甘氨酸脱羧酶； GLDC

甘氨酸裂解系统 P 蛋白； GCSP
甘氨酸脱氢酶

HGNC 批准的基因符号：GLDC

细胞遗传学位置：9p24.1 基因组坐标（GRCh38）：9:6,532,467-6,645,729（来自 NCBI）

▼ 说明

甘氨酸裂解酶系统（甘氨酸裂解系统；GCS；EC 2.1.2.10）仅限于线粒体，由 4 个蛋白质成分组成：P 蛋白（一种磷酸吡哆醛依赖性甘氨酸脱羧酶）、H 蛋白（一种含硫辛酸的蛋白，238330）、T 蛋白（一种四氢叶酸需要酶，238310）和 L 蛋白（一种硫辛酰胺脱氢酶，238331）。

已发现 P、T 和 H 蛋白的突变会导致甘氨酸脑病（GCE; 605899）。

▼ 克隆与表达

库米等人（1991）克隆了编码人甘氨酸脱羧酶P蛋白的cDNA。推导的蛋白质含有1,020个氨基酸。通过 RNA 印迹分析，Takayanagi 等人（2000）证明GLDC在人类肝脏、肾脏、大脑和胎盘中表达。通过斑点印迹分析，Kure 等人（2001）在有限数量的组织中检测到GLDC的表达，其中在肝脏、胎盘和肾脏中表达较强；在脑、小肠、甲状腺和垂体中中等表达；在结肠、膀胱和肺中表达较弱。

▼ 基因结构

高柳等人（2000）确定了GLDC基因及其假基因的结构。 GLDC 基因跨度至少 135 kb，包含 25 个外显子。所有供体和受体位点均遵守规范的 GT-AG 规则，但内含子 21 的供体位点除外，其中使用变体形式 GC 代替 GT。通过引物延伸分析，转录起始位点被指定为翻译起始三联体上游 163 bp 的残基。 GLDC假基因没有内含子，与功能性GLDC的编码区有97.5%的同源性，表明它是一个经过加工的假基因，产生于大约4至8百万年前的GLDC转录本。

▼ 发病机制

金等人（2015） 确定了丝氨酸和甘氨酸代谢在神经胶质瘤缺血区内脑癌细胞存活中的关键作用。在人多形性胶质母细胞瘤（137800） 中，SHMT2（138450） 和 GLDC 在坏死灶周围的假栅栏细胞中高度表达。金等人（2015） 发现 SHMT2 活性限制 PKM2（179050） 的活性并减少耗氧量，引发代谢状态，为血管化不良的肿瘤区域的细胞赋予深远的生存优势。 GLDC 抑制会损害 SHMT2 水平高的细胞，因为 GLDC 未代谢的过量甘氨酸可转化为有毒分子氨基丙酮和甲基乙二醛。金等人（2015） 得出结论，SHMT2 是癌细胞适应肿瘤环境所必需的，也使这些细胞对甘氨酸裂解系统抑制敏感。

▼ 细胞遗传学

博德金等人（2019） 对一对母子进行了一项原理验证临床试验，该试验对染色体 9p24 进行了复杂的重排，其中包括 GLDC 基因的三倍体（Grochowski et al., 2018）。母亲被诊断患有具有精神病特征的双相情感障碍，儿子患有分裂情感障碍。由于 GLDC 的三倍化预计会导致脑甘氨酸和 D-丝氨酸水平降低，从而导致 NMDAR 受体通道功能低下，Bodkin 等人（2019） 进行了试验，以确定用甘氨酸（NMDAR 甘氨酸调节位点（GMS） 的完全激动剂）加强常规精神药物治疗是否可以减轻这 2 名携带者的精神病和情绪症状。博德金等人（2019） 对两名患者进行了 2 项双盲安慰剂对照试验，在整个 6 周试验中保持所有其他精神药物稳定：其中一项补充甘氨酸，目标剂量为 0.8 克/公斤/天，另一项为 D-环丝氨酸。两种药物均改善了两名患者的精神病和情绪症状。建议水平的甘氨酸剂量耐受性不佳，但 0.6 gm/kg/天的耐受性良好且有效。

▼ 分子遗传学

Tada 等人使用 GCSP cDNA 作为探针对 2 名非酮症高甘氨酸血症患者的基因组 DNA 进行 Southern 印迹分析（1990）表明他们的P蛋白有一个特定的缺陷，即部分缺失。

