亚甲基四氢叶酸脱氢酶1; MTHFD1

亚甲基四氢叶酸脱氢酶/亚甲基四氢叶酸环水解酶/甲酰四氢叶酸合成酶、NADP（+）-依赖性环
水解酶/甲酰四氢叶酸合成酶、NADP（+）-依赖性
C1-四氢叶酸合成酶、细胞质MIC
C1-THF-合成酶

HGNC 批准的基因符号：MTHFD1

细胞遗传学位置：14q23.3 基因组坐标（GRCh38）：14:64,388,353-64,460,025（来自 NCBI）

▼ 说明

MTHFD1基因编码包含5，10-亚甲基四氢叶酸脱氢酶（EC 1.5.1.5）、5，10-亚甲基四氢叶酸环化水解酶（EC 3.5.4.9）和10-甲酰基四氢叶酸合成酶（EC 6.3.4.3）的三功能蛋白。这 3 个连续反应涉及四氢叶酸（THF） 1-碳衍生物的相互转化，四氢叶酸（THF）是甲硫氨酸、胸苷酸和从头合成嘌呤的底物。在真核生物中，这 3 种酶活性是单一蛋白质（100-kD 多肽的同二聚体）的特性。真核三功能酶由 2 个主要结构域组成，一个包含脱氢酶和环水解酶活性的 N 端，以及一个位于 C 端的较大合成酶结构域（Hum 等，1988）。

另请参见 MTHFD2（604887）。

▼ 克隆与表达

胡姆等人（1988）从人肝脏 cDNA 文库中分离出对应于人三功能 MTHFD1 基因的 cDNA 克隆。推导的 935 个氨基酸的蛋白质的分子量约为 101 kD。10-甲酰四氢叶酸合成酶活性存在于 C 末端结构域中。Northern 印迹分析鉴定出 3.1 kb mRNA 转录物。

▼ 测绘

通过体细胞杂交和原位杂交，Rozen 等人（1989）将 MTHFD1 基因定位到染色体 14q24。

假基因

意大利人等人（1991）证明位于 X 染色体（Xp11）上的 MTHFD 序列是一个无内含子的假基因。

▼ 基因功能

菲尔德等人。Watkins 等人（2015）研究了 MTHFD1 功能丧失对来自患有 MTHFD1 缺陷的先证者的成纤维细胞中叶酸依赖性嘌呤、dTMP 和蛋氨酸生物合成的影响（2011）。甲硫氨酸和 dTMP 中的甲酸盐通量分别减少了 90% 和 50%，而通过从头嘌呤生物合成的甲酸盐通量不受影响。与对照成纤维细胞相比，患者成纤维细胞表现出细胞核中 MTHFD1 富集、DNA 中尿嘧啶升高、dTMP 从头合成率降低以及补救途径 dTMP 生物合成增加。菲尔德等人（2015）得出的结论是，这些结果提供了证据，表明核从头 dTMP 生物合成受损可导致巨幼细胞贫血和 MTHFD1 缺陷的严重联合免疫缺陷。

Sdelci 等人使用基因筛选（2019）将人类 MTHFD1 鉴定为 BRD4 的功能伙伴（608749）。BRD4 与细胞核中的 MTHFD1 发生物理相互作用，并将其募集至染色质。BRD4 溴结构域与 MTHFD1 表面乙酰化赖氨酸的结合增强了相互作用。染色质免疫沉淀测序分析表明，MTHFD1 通过与 BRD4 在启动子和增强子区域共定位来调节基因表达，其中 H3K27ac 也富集。此外，BRD4 增强了 MTHFD1 的 C1-四氢叶酸合酶活性，MTHFD1 或 BRD4 的缺失会导致核代谢物组成和基因表达的类似变化，从而将 BRD4 依赖性表观遗传调控与叶酸代谢相关联。抗叶酸剂与 BRD4 抑制剂协同作用，可损害癌细胞增殖，但不会产生一般毒性。

▼ 分子遗传学

神经管缺陷

围孕期服用叶酸的女性可以大大降低生出患有神经管缺陷的孩子的风险（NTD；601634）。霍尔等人（1998）在 38 名无关的家族性 NTD 患者中，有 1 名发现了 MTHFD1 基因突变（R293H; 172460.0001）。该突变存在于 3 名未受影响的家庭成员中，并且在 79 名散发病例中均未出现。霍尔等人（1998）得出结论，MTHFD1 基因突变可能是 NTD 的危险因素。

