化及胆管板发育不良；ALG6-CDG患者可出现肝肿大，其中3例肝活组织检查发现肝细胞内异常溶酶体包涵体，但未发现胆管异常；ALG8-CDG可出现严重的转氨酶水平升高及肝肿大，1例肝穿刺检查患者发现肝内外胆管多发囊性扩张，随访时出现胆汁淤积及肾脏微小囊肿；3例ALG9-CDG患者出现肝肿大，其中1例发现肾囊肿；ALG12-CDG患者虽然没有发现肝肿大，但转氨酶水平升高；1例GLS1-CDG新生儿出现进行性肝肿大，74日龄死亡，尸检发现胆管增生扩张、胆汁淤积、脂肪变性、肝纤维化、毛细胆管及肝细胞内胆栓样改变。 图3 引起肝脏纤维囊性病变的CDG及其发病机制 治疗方面应针对病因改善糖基化为主，熊去氧胆酸可能对胆汁淤积症、胆管扩张、胆管板发育不良及肝囊肿有效，有望延缓或阻断肝脏病变进展。此外应监测脂溶性维生素水平，必要时补充维生素A、D、E及K1等。严重的肝囊肿及肝纤维化可能需要外科手术干预或肝移植治疗。 2.2 CDG与脂肪肝 PMM2-CDG、MPI-CDG、ALG1-CDG、ALG3-CDG、ALG6-CDG、ALG8-CDG、ALG11-CDG、MOGS-CDG、COG6-CDG、CCDC115-CDG、ATP6AP1-CDG、MPDU1-CDG、RFT1-CDG及PGM1-CDG等CDG均可出现不同程度的脂肪肝。CDG引起脂肪肝的发病机制尚不清楚。肝细胞脂肪变性多见于汇管区周围，并且肝细胞内脂褐素沉积，提示三肽氨基肽酶糖基化水平低下影响蛋白折叠、转运及稳定性。当然脂肪肝也可能与CDG导致调控能量及脂肪代谢通路的相关蛋白糖基化异常有关。 脂肪肝根本治疗措施仍为针对病因治疗并改善糖基化异常。此外维持血糖稳定、改善能量代谢、纠正脂肪代谢紊乱等措施可能改善肝脏脂肪病变。 3 小结 随着基因诊断技术的普及，不断发现更多CDG类型及患者。CDG与肝脏密切相关，不仅成为肝病病因之一，也为部分疑难肝病发病机制提供了有力依据。随着CDG相关研究的深入，糖基化异常有望成为疑难肝病新的诊断措施和治疗靶点。 |
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