二氢脂酰胺脱氢酶； DLD

丙酮酸脱氢酶组分E3；PHE3；E3
支链α-酮酸脱氢酶复合物、E3成分
脂酰胺还原酶
脂酰胺脱氢酶；小伙子; LADH
硫醇脱氢酶二氢硫醇脱氢酶
心肌黄酶甘氨酸裂解系统 L 蛋白；GCSL

HGNC 批准的基因符号：DLD

细胞遗传学位置：7q31.1 基因组坐标（GRCh38）：7:107,891,107-107,921,198（来自 NCBI）

DLD 基因编码二氢硫辛酰胺脱氢酶（EC 1.8.1.4），一种称为 E3 的黄素蛋白成分，是 3 个 α-酮酸脱氢酶多酶复合物所共有的，即丙酮酸脱氢酶复合物（PDC）、α-酮戊二酸脱氢酶复合物（KGDC），以及支链 α-酮酸脱氢酶复合物（BCKDC）。该酶是 DLD 蛋白的功能性同二聚体，催化与 E2（DBT；248610）共价结合的硫辛酸辅因子的氧化再生，产生 NADH。DLD 酶也是线粒体甘氨酸裂解系统（GCS；EC 2.1.2.10）的一个组成部分，称为 L 蛋白。此外，DLD 还具有作为心肌黄酶和丝氨酸蛋白酶的神秘活性（由 Hong 等人，1996 年和 Vaubel 等人，2011 年总结）。

▼ 克隆与表达

Otulakowski 和 Robinson（1987）使用与从猪肾上腺髓质文库分离的硫辛酰胺脱氢酶相对应的 cDNA 分离了相应的人类 cDNA。推导的氨基酸序列与猪蛋白具有 96% 的同一性，与人红细胞谷胱甘肽还原酶和汞还原酶具有广泛的同源性。

庞斯等人（1988）从人肝脏 cDNA 文库中分离出包含二氢硫辛酰胺脱氢酶完整编码区的 cDNA 克隆。该序列编码推导的 509 个氨基酸的前体蛋白。成熟的E3酶是同型二聚体，每个子单元的分子量约为50 kD。印迹杂交分析在人体组织和成纤维细胞中检测到 2 个 mRNA 转录物，2.2 和 2.4-kb。

▼ 测绘

Otuakowski 等人使用体细胞杂交体。Olson 等（1988）将硫辛酰胺脱氢酶基因分配给染色体 7。Scherer 等（1990）证实了 E3 基因归属于染色体 7（1991）将定位细化为 7q31-q32。

通过种间回交分析，约翰逊等人（1997）将小鼠 Dld 基因对应到染色体 12 的近端区域，该区域显示与人类 7q31-q32 同线性的同源性。

▼ 基因结构

Feigenbaum 和 Robinson（1993）确定 DLD 基因包含 14 个外显子。

▼ 基因功能

线粒体甘氨酸裂解系统（GCS；EC 2.1.2.10）是一个多酶系统，包含 4 个组分，称为 P（238300）、H（238330）、T（238310）和 L 蛋白。L 蛋白代表二氢硫辛酰胺脱氢酶，这是一种管家酶，作为其他复杂酶系统的组成部分，例如丙酮酸脱氢酶复合物（参见 300502）和支链酮酸脱氢酶复合物（参见 608348）（Sakata 等人，2001）。L 蛋白缺陷尚未被确定为甘氨酸脑病的病因（605899）；参见 Hamosh 和 Johnston（2001）的评论。

佩特拉特等人（2003）发现 DLD 催化 NAD（P）H 中柠檬酸盐、ATP 和 ADP 的 Fe3+ 复合物的单电子还原，表明该酶在不稳定铁库的细胞内代谢中的作用。这些发现对转移过程中铁的命运具有影响，铁通过依赖铁生成活性氧而具有巨大的细胞毒性潜力。