布罗迪等人（2002）分析了 MTHFD1 基因中 5 个潜在的单核苷酸多态性（SNP），以了解与爱尔兰人群中 NTD 的关联。一种 SNP R653Q（172460.0002）似乎与 NTD 风险相关。他们观察到，与对照个体相比，NTD 儿童的母亲中 MTHFD1 Q 等位基因过多。与对照个体相比，NTD 儿童母亲中 QQ 纯合子的比例过高（比值比为 1.52；p = 0.003），导致这一过剩现象。他们得出的结论是，MTHFD1 基因的遗传变异与女性生出患有 NTD 的孩子的遗传风险增加有关，并且该基因可能与胚胎存活率降低有关。

德马科等人（2006）还报道了意大利人群中 R653Q 多态性与神经管缺陷之间的关联。

范德林登等人（2007）在 103 名荷兰患者及其母亲中没有发现 R653Q 多态性与脊柱裂之间存在关联。

合并免疫缺陷和巨幼细胞性贫血，伴或不伴高同型半胱氨酸血症

Watkins 等人对一名德系犹太人和俄罗斯血统的非近亲父母所生的患者进行了研究，该患者患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血伴高同型半胱氨酸血症（CIMAH; 617780）（2011）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变（172460.0003-172460.0004）。

Burda 等人在一个患有 CIMAH 的瑞典家庭中的一名法国患者和 3 名同胞中进行了研究（2015）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变（172460.0005-172460.0008）。

在 CIMAH 的 2 个兄弟中，Ramakrishnan 等人（2016）鉴定了 MTHFD1 基因（172460.0009-172460.0010）中的复合杂合突变。

Bidla 等人对一名患有 CIMAH 的 34 岁女性进行了全外显子组测序（2020）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变（S276R，172460.0007 和 G276R，172460.0011）。通过全外显子组测序鉴定出的突变也存在于患者受影响的兄弟中。母亲是 G276R 突变的携带者；父亲无法参加测试。对患者成纤维细胞的研究表明 MTHFD1 蛋白表达减少且 MTHFD1 酶活性缺失。比德拉等人（2020）检查了另外 3 名 CIAMH 患者的成纤维细胞中的 MTHFD1 蛋白表达和酶活性以及 MTHFD1 基因中的复合杂合变异体（参见 172460.0003、172460.0005 和 172460.0007），发现蛋白含量降低且酶活性缺失。

▼ 历史

Kao 和 Puck（1972）发现，需要腺嘌呤的中国仓鼠细胞和人类成纤维细胞形成的杂交体一致地表现出新的酯酶活性。在选择性培养基中生长的杂种显示出类似于 B 组人类染色体的单个额外染色体。他们假设有一个人类激活基因，称为酯酶激活基因（ESAT），与 ade B 基因相连，位于 B 族染色体上，能够激活小鼠基因座。

酿酒酵母和中国仓鼠卵巢细胞中突变的功能互补导致无法合成腺嘌呤（Ade-），从而鉴定出参与从头嘌呤生物合成的人类基因。其中两个基因被鉴定为磷酸核糖基甘氨酰胺甲酰转移酶（GART；138440）和磷酸核糖基甘氨酰胺合成酶（PFAS；602133），分别对应于Ade-E和Ade-B（Patterson，1986）。根据体细胞杂交研究的结果，补充缺陷的人类基因最初被分配到染色体14q22-qter（Kao，1980；Kao和Puck，1972；Jones等，1981；Kao等，1984）。然而，现在已知定位到 14q 的基因位点不是 GART 或 PFAS，而是编码这两种酶所需的叶酸辅因子的酶促合成的 MTHFD1 基因。亨尼科夫等人（1986）通过直接分析突变细胞提取物表明GART水平正常，而5,10-次甲基四氢叶酸环化水解酶水平大大降低。

希尔德等人（1990）分离出一个补充酵母突变 Ade-3（甲酰四氢叶酸合成酶）的人类 cDNA 克隆。然而，该 cDNA 克隆在大小和限制性图谱标准方面与 Hum 等人报道的 MTHFD1 克隆不同（1988），并被发现代表 MTHFD2 基因（604887）。

