生物素酶； BTTD

HGNC 批准的基因符号：BTD

细胞遗传学定位：3p25.1 基因组坐标（GRCh38）：3:15,601,361-15,722,516（来自 NCBI）

▼ 说明

血清生物素酶（BTD；EC 3.5.1.12）催化生物胞素（生物素依赖性羧化酶降解的正常产物）水解为生物素和赖氨酸。该过程导致游离生物素的再生。生物素是一种必需的水溶性维生素，是人体正常代谢所必需的 4 种羧化酶的辅酶：丙酮酸羧化酶（PCC；608786）、丙酰辅酶 A 羧化酶（PCCA；232000）、α-甲基巴豆酰辅酶 A 羧化酶（参见 MCCC1； 609010）和乙酰辅酶A羧化酶（ACACA；200350）（Cole 等人总结，1994）。

庞波尼奥等人（1997）指出生物素酶也已被证明具有生物素基转移酶活性。

▼ 克隆与表达

科尔等人（1994）从人肝 cDNA 文库中克隆并测序了与 BTD 基因相对应的 cDNA。推导的 543 个氨基酸的蛋白质的分子量约为 57 kD，并包含 6 个潜在的 N 连接糖基化位点。Northern 印迹分析在人类心脏、大脑、胎盘、肝脏、肺、骨骼肌、肾脏和胰腺中检测到 BTD mRNA。

▼ 基因结构

奈特等人（1998）确定 BTD 基因包含 4 个外显子，跨度至少 23 kb。

▼ 测绘

使用荧光原位杂交，Cole 等人（1994）将 BTD 基因对应到染色体 3p25。

▼ 分子遗传学

Pomponio 等人在 25 名生物素酶缺乏症患者（253260）中的 10 名中进行了研究（1995）在 BTD 基因（609019.0001）中鉴定出一个具有 7 bp 缺失和 3 bp 插入的等位基因。

Pomponio 等人在 37 名患有严重生物素酶缺乏症的有症状儿童（30 名指示病例和 7 名同胞）中进行了研究（1997）在 BTD 基因中发现了 21 个突变。2 个最常见的突变是 del7/ins3 突变和 R538C（609019.0003）；这 2 个突变出现在 60 个等位基因中的 31 个（52%）中，而其余等位基因则由其他 19 个独特突变引起。

Wolf 等人在 2 名不相关的无症状成年人中发现了生物素酶缺乏症，他们的孩子是通过新生儿筛查发现的，因此被诊断出来（1997）在 BTD 基因中发现纯合突变（609019.0005 和 609019.0006）。沃尔夫等人（1997）得出的结论是，表观遗传因素可能会保护一些缺乏酶的个体免于出现症状。

庞波尼奥等人（2000）在临床和新生儿筛查中发现的生物素酶缺乏症土耳其儿童中发现了 BTD 基因突变（参见，例如 609019.0007；609019.0010；609019.0011）。

卡瓦略等人（2019）报告了 14 名通过新生儿筛查发现的生物素酶缺乏症巴西儿童的分子和血清酶检测结果。鉴定出 9 个新突变，包括 2 个缺失突变和 7 个错义突变。其中 7 个突变发现于编码 C 末端的外显子 4。在纯合状态下发现的错义突变中，F361V（609019.0012）导致 2 名无关患者部分生物素酶缺乏，A534V（609019.0013）导致 1 名患者严重生物素酶缺乏。先前报道的D444H突变（609019.0005）在7名患者的复合杂合性中被发现；其中5名患者存在部分生物素酶缺乏症，其中1名患者存在A534V复合杂合性，1名患者存在F361V复合杂合性，其中2名患者可能存在部分生物素酶缺乏症。

▼ 动物模型

埃尔南德斯-巴斯克斯等人（2013）研究了 3 周大的 Btd-null 小鼠的代谢特征，这些小鼠已喂食缺乏生物素的饮食 5 天。小鼠没有表现出生物素酶缺乏所特有的表型改变，例如癫痫发作、肌张力低下、共济失调或毛发或皮肤异常。小鼠肝脏样本显示细胞能量降低，AMP/ATP 比率增加，AMP 激活蛋白激酶（AMPK；参见 602739）磷酸化增加。信号蛋白 mTOR（601231）受到抑制，该蛋白是蛋白质合成和生长的驱动因素。几个中心碳代谢基因的转录本也发生了变化：GCK（138079）和FASN（600212）增加，而PCK1（614168）和CPT1（600528）减少。小鼠还表现出血清游离脂肪酸水平升高、血糖水平降低以及胰岛素敏感性增加。这些发现表明，在缺乏足够的生物素的情况下，存在严重的能量不足和能量代谢改变。