巴巴迪等人（2007）发现 DLD 同二聚体去稳定化为单体使得该酶能够发挥丝氨酸蛋白酶的作用。鉴定出埋藏在同二聚体界面处的催化二元体（S456-E431）。456 或 431 残基处的突变消除了蛋白水解活性。具有蛋白水解活性的 DLD 去除了共济祛斑蛋白（FXN; 606829） N 末端的一个功能性关键结构域，共济祛斑蛋白是一种参与铁代谢和抗氧化保护的线粒体蛋白。FXN 突变会导致神经退行性和心脏病弗里德赖希共济失调（FRDA; 229300）。

在酶活性过程中，DLD 会氧化二氢硫辛酸部分，并在正向反应中从 NAD+ 生成 NADH，而它会还原硫辛酸或硫辛酰胺等模型底物，并在逆向反应中将 NADH 氧化为 NAD+。如果NAD+或硫辛酸电子受体底物稀缺，O2可以被还原为超氧阴离子，然后歧化为H2O2，产生活性氧（ROS）。因此，DLD 充当心肌黄酶，通过单个电子的转移来还原各种有机分子。DLD 的单体化被认为可将其活性转化为心肌黄酶（Ambrus 等人总结，2011）。

▼ 分子遗传学

Sakaguchi 等人报道了一名二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者（1986），刘等人（1993）证明了DLD基因错义突变的复合杂合性（238331.0001和238331.0002）。

Shaag 等人在来自 7 个患有 LAD 缺陷的阿什肯纳兹犹太家庭的 13 名受影响患者中（1999）在 14 个突变等位基因中的 12 个 DLD 基因中发现了一个突变（G229C; 238331.0006）。另外 2 个等位基因具有先前鉴定的插入突变（238331.0003）。G229C 突变的纯合性与相对较温和的表型相关。

Grafakou 等人在一位出现 Leigh 综合征（256000）临床特征的 E3 缺乏患者中（2003）鉴定了 DLD 基因中 2 个新突变的杂合性（238331.0007 和 238331.0008）。

巴巴迪等人（2007）发现同二聚体界面域的一些 DLD 突变增强了丝氨酸蛋白水解活性，同时也导致 DLD 活性部分或完全丧失。研究结果表明，某些 DLD 突变可能导致初级代谢活性丧失并获得蛋白水解活性。

Ambrus 等人通过对大肠杆菌中纯化的 DLD 突变进行体外功能分析（2011）发现，与对照和其他突变（例如 K72E，238331.0001）相比，D479V（238331.0011）、E375K（238331.0009）、P488L（238331.0002）和 G194C（238331.0006）突变显着增加了活性氧的产生率）。这 4 个突变体还表现出 ROS 生成对 pH 值酸变的敏感性增加。突变蛋白或单体化的构象变化与产生ROS的能力之间没有相关性。研究结果表明，在某些情况下，ROS 的产生也可能导致疾病，并且使用抗氧化剂可能是有益的。

通过大肠杆菌的体外功能分析，Vaubel 等人（2011）发现所有致病性 DLD 突变都会导致不同程度的 DLD 活性下降。然而，与婴儿期严重多系统疾病相关的二聚体界面上的那些，包括 E375K、D479V、R48G（238331.0012）和 R460G，也增强了 DLD 的蛋白水解和/或心肌黄酶活性。携带每个突变的人类 DLD 蛋白补充了缺乏内源性 DLD 的酵母细胞的呼吸缺陷表型，即使残余 DLD 活性低至对照的 21%。然而，在氧化应激升高或随着时间的推移，具有二聚体界面突变的 DLD 蛋白的表达大大加速了呼吸功能的丧失，这是由于对 PDC 和 KGDC 以及其他线粒体靶标的硫辛酸辅因子的氧化损伤增强所致。G194C 突变没有观察到这种效应，G194C 突变影响 NAD（+）结合域，通常与较温和的表型相关，或者是破坏 DLD 蛋白水解活性位点的突变。暴露于氧化应激后，人 D479V 纯合成纤维细胞中的硫辛酸辅因子也受到损伤。影响二聚体界面的 DLD 突变似乎也会影响 FXN 周转率。沃贝尔等人（2011）得出的结论是，DLD 的神秘活性可以促进氧化损伤，因此除了对酶活性的突变影响之外，还可能导致 DLD 突变的不同临床严重程度。