在芬兰的一些县发现了甘氨酸脑病的高发率（von Wendt 和 Simila，1980）。 von Wendt 等人在芬兰的 13 个杂合子中（1981）发现中枢神经系统出现轻微功能障碍，他们认为这可能是由于甘氨酸（具有神经递质作用）的轻微异常降解所致。吴等人（1992） 发现芬兰患者的 20 个 P 蛋白等位基因中有 14 个在蛋白编码区携带从 G 到 T 的单核苷酸替换，导致氨基酸从丝氨酸 564 变为异亮氨酸（238300.0001）。

图恩等人（2000） 在 2 名不相关的甘氨酸脑病患者中发现了 P 蛋白 R515S（238300.0004） 杂合性的反复突变。

Applegarth 和 Toone（2001） 回顾了甘氨酸脑病的实验室诊断，并确认了 T 蛋白（AMT; 238310） 中的 9 个突变和 P 蛋白中的 8 个突变。他们还审查了 7 例短暂性 NKH 病例。

非酮症高甘氨酸血症或甘氨酸脑病（605899） 是由于甘氨酸裂解多酶系统缺乏由 GLDC、AMT 和 GCSH（238330） 编码的 3 种特定成分引起的。吴等人（2006）对 69 个家庭（分别有新生儿型、婴儿型和晚发型 NKH 的 56 个、6 个和 7 个家庭）的这 3 种酶的突变进行了全面筛查。 75% 的新生儿和 83% 的婴儿家庭中发现了 GLDC 或 AMT 突变，但晚发型 NKH 中没有发现这种突变。本研究中未发现 GCSH 突变。在 36 个家系中发现了 GLDC 突变，在 11 个家系中检测到了 AMT 突变。尽管对整个编码区进行了测序，但在 36 个具有 GLDC 突变的家族中，有 16 个家族中仅在 1 个等位基因中发现了突变。 GLDC基因由25个外显子组成。 32 个 GLDC 错义突变中有 7 个聚集在外显子 19 中，该外显子编码辅因子结合位点 lys754。在白种人、东方人和黑人家族中发现了涉及 GLDC 基因外显子 1 的大缺失。通过 4 个 GLDC 多态性的单倍型分析表明外显子 1 缺失的多个起源。

▼ 测绘

伯顿等人（1989） 观察到具有 9p 综合征代谢和染色体特征的婴儿的非酮症甘氨酸血症，导致他们提出非酮症甘氨酸血症的基因可能位于 9 号染色体的短臂上。通过使用基因组克隆进行荧光原位杂交，矶部等人（1994） 将功能性 GCSP 基因分配给 9p24-p23，将加工后的假基因分配给 4q12。榊原等人（1990） 在一名甘氨酸脑病患者中发现了 GCSP 基因 5-prime 区域的缺失。

▼ 动物模型

坂田等人（2001）报道了大鼠中枢神经系统中甘氨酸裂解系统的结构和表达。

▼ 等位基因变异体（10 个精选示例）：

.0001 甘氨酸脑病
GLDC、SER564ILE

据称，在芬兰北部，甘氨酸脑病（605899） 的发病率为每 12,000 名新生儿中就有 1 人发病（von Wendt 等，1979）。吴等人（1992） 证明缺陷存在于 P 蛋白中，并且导致异亮氨酸取代丝氨酸 564 的 G 到 T 突变占 20 个 P 蛋白等位基因中的 14 个。在淋巴母细胞中检测不到 P 蛋白的活性，但存在正常大小和水平的 P 蛋白 mRNA。 5例患者的S564I突变为纯合子状态，另外4例患者可能为复合杂合子。

.0002 甘氨酸脑病
GLDC、PHE756DEL

Kure 等人在一名患有甘氨酸脑病的日本患者（605899） 中进行了研究（1992） 发现 GLDC 基因中苯丙氨酸 756 缺失。 Phe756 靠近磷酸吡哆醛的结合位点 lys754（Kure 等人（1991，1992））。该缺失可能会干扰 B6 结合或功能。