▼ 等位基因变异体（13 个选定示例）：

.0001 生物素酶缺乏症
BTD，7-BP DEL/3-BP INS

Pomponio 等人在 25 名生物素酶缺乏症患者（253260）中的 10 名中进行了研究（1995）鉴定了一个具有 7-bp 缺失和 3-bp 插入的等位基因（98-104del7ins3），紧邻 BTD 基因中 12-bp 多嘧啶序列的 3-prime。删除/插入导致了移码，预计该移码会在氨基酸 68 处以终止密码子终止，从而产生氨基酸序列与生物素酶不同的截短蛋白质；另一个等位基因包含正常序列。另外三名患者的突变是纯合的。这 3 名患者缺乏与针对正常人血清生物素酶制备的抗体的交叉反应物质。3名患者中，1名患者的父母是堂兄弟姐妹，第二名患者的父母是第三名堂兄弟姐妹，而第三名患者的父母不是近亲。研究患者的种族和民族多样性以及全球分布表明，相对较高的突变频率并不是通过奠基者效应产生的，作者认为这是一个突变热点。

Gordon（1996）称该突变是由 indel（插入/删除）事件引起的，他对“热点”假说提出质疑，并提出，就像囊性纤维化的 delF508 突变（219700.0001）一样，这可能是一个非常古老的突变。

.0002 生物素酶缺乏症
BTD，15-BP DEL/11-BP INS

Pomponio 等人在患有严重生物素酶缺乏症的儿童（253260）中（1996）鉴定了 BTD 基因外显子 D 内 15 bp 缺失/11 bp 插入突变（Cole 等人（1994）报道的序列的核苷酸 1059-1359）的纯合性。该突变导致移码，预计会提前终止多肽。作者提出了两种可能的机制来解释这种突变，这两种机制都涉及复制 DNA 链中准回数结构的形成。

.0003 生物素酶缺乏症
BTD，ARG538CYS

在 30 名有症状的儿童中，有 10 名患有严重的生物素酶缺乏症（253260），Pomponio 等人（1997）鉴定了 BTD 基因外显子 D 中 CpG 二核苷酸中的 1612C-T 转换，导致 arg538 到 cys（R538C）取代。其中 5 名患者是该突变和缺失/插入突变（609019.0001）的复合杂合子。纯合子儿童的血清中没有检测到生物素酶蛋白，作者认为R538C突变导致二硫键形成异常、异常酶快速降解以及无法将突变酶从细胞分泌到血液中。庞波尼奥等人（1997）报道R538C突变是导致生物素酶缺乏的第二常见突变。

.0004 生物素酶缺乏症
BTD，GLY34SER

Pomponio 等人在 2 名患有严重生物素酶缺乏症的无关个体中（253260）（1997）鉴定了 BTD 基因中的 100G-A 转变，位于外显子 B 中真实剪接受体位点下游 57 个碱基处，导致 gly34 到 Ser（G34S）取代。该转变还产生了一个 3-prime 剪接受体位点。纯合子的PCR扩增cDNA序列显示，所有产物都比正常个体短，是异常剪接的结果。异常剪接的转录物缺少 57 个核苷酸，包括第二个框内 ATG，它编码大部分假定的信号肽，并导致 19 个氨基酸的框内缺失。该突变导致无法将异常蛋白质分泌到血液中。这是第一个报道的例子，其中点突变创建了一个神秘的 3-prime 剪接受体位点基序，该基序优先于上游真实剪接位点使用。庞波尼奥等人（1997）指出下游剪接位点的优先使用与 RNA 剪接的 5-prime-to-3-prime 扫描模型不一致，但与外显子定义模型一致。

.0005 生物素酶缺乏症
BTD、ALA171THR 和 ASP444HIS

Wolf 等人发现，一名患有生物素酶缺乏症的无症状男性（253260）因新生儿筛查发现了他受影响的孩子而被诊断出来（1997）在 BTD 基因中发现了一个纯合等位基因双错义突变：511G-A 转变，导致 ala171-to-thr（A171T）取代，这已被 Cole 等人描述过（1994），以及 1330G-C 颠换，导致 asp444-to-his（D444H）取代，这已由 Norrgard 等人描述（1996）。女儿有相同的基因型；父亲和他妻子的父母对于这种双突变等位基因是杂合的。

斯万戈等人（1998）发现，随机选择的 19 名生物素酶部分缺乏（活性为 10% 至 30%）的个体中，有 18 名是 D444H 突变杂合子。先前的研究表明，D444H 突变导致该等位基因的酶活性为正常酶活性的 48%，并且在普通人群中发生的频率估计为 0.039。斯万戈等人（1998）将 D444H 突变与半乳糖血症的 Duarte 变体（230400.0005）进行了比较。1 个等位基因的 D444H 突变与另一个等位基因的严重缺陷突变相结合是部分生物素酶缺乏的常见原因。