▼ 等位基因变异体（13 个选定示例）：

.0001 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，LYS72GLU

Sakaguchi 等人报道了一名二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者（1986），刘等人（1993）证明了 DLD 基因错义突变的复合杂合性：AG 变化，导致 lys72-to-glu（K72E）取代（加工蛋白中的 K37E，Odievre 等，2005），以及 CT 变化，导致 pro488-to-leu（P488L; 238331.0002）取代（加工蛋白中的 P453L，Odievre 等，2005）。这些突变改变了 FAD 的活性位点并可能改变了结合。

通过体外功能表达研究，Ambrus 等人（2011）发现P453L突变导致LADH活性显着降低以及活性氧产生显着增加。

.0002 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，PRO488LEU

讨论 Liu 等人在二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者中发现的 DLD 基因中的 pro488-to-leu（P488L）突变（1993），参见 238331.0001。

.0003 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，1-BP INS，105A

在一名二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者中，最初由 Craigen（1996）、Hong 等人报道（1996）鉴定了 DLD 基因中 2 个突变的复合杂合性：前导序列最后一个密码子中的 1-bp 插入（105insA）预计会导致移码和提前终止（Y35X），以及 arg495 到甘氨酸（R495G；238331.0004）取代（加工蛋白中的 R460G，Odievre 等，2005）。患者有发育迟缓、肌张力低下、代谢性酸中毒（血清乳酸和丙酮酸升高）、短暂性新生儿低血糖病史以及 Leigh 综合征特征；她在 28 个月大时去世。患者的血浆氨基酸分析最初显示亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸增加。尿液有机酸分析显示乳酸、2-羟基丁酸、3-羟基丁酸、α-酮戊二酸和3-羟基异戊酸轻度至中度增加。她在 28 个月岁时去世。患者淋巴细胞中的 PDC 和 E3 活性分别为对照值的 26% 和 2%，而患者成纤维细胞中的 PDC 和 E3 活性分别为对照值的 11% 和 14%。成纤维细胞中的KGDC活性为20%。临床上未受影响的父母的相应值约为正常值的 50%，但 KGDC 除外，KGDC 是正常的。这些发现表明，E3 的部分减少并不是成纤维细胞中 KGDC 活性的速率限制。患者体内的甘氨酸也没有增加。

Elpeleg 等人在 2 名无亲属关系的德系犹太裔 DLDD 患者中进行了研究（1997）鉴定出 DLD 基因中的 105insA 突变。2名患者为突变杂合子；在编码区没有发现其他突变。患者 1 的父亲和 1 个兄弟以及患者 2 的母亲和 1 个姐妹的 cDNA 中也发现了 105insA 突变的杂合性。因为两名患者肌肉组织中硫辛酰胺脱氢酶的酶活性均降低至 8 至控制平均值的 20%，Elpeleg 等人（1997）推测这两名患者都是该突变和另一个未识别突变的复合杂合子。

.0004 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，ARG495GLY

讨论 Hong 等人在二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者中以复合杂合状态发现的 DLD 基因中的 arg495-to-gly（R495G）突变（1996），参见 238331.0003。

