罕见肾结石病-次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺乏症的认知进展

次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase，HPRT）缺乏症是X染色体连锁隐性遗传病，是由HPRT1基因突变导致HPRT酶活性下降和嘌呤代谢障碍而引发的疾病。HPRT酶在嘌呤核苷酸的补救途径中起关键作用，驱动着两种反应：一种是将次黄嘌呤焦磷酸化为肌苷酸；另一种则是将鸟嘌呤焦磷酸化为鸟苷酸。当HPRT酶缺乏时，次黄嘌呤和鸟嘌呤补救合成核苷酸途径受阻，体内嘌呤含量增加，导致其最终水解产物尿酸增多。HPRT缺乏症主要分为3个类型：莱施尼汉综合征（Lesch-Nyhan disease，LND）可表现最严重的表型，特征是发生运动功能障碍和自残综合征；HPRT1相关性神经系统功能异常（HPRT1-related neurologic dysfunction，HND）较LND表现较轻的神经系统症状，且无自残综合征表现；HPRT1相关性高尿酸血症（HPRT1-related hyperuricemia，HRH）的神经系统症状最轻，往往只表现为高尿酸血症、肾结石和痛风。 LND在全球的发病率在1:235000至1:380000之间，在美国出生的男性活婴LND发病率在1:100000至1:300000之间；HND和HRH的发病率低于LND。HPRT缺乏症是一种罕见的疾病，从1988年到2012年间，Fu等仅收集到了615例HPRT缺乏症患者的信息。临床医生对HPRT缺乏症的认知存在不足，易出现误诊和漏诊。对HPRT缺乏症基因型及表型的研究有助于该病的早期诊断、治疗和预防，在未来有望成为个体化治疗的依据。本文拟对HPRT缺乏症的基因型、表型以及基因型与表型的关系进展作一综述。

1、 HPRT缺乏症的基因型

1．HPRT缺乏症的基因突变类型

HPRT1基因位于X染色体上，长度为45 kb，位于Xq26-27区域，包含9个外显子和8个内含子。在Fu等收集到的615例患者中，错义突变最为常见，共有242例（39.3%，242/615）患者携带错义突变；其次为缺失突变，有158例（25.7%，158/615）患者。在不同地区间，HPRT缺乏症基因突变类型和比例不同，Li等研究发现，中国8例LND患者中1例（12.5%，1/8）为错义突变、3例（37.5%，3/8）无义突变、3例（37.5%，3/8）缺失突变。而法国和意大利的HPRT缺乏症患者，错义突变最为常见，在Madeo等报道的101例患者中，共有76例患者的基因信息可知，其中41例（53.9%，41/76）为错义突变，6例（7.9%，6/76）无义突变，9例（11.8%，9/76）剪切突变。在Laróvere等报道的阿根廷患者中，错义突变也是最常见的突变类型，24例患者中有14例（70.8%，17/24）发生了错义突变。值得注意的是，在这100例欧美患者中，每个家系中一般只有1-2例患者，较少出现3例及以上患者，相同基因型的患者多出现在同一家系中，不同家系的患者很少出现相同基因型。例如在76例欧洲患者（共67个家系）中，多数家系间的基因型不同，只有基因型c.143G＞A出现在了2个不同家系中；而67个家系中，只有4个家系出现了2例患者，1个家系出现了5例患者，其余62个家系均只有1位患者；这5例同一家系患者的基因型均为c.203T＞C（p.Leu68Pro），该基因的总人群携带率为0.000000836。以上提示HPRT1基因的突变谱较为广泛。

2、HPRT缺乏症基因突变热点

HPRT缺乏症的突变位点分布在HPRT1基因的整条序列中，但世界上也存在多例无关联的患者携带相同突变。比如最常见的两种突变c.151C＞T（p.Arg51Ter）和c.508C＞T（p.Arg170Ter)，它们分别发生在外显子3和外显子7的CpG岛。CpG岛与基因复制密切相关，其自发脱氨机制与基因突变有很大关系。在GpG岛发生的基因突变多数是无义突变，c.151C＞T和c.508C＞T均为无义突变，导致了基因翻译的提前终止。c.151C＞T和c.508C＞T突变均分别见于2例中国患者（2/9，22.2%）；在韩国，3例患者携带有c.151C＞T突变（11.5%，3/26）；在意大利，c.151C＞T和c.508C＞T突变分别见于2例（2.2%，2/45）和1例（1.1%，1/45）患者。虽然这两种突变在单一种族和人群中并不是发病人数最多的基因型，但各地区患者中均有发生使其成为在总患病人群中携带率最高的两种突变，提示这两种突变是潜在的HPRT1突变热点。

