Identification of novel compound heterozygous PFKM variants in a patient with chronic haemolytic anaemia: genotype–phenotype correlation and structural insights and Mutation update

在每一颗红细胞内部，都有一个微小但至关重要的工厂，日夜不停地运转以维持细胞的生命。这个工厂依靠一种被称为糖酵解的过程运行，这是一种通过分解糖分来产生能量的化学途径。与体内大多数细胞不同，红细胞没有线粒体（即其他组织中的动力工厂），因此它们完全依赖这种燃烧糖分的程序来满足能量需求。这个工厂中的一个关键工人是一种被称为磷酸果糖激酶（PFK）的酶。这种酶就像是一个守门员，控制着糖分通过该途径的速度。如果这个守门员工作失常，细胞就无法制造足够的能量，红细胞就会开始衰竭并过早破裂。当这种情况在全身发生时，会导致一种被称为溶血性贫血的状态，即血液中缺乏足够的健康红细胞来携带氧气。

虽然这类酶的问题通常与运动时的肌肉无力和疼痛有关，但有时它们会以另一种方式出现，即仅影响血液。最近，来自印度研究人员的一份报告描述了一位多年来一直饱受慢性贫血和黄疸困扰的患者，而她从未经历过通常与该疾病相关的肌肉痉挛。通过使用先进的基因测序和计算机建模，研究团队识别出了患者 DNA 中的两个新遗传错误，解释了她的病情。他们的工作不仅为这位个人解决了一个长期的医学谜团，也为全球关于遗传变化如何改变这种重要酶的形状和功能的拼图增添了两个新碎片。

患者是一位三十二岁的女性，自童年起就一直遭受皮肤和眼睛反复发黄的困扰。多年来，她忍受着呕吐和疲劳的发作，并接受了多次输血以应对低血红蛋白水平。当医生第一次检查她时，发现明显的迹象表明她的红细胞被破坏的速度超过了身体补充的速度。她的肝脏和胆囊也承受着压力，这是身体试图处理大量破碎血细胞的常见后果。标准测试排除了最常见的导致血细胞破坏的原因，例如缺乏 G6PD 酶或丙酮酸激酶缺陷。然而，一项针对 PFK 酶的特定测试显示，其活性严重降低，降至每克血红蛋白仅 2.1 个单位，远低于 5.5 至 10.8 的正常范围。这直接指向了一种被称为 Tarui 病（或称糖原累积病 VII 型）的罕见代谢疾病，该病是由 PFK 酶功能失效引起的。

为了找到确切原因，医疗团队转向了全外显子组测序，这是一种读取人体 DNA 中蛋白质编码指令的技术。他们正在寻找提供肌肉版本 PFK 酶（称为 PFKM）蓝图的基因中的错误。搜索结果显示，在患者从父母那里继承的两份基因拷贝中各有一个不同的遗传变化。第一个变化发生在基因的一个被称为外显子 6 的区域，其中遗传密码中的一个字母被替换，将位置 184 的构建块精氨酸变成了色氨酸。第二个变化发现于外显子 11，在那里另一个交换将亮氨酸构建块变成了位置 324 的脯氨酸。这些特定的错误此前从未在医学文献中出现过，使其成为了新的发现。研究人员使用一种名为 Sanger 测序的标准实验室方法确认了这些发现，该方法作为对遗传密码的精确复核。

要理解这些微小的变化如何导致如此大的问题，需要观察酶的三维结构。研究人员使用基于已知兔子 PFK 酶结构的计算机模型来可视化患者细胞内部发生的情况。他们发现，第一个错误（位于位置 184）发生在酶与一种被称为 ADP 的分子结合的关键区域，该分子有助于调节其活性。在健康的酶中，这个位置与蛋白质的相邻部分形成稳定的连接。新的色氨酸构建块过于庞大，无法适应那个空间，实际上卡住了机制，阻止了酶进行自我调节。第二个错误（位于位置 324）发生在维持酶形状的紧密堆积的核心区域。用僵硬的脯氨酸取代具有柔性的亮氨酸，扭曲了局部结构，就像试图将一个坚硬的铰链强行塞入一个灵活的关节中一样。这种扭曲削弱了酶的整体稳定性，使其容易破碎或失去功能。

患者的病例凸显了遗传疾病呈现方式的一个关键点。虽然 Tarui 病在经典描述中是一种引起运动时肌肉疼痛和精疲力竭的疾病，但这位患者几乎没有表现出肌肉症状。相反，她的身体主要受到溶血性贫血的影响。这表明，她携带的特定遗传错误组合以一种对红细胞打击最大的方式影响了酶，可能是因为这些细胞在生存中如此依赖糖酵解。研究人员指出，这两个错误可能共同作用以破坏酶的稳定性，其中一个破坏了其调节开关，而另一个削弱了其结构基础。这种双重攻击解释了为什么酶活性如此之低，以及为什么红细胞无法生存。

在获得遗传诊断后，医疗团队专注于治疗由于长期慢性贫血而积累的并发症。患者已经出现了胆结石和胆管炎症，这是由于破碎红细胞产生的极高水平胆红素直接导致的。她接受了一个在胆管内放置支架的手术，以缓解阻塞并让胆汁自由流动。在几天内，她的胆红素水平显著下降，她开始感觉好转，最终在制定了切除胆囊手术计划后出院。对急性症状的成功治疗，结合遗传诊断，为她的护理和未来的家庭规划提供了清晰的路径。

这份报告为导致 PFK 缺乏症的不断增长的遗传变异列表增加了两个新条目。通过记录这些特定错误并展示它们如何改变酶的结构，这项研究有助于其他医生认识到，这种罕见疾病可以仅表现为血液问题，而不伴随经典的肌肉症状。这项工作还证明了将现代基因测序与计算机建模相结合，以理解单个 DNA 字母变化如何产生连锁反应并导致疾病的力量。对于患者而言，这意味着从一种不明原因的疾病状态转向对自身状况的清晰理解，从而实现针对性的管理和遗传咨询。随着更多此类病例的被识别，医学界将能更全面地了解这种酶失效的全方位方式，从而实现更准确的诊断和对罕见代谢疾病患者更好的护理。