.0005 已从数据库中删除

.0006 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，GLY229CYS

Shaag 等人在一系列 7 个患有二氢硫辛酰脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）的德系犹太人家庭中（1999）发现了 DLD 基因中的一个突变，导致 NAD（+）结合域中高度保守的残基处发生 gly229 到 cys（G229C）的取代。G229C 突变占 14 个突变等位基因中的 12 个。G229C 对应于成熟蛋白中的 G194C（Odievre 等，2005）。在 845 名德系犹太人匿名个体样本中，鉴定出 9 个 G194C 突变杂合子，携带率为 1:94。该系列中的其他 2 个等位基因具有先前发现的插入突变（238331.0003）。病程和发病年龄差异很大。有些患者神经系统后遗症很少，生存期长。两名患者出生后立即就诊，其中 9 名患者年龄在 2 岁左右，2 名患者为成人。所有患者都有反复发作的呕吐、腹痛和肝肿大，通常与发作期间的神经系统症状有关。发作与乳酸性酸中毒、肝酶异常和凝血酶原时间延长有关。生化异常，例如支链氨基酸增加和α-酮酸增加，并不常见。2 名新生儿就诊的患者存在残余神经损伤，伴有注意力缺陷多动障碍、轻度共济失调、运动不协调、肌张力减退和无力。九名在儿童早期或成年时出现的患者在失代偿发作期间出现劳累性疲劳，但在其他方面没有症状，并表现出正常的精神运动发育。两名患者因顽固性代谢性酸中毒和多器官衰竭死亡。在所有患者中，肌肉或淋巴细胞中的 E3 活性降低至对照值的 8% 至 21%。在 4 名接受测试的患者中，肌肉中的 E3 蛋白减少至对照的 20% 至 60%。

洪等人（2003）报道了 2 名同胞，由近亲巴勒斯坦阿拉伯穆斯林父母所生，由于 G194C 突变的纯合性而患有 E3 缺陷。一名女孩在婴儿期因与脑病相关的反复呕吐而死亡。之前的两个兄弟姐妹也在类似的情况下死亡。一位兄弟从 8 个月大起就反复发作与脑病相关的呕吐。10 岁时检查显示全身肌肉无力和萎缩、步态共济失调、肝肿大和乳酸血症。他接受了核黄素、辅酶 Q、生物素和肉碱治疗。六年后，他在师范学校表现良好，但有轻微的共济失调和意向性震颤。另外两名患者均为德系犹太血统，患有严重的 E3 缺陷和 G194C 突变。其中一名患者反复出现低血糖，并在 4 岁时处于持续植物人状态；不久之后他就去世了。一名女孩自婴儿期起就反复发作反复呕吐和酸中毒；她5岁时因肝衰竭去世。所有患者的 E3 蛋白水平均降低（对照组为 35-68%），E3 活性也降低（对照组为 8-33%）。洪等人（2003）强调了 1 名儿童接受核黄素和其他补充剂治疗的良好结果。

通过体外功能表达研究，Ambrus 等人（2011）发现G194C突变蛋白没有引起LADH活性的显着变化，但确实导致活性氧的产生显着增加。

.0007 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，ILE393THR

Grafakou 等人在患有二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）的患者中（2003）鉴定了 DLD 基因中 2 个突变的杂合性：外显子 11 中的 ile393 到 thr（I393T）替换（推测会干扰蛋白质二聚化）以及共有剪接位点处的 IVS9+1G-A 变化（238331.0008）。I393T 对应于成熟蛋白中的 I358T（Odievre et al., 2005）。I358T 突变与外显子 13 中的多态性 1422A-C 共分离；两者在 cDNA 研究中似乎都是纯合的，表明剪接位点突变的 mRNA 产物不稳定。就诊一年后，患者出现中风样发作，脑 MRI 显示与 Leigh 综合征一致的对称性高信号（256000）。

.0008 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，IVS9DS，GA，+1

Grafakou 等人讨论了在二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者中以复合杂合状态发现的 DLD 基因剪接位点突变（IVS9+1G-A）（2003），参见 238331.0007。