诺尔加德等人（1999）发现双突变（A171T/D444H）是新生儿筛查中第二常见的等位基因，出现在 17.3% 的等位基因中。他们观察到第二个双突变（F403V/D444H）；参见 609019.0009。目前尚不清楚 A171T 或 F403V 是否必须与 D444H 协同作用才能产生严重的生物素水解酶和生物素转移酶缺陷。单独的 A171T 或 F403V 突变都可以产生无功能的酶，尽管这两种突变都没有单独观察到。尽管 A171T/D444H 在新生儿筛查等位基因中非常常见，但在根据症状检测到疾病的患者中没有发现 A171T/D444H。

在对涉及 437 个目标基因的 448 种严重隐性儿童疾病的孕前携带者筛查中，Bell 等人（2011）发现BTD中的D444H突变是无症状个体携带的多态性。

.0006 生物素酶缺乏症
BTD，ASP252GLY

Wolf 等人在一名患有生物素酶缺乏症的无症状妇女（253260）中，她的孩子在新生儿筛查中被确诊后被诊断出来（1997）鉴定了纯合 755A-G 转变，导致 asp252 到 gly（D252G）取代。她的父母是突变杂合子。她的丈夫是错义突变杂合子（Q456H；609019.0007）。缺乏酶的女儿是母亲和父亲身上发现的突变的复合杂合子。通过新生儿筛查发现的儿子很可能也是这两种突变的复合杂合子。

.0007 生物素酶缺乏症
BTD，GLN456HIS

沃尔夫等人（1997）在一名被诊断出患有生物素酶缺乏症（253260）的孩子中发现了 BTD 基因中的杂合 1368A-C 颠换，导致 gln456 到 his（Q456H）取代（最初发表为 GLN556HIS）。受影响的儿童是 Q456H 突变和 D252G 复合杂合子（609019.0006）。

庞波尼奥等人（2000）在土耳其人群中临床确定的儿童中鉴定出 Q456H 突变的纯合性。他们还通过新生儿筛查确定了 2 名土耳其儿童的 Q456H 纯合性或复合杂合性突变。

.0008 生物素酶缺乏症
BTD，ASN489THR

Pomponio 等人在日本札幌的新生儿筛查试点项目中发现一名患有生物素酶缺乏症的日本儿童（253260）（1998）鉴定了 BTD 基因外显子 4 中的 1466A-C 颠换，导致 BTD 蛋白的假定糖基化位点发生 asn489 至 thr（N489T）取代。该儿童在 2 个月至 5 岁时接受口服生物素补充剂治疗。随后停止补充生物素，该儿童在报告时已 8 ，仍无症状。听力和视力测试均正常。他表现出平均正常血清生物素水解酶活性和微量生物素转移酶活性的 10.8%。

.0009 生物素酶缺乏症
BTD、PHE403VAL 和 ASP444HIS

讨论 Norrgard 等人在 BTD 缺陷（253260）患者中发现的 BTD 基因中的 F403V/D444H 双突变（1999），参见 609019.0005。

.0010 生物素酶缺乏症
BTD，ARG79CYS

Pomponio 等人在临床和新生儿筛查中发现了患有生物素酶缺乏症的土耳其儿童（253260）（2000）鉴定了 BTD 基因中的 235C-T 转变，导致 arg79 到 cys（R79C）取代。一些患者是纯合子，一些患者是复合杂合子。

.0011 生物素酶缺乏症
BTD，THR532MET

Pomponio 等人在患有生物素酶缺乏症的土耳其儿童中（253260）（2000）鉴定了 BTD 基因中的纯合 1595C-T 转变，导致纯合或复合杂合状态下的 thr532-to-met（T532M）取代。

.0012 生物素酶缺乏症
BTD，PHE361VAL

Carvalho 等人通过新生儿筛查发现了 14 名患有生物素酶缺乏症的巴西儿童（253260）（2019）鉴定出 2 在 BTD 基因的外显子 4 中存在纯合 c.1081T-G 颠换，导致 phe361 至 val（F361V）取代。两名患者血清中的生物素酶活性均处于部分缺陷范围内。其中一名患者的母亲的血清酶测试显示杂合子范围内的生物素酶活性。另外两名儿童为 F361V 突变和另一种 BTD 突变的复合杂合子，其中一名儿童为 D444H（609019.0005）。两个孩子血清中的生物素酶活性均处于部分缺陷范围内。

.0013 生物素酶缺乏症
BTD，ALA534VAL

Carvalho 等人通过新生儿筛查发现了 14 名患有生物素酶缺乏症的巴西儿童（253260）（2019）鉴定出 BTD 基因外显子 4 中存在纯合 c.1601C-T 转换，导致 ala534 至 val（A534V）取代。该儿童的生物素酶缺乏程度处于严重缺乏范围。另外两名儿童为 A534V 和 D444H 复合杂合子（609019.0005）。这些儿童血清中的生物素酶活性处于部分缺乏的范围内。基于这些发现，卡瓦略等人（2019）得出结论，A534V 突变会导致严重的酶缺乏。