Fu等根据HPRT1基因序列和HPRT酶的蛋白质结构定义了5个均包含10个氨基酸的结构域。错义突变可导致单个氨基酸的替换，引发了上述结构域结构和功能的改变，进而导致HPRT酶活性的改变。这5个结构域分别是：氨基酸序列42-51位（与A-C 亚基接口相关）、氨基酸序列65-74位（与PPi 绑定环相关）、氨基酸序列131-140位（与PRPP 绑定环相关）、氨基酸序列158-167位（与识别碱基的K166相关）以及氨基酸序列188-204位（与hood结构域相关）。72例来自不同国家且突变类型为错义突变的HPRT缺乏症患者中，63例患者的错义突变发生在上述5个结构域的对应序列中，其中引起氨基酸序列42-51位，65-74位，131-140位，158-167位以及188-204位改变的分别有19例，19例，2例，4例和19例。由此，我们可以看到5个结构域包含了HPRT1基因错义突变的大部分（87.5%，63/72）位点，其中错义突变引起氨基酸序列42-51位、65-74位和188-204位改变的患者最多，均为30.2%（19/63）。根据HPRT酶功能结构域来划分氨基酸序列，进而找到基因突变热点区域的思路，会为我们进一步了解HPRT缺乏症的致病机制指明方向。

二、HPRT缺乏症基因型和表型的关系

HPRT缺乏症的严重程度与HPRT酶的剩余活性相关.根据HPRT缺乏症患者病情的严重程度分为LND、HND和HRH三种表型，其中LND患者的HPRT活性完全丧失或近乎完全丧失；HND患者的HPRT活性仅保留小部分，一般只能达到正常酶活性的2%~8%；HRH患者的HPRT剩余活性相对最高，一般其剩余活性可达到正常酶活性的8%以上。错义突变因其对酶的剩余活性影响相对较小，HND和HRH患者的基因突变类型更多为错义突变（75.4%，107/142）。LND患者以神经系统症状为主，其在3-6月大时会出现肌张力低和发育迟缓，在2-3岁时出现认知障碍和行为障碍，其中自残综合征是该病的标志。HPRT缺乏症患者另一主要症状为高尿酸血症，肾结石作为高尿酸血症的常见表现，在该病患者中多发。LND患者的HPRT酶活性最低，肾脏累及程度更加严重，可出现肾结石，肾钙质沉着症和肾功能衰竭。Madeo等报道的法国和意大利的101例患者中， 67例出现了肾脏累及（66.3%，67/101），其中肾结石49例（48.5%，49/101）、肾钙质沉着症34例（33.7%，34/101）、肾功能衰竭13例（12.9%，13/101）。HPRT缺乏症的不同亚型和不同的突变类型与临床表型可能存在一定相关性。

1.肾结石

肾结石是HPRT缺乏症的常见临床表现。在法国和意大利的HPRT缺乏症患者中，错义突变在HND和HRH患者中更常见，有肾结石相较于无肾结石的患者年龄更大（18.8岁Vs 9.6岁）,且出现肾结石的HPRT缺乏症患者在发病时血尿酸浓度并无显著差别（p=0.15）。Laróvere等报道的阿根廷HPRT患者中，肾结石的发病率为37.9%（11/29），其中由错义突变的引起的有8例（72.7%，8/11）。这11例肾结石患者中，2例出现结石复发，基因突变类型均为错义突变，为典型的LND患者，分别在5岁和6岁出现了典型的自残症状，其血尿酸浓度分别为11.0mg/dl和8.1mg/dl；3例患者出现肾衰，其中2例来自同一家系，均为错义突变，他们并没有典型的自残症状但血尿酸浓度分别为16.0mg/dl和13.8mg/dl，1例在19岁出现了痛风。理论上错义突变仅导致单碱基置换，对表型影响相对较小，但错义突变仍可导致较为严重的临床表型。Li等报道中国HPRT缺乏症患者肾结石的发病率为37.5%（3/8），这3例基因突变类型分别为移码突变、无义突变和缺失突变，均表现为肾结石伴或不伴发尿路感染。对于错义突变引发的肾结石患者中，同一基因型的表型也存在明显的异质性。Sarafoglou等报道，同一家族中携带c.500G＞T突变的3例患者，1例在13个月大时尿布上便出现橘黄色结晶，并发生了严重的高尿酸血症；1例在17岁时才发生肾结石，且40岁之后再无肾结石症状；1例则没有肾结石相关症状，肾脏超声也未发现过结石。63例错义突变发生在5个结构域的患者中，28例患者出现了肾结石，其中发生在氨基酸序列42-51位，65-74位，158-167位和188-204位分别有7例，11例，3例和7例患者，没有发生在氨基酸序列131-140位的肾结石患者，上述结果提示在氨基酸序列65-74位发生突变的患者可能更容易发生肾结石.