.0003 甘氨酸脑病
GLDC，30-KB DEL

高柳等人（2000） 研究了一名患有甘氨酸脑病（605899） 的日本男孩的新生儿发病情况。据了解，这对父母有亲属关系，来自日本中部地区的爱知县。 3日龄时出现惊厥性癫痫发作和呼吸窘迫。服用氯胺酮改善了他的脑电图检查结果和过度烦躁的情况。然而，他的精神运动发育严重延迟。他无法控制头部或行走，并且出现了关节挛缩。 9岁时，他死于流感肺炎和肾衰竭。对尸检肝脏标本的酶分析显示，他的 GLDC 活性完全缺乏。高柳等人（2000） 发现该患者的功能性 GLDC 基因的外显子 1-3 没有通过 PCR 扩增，而对照受试者的外显子却被扩增。这些结果表明患者体内存在大量纯合缺失（至少 30 kb）。高柳等人（2000）设计了一种半定量PCR，以假基因作为内部对照来估计GLDC等位基因的数量，并分别证实了患者及其父母的缺失的纯合性和杂合性。

.0004 甘氨酸脑病
GLDC、ARG515SER

Toone 等人在 2 名甘氨酸脑病（605899） 患者中（2000） 鉴定了 G 到 C 的颠换，导致 GLDC 基因中密码子 515 处的精氨酸到丝氨酸的取代。在 100 个正常等位基因中均未发现该突变，并且该残基处的精氨酸在从人类到大肠杆菌可获得序列的所有物种中都是保守的。

图恩等人（2001） 报道 R515S 突变存在于 5% 的 NKH 等位基因中。

.0005 甘氨酸脑病
GLDC、GLY761ARG

Applegarth 和 Toone（2001） 报道了甘氨酸脑病（605899） 中的这种突变，最初由 Kure 等人报道（1999），存在于 8% 的 NKH 芬兰等位基因中。

.0006 甘氨酸脑病
GLDC、ALA802VAL

在来自 2 个不相关家庭的 4 名患有甘氨酸脑病（605899） 的受影响患者中，Korman 等人（2004） 在 GLDC 基因的外显子 20 中鉴定出纯合的 2405C-T 转换，导致高度保守残基处的 ala802-to-val（A802V） 取代。对 COS-7 细胞中突变的功能表达研究表明，突变蛋白活性降低至对照水平的 32%。作者指出，32% 的残留活性与 S564I 突变（238300.0001） 明显不同，后者几乎没有酶活性。携带 A802V 突变的受影响患者的表型很独特：1 个家庭的 3 名患者症状完全缓解且发育正常，而第 4 名患者仅出现轻微的神经系统后遗症。

.0007 甘氨酸脑病
GLDC、MET1THR

Boneh 等人在 8 名阿拉伯甘氨酸脑病患者（605899） 中进行了研究（2005） 在 GLDC 基因外显子 1 的 ATG 甲硫氨酸密码子内鉴定出纯合的 T 到 C 转变，导致起始密码子内的 met1 到 thr（M1T） 替换。所有专性携带者都是突变杂合子，122 个对照等位基因没有突变。 6个家庭中有5个患者的父母是堂兄弟姐妹。对 2 名患者的研究显示 GLDC mRNA 水平显着降低且酶活性缺失。所有患者均来自耶路撒冷附近一个小村庄的大约 5,000 人的孤立人群。

.0008 甘氨酸脑病
GLDC、ALA389VAL

在 2 名无关的轻度甘氨酸脑病患者（605899） 中，Dinopoulos 等人（2005） 鉴定了 GLDC 基因外显子 9 中的纯合 1166C-T 转变，导致 ala389 到 val（A389V） 的取代。功能表达研究表明，突变酶保留了 7.9% 的残余活性，这可能解释了较温和的表型。

.0009 甘氨酸脑病
GLDC、ARG739HIS

在一名患有轻度甘氨酸脑病（605899） 的患者中，Dinopoulos 等人（2005） 鉴定了 GLDC 基因中的纯合 2216A-G 转换，导致 arg739 到 his（R739H） 取代。功能表达研究表明，突变酶保留了 6.1% 的残余活性，这可以解释较温和的表型。

.0010 甘氨酸脑病
GLDC，2607C-A

Flusser 等人在 9 名患有非典型甘氨酸脑病（605899） 的以色列贝都因血亲近亲亲属中受到影响（2005） 鉴定出 GLDC 基因外显子 22 中的纯合 2607C-A 颠换，导致影响剪接位点的沉默取代（pro869 到 pro）。患者淋巴母细胞系显示出异常的 GLDC DNA 片段，并且 mRNA 水平显着降低，这与致病突变一致。另一位无关的患者也有相同的突变。