.0009 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，GLU375LYS

Cerna 等人在一名患有二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）的 10 周大男孩中（2001）鉴定了 DLD 基因中 2 个突变的复合杂合性：1123G-A 转变导致 glu375 到 lys（E375K）取代，1081A-G 转变导致 met361 到 val（M361V; 238331.0010）代换。E375K 和 M361V 分别对应于成熟蛋白中的 E340K 和 M326V（Odievre et al., 2005）。患者淋巴细胞、肌肉线粒体和成纤维细胞中的 DLD 活性低于对照值的 5%，Western blot 分析显示 DLD 蛋白水平下降至对照值的 40%。

卡梅伦等人（2006）指出 E375K 突变发生在 DLD 中央结构域的保守残基处。

.0010 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，MET361VAL

Cerna 等人讨论了在二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）患者中以复合杂合状态发现的 DLD 基因中的 met361-to-val（M361V）突变（2001），参见 238331.0009。

.0011 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，ASP479VAL

Shany 等人在一名患有严重神经退行性二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）的 9 个月大的穆斯林女孩中进行了研究（1999）鉴定了 DLD 基因中的纯合 1436A-T 颠换，导致 asp479-to-val（D479V）取代，这是加工蛋白中的 D444V 变化（Odievre 等，2005）。该取代发生在 DLD 二聚体的界面域中，推测这会扰乱同型二聚体的稳定性。Shany 等人报告的患者（1999）在生命的第三天出现冷漠、喂养不良和嗜睡。实验室研究显示低血糖和严重乳酸酸中毒，但支链酮酸和α-酮戊二酸水平正常。肌肉活检显示丙酮酸脱氢酶复合物没有活性，α-酮戊二酸脱氢酶复合物的活性严重降低（2%），并且 DLD 活性降低（与对照组相比为 15%）。她未受影响的父母中，DLD 蛋白活性均降低了约 50%。她的代谢性酸中毒反复发作，通常是由感染引发的。临床特征包括小头畸形、精神运动发育缺乏、失明、耳聋、肌张力低下、反射敏捷和轻度肥厚性心肌病。沙尼等人（1999）指出，该患者的表型严重程度与残留的 DLD 蛋白活性无关，因为 G229C 突变（238331.0006）与更低的活性（7%）相关，但表型更温和。

巴巴迪等人（2007）发现D444V突变蛋白与野生型相比具有增加的蛋白水解活性，并且这种蛋白水解活性与突变DLD蛋白的单体部分相关。这种蛋白水解活性的出现可能导致了表型的严重性。

.0012 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，ARG482GLY

Odievre 等人在 3 名阿尔及利亚同胞中发现了二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900），由近亲结婚生（2005）鉴定了 DLD 基因外显子 13 中的纯合 1444A-G 转变，导致二聚体界面域中的 arg482 至甘氨酸（R482G）取代（加工蛋白中的 R447G）。这些患者最初是由 Bonnefont 等人报道的（1992）患有 α-酮戊二酸脱氢酶缺乏症。他们患有严重的这种疾病，导致他们在 30 个月大时全部死亡。

.0013 二氢脂酰胺脱氢酶缺乏症
DLD，ILE47THR

Cameron 等人在 2 名二氢硫辛酰胺脱氢酶缺乏症（DLDD; 246900）的二表弟德系犹太人患者中（2006）鉴定了 DLD 基因中 2 个突变的复合杂合性。两名患者的外显子 3 均携带杂合 T 至 C 转变，导致 FAD 功能域中高度保守的区域发生 ile47 至 thr（I47T）取代。一名患者的另一个等位基因上有 G229C（238331.0006），另一名患者的另一个等位基因上有 E375K（238331.0009）。所有未受影响的父母对于其中一种突变都是杂合的。两名患者的 KGDH（分别为 25% 和 44%）和 BCKDH（分别为 58% 和 62%）复合物活性均下降，但 PDH 复合物活性处于正常值的低端（分别为 69% 和 59%）。两名患者的 DLD 活性均下降。与没有该突变的患者相比，具有 G229C 突变的患者的表型较温和。