2.肾钙质沉着症

Cho研究了26例韩国LND患者的临床表型， 21例患者出现了肾脏累及，患者平均血尿酸浓度为9.4±2.2mg/dL，肾钙质沉着症发生率为61.5%（16/26），无义突变是引发肾钙质沉着症的最常见突变类型（31.25%，5/16），部分错义突变也可导致肾钙质沉着症（12.5%，2/17）。在该研究中，16例肾钙质沉着症是依据肾脏超声检查诊断的，其中7例同时伴有肾结石，3例需要手术治疗。4例伴有肾钙质沉着的患者，基因突变发生在氨基酸42-51位，65-74位和188-204位对应序列的分别有1例，2例和1例。

3.肾功能衰竭

肾功能衰竭是HPRT缺乏症患者肾脏累及的最严重情况。在法国和意大利的101例HPRT缺乏症患者中，7例发生了急性肾衰，其中3例患有严重的双肾结石、3例患有肾盂肾炎伴泌尿系结石和尿酸性肾病、1例患有严重的高尿酸血症（血尿酸浓度37.8mg/dl）；另有6例HPRT缺乏症患者发生慢性肾衰，2例患者接受了肾移植治疗[6]。肾衰与HPRT1基因的突变类型并未发现有明显相关性，有报道过无义突变和剪接位点突变可引起肾衰。Yang等报道1例2个月大的中国LND患儿出现肾衰，其尿酸和肌酐均明显升高，范围分别在1192~1535 umol/L和386~1046umol/L之间，其基因突变类型为无义突变c.508C＞T；Kollios等报道1例14个月大的欧洲LND患儿出现了急性肾衰和高尿酸血症，同时出现了自残的神经系统症状，基因检测发现内含子3的剪接位点发生突变。

3、 HPRT缺乏症的治疗进展

HPRT缺乏症引发肾结石的病理生理基础是高尿酸血症，降低血尿酸浓度和处理肾结石是治疗HPRT缺乏症的关键。治疗高尿酸血症的传统治疗包括大量饮水，口服枸橼酸钾或碳酸氢钠碱化尿液，使用非布司他或别嘌呤醇减少尿酸合成。临床上治疗HPRT缺乏症患者常规使用别嘌呤醇，当患者对别嘌呤醇过敏时可使用非布司他，而长期使用非布司他有发生心血管意外风险[25]。药物治疗并不能完全避免肾结石的发生，Sighinolfi等用别嘌呤醇治疗19例LND患儿后，有3例（15.8%）仍然出现尿石症，对药物治疗后仍发生肾结石的患者，需进行碎石或手术治疗。

对于HPRT酶缺乏症这类单基因遗传病，可以通过基因校正来进行治疗。CRISPR介导的碱基编辑器（CRISPR-mediated base editors，BEs）可以通过碱基对的转换实现基因校正的目的，这种方法避免了不必要的基因损伤，减少无关碱基的插入。Proto等人的研究发现，BEs的有效目标基因转化效率达到90%以上，且无关碱基插入仅发生在两个位点，同时无关碱基的插入转化效率也很低，分别为0.2%和13.1%。另一项最新技术-先导编辑器（Prime Editors，PEs）则可以对碱基替换、小段基因插入和小段缺失突变进行基因校正，同时扩展了BEs的适用性和治疗潜能。Jang等使用PEs校正HEK293T/17细胞系的HPRT1基因c.333_334ins(A)突变，校正效率达到50%。但是，PEs在其他细胞系进行基因校正时的效率有待提高，如在患者来源的成纤维细胞中，其c.333_334ins(A)突变的校正效率仅为14%。

总之，HPRT缺乏症是一种极为罕见的X连锁隐性遗传病，错义突变是最常见的突变类型，肾结石是常见的临床症状。HPRT缺乏症的基因型和表型间存在一定相关性。药物治疗是HPRT缺乏症的传统治疗方法，碱基编辑等基因编辑技术有望成为HPRT缺乏症未来的治疗方法。