巴顿等人（1991）对从磷酸核糖焦磷酸（PRPP）生产 AMP 的生物合成途径所涉及的 12 个酶促步骤以及使用 5 种酶为嘌呤合成提供 1-碳单位的 1-碳循环进行了有用的总结。Ade（-）E突变位于后一个循环，而Ade（-）B突变位于PRPP到AMP途径的第四步。所涉及的酶已被对应到 7 个不同的染色体。

Arakawa 等人提出人类缺乏环水解酶活性（1966），但 Arakawa（1970）后来指出了作为一个独特实体的不确定性。

▼ 等位基因变异体（11 个选定示例）：

.0001 脊柱裂、叶酸敏感、对
MTHFD1、ARG293HIS敏感

在一名患有脊柱裂的男孩（601634）中，Hol 等人（1998）鉴定了 MTHFD1 基因中的杂合 878G-A 转换，导致 arg293 到 his（R293H）取代。该突变从健康的外祖母遗传给健康的母亲，还遗传给另外两个兄弟，其中一个患有隐性脊柱裂，另一个无症状。在 300 个对照样本中未观察到该突变。霍尔等人（1998）指出，R293H 取代发生在酶促区域之间的蛋白质的推定域间区域，因此不太可能影响酶促功能，但可能会改变蛋白质的结构完整性。研究人员无法评估这种突变对血浆同型半胱氨酸浓度的作用。

.0002 神经管缺陷、叶酸敏感、对
MTHFD1、ARG653GLN敏感

霍尔等人（1998）鉴定了 MTHFD1 基因中的 1958G-A 转变，导致 arg653 到 gln（R653Q；rs2236225）的取代。该变化被确定为多态性。

布罗迪等人（2002）研究了爱尔兰人群中 MTHFD1 基因的 R653Q 多态性，发现与对照个体相比，神经管缺陷儿童（NTDFS; 601634）的母亲中 QQ 纯合子的比例过高。

德马科等人（2006）对 142 名意大利 NTD 儿童、125 名母亲、108 名父亲和 523 名对照组的 MTHFD1 1958G-A 多态性进行了基因分型。发现儿童中杂合子 1958G/A 和纯合子 1958A/A 基因型的风险增加（OR 分别为 1.69 和 1.91）。仅当分析显性效应（1958G/A 或 A/A 与 G/G）时，受 NTD 影响的妊娠风险才会增加 1.67 倍。1958A 等位基因向受影响个体的遗传显着过量。德马科等人（2006）得出结论，MTHFD1 1958G-A 多态性的杂合性和纯合性是意大利人群 NTD 风险的遗传决定因素。

帕尔-麦克德莫特等人（2006）分析了 245 名有受 NDT 影响的妊娠史的爱尔兰母亲和 770 名对照者组成的孤立样本中的 MTHFD1 基因，发现与对照者相比，NTD 病例的 1958AA 纯合子母亲显着增多（OR，1.49；p = 0.019）。帕尔-麦克德莫特等人（2006）得出的结论是，1958G-A 多态性在影响爱尔兰人群中母亲受 NTD 影响的妊娠风险方面发挥着重要作用。

范德林登等人（2007）在 103 名荷兰患者及其母亲中没有发现 R653Q 多态性与脊柱裂之间存在关联。

帕尔-麦克德莫特等人（2005）对 62 名患有严重胎盘早剥的妇女和 184 名对照妊娠进行了基因分型，发现与对照妊娠相比，胎盘早剥妊娠中 QQ 纯合子基因型的频率增加（OR，2.85；p = 0.002）。作者得出结论，MTHFD1 多态性 QQ 纯合子的女性发生严重胎盘早剥的可能性几乎是 RQ 或 RR 女性的 3 倍。Zdoukopoulos 和 Zintzaras（2008）对胎盘早剥的遗传风险因素进行了荟萃分析，其中包括 R653Q 替代。

.0003 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血并伴有高同型半胱氨酸血症
MTHFD1、IVS8、GA、+1

Watkins 等人发现，一名由德系犹太人和俄罗斯血统的非近亲父母所生的婴儿患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血伴高同型半胱氨酸血症（CIMAH；617780）（2011）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变：内含子 8（c.727+1G-A）中的剪接位点突变和外显子 7 中的 c.517C-T 转变，导致 arg173 到 cys（ R173C）替代（172460.0004）。突变随着家族中的表型而分离。沃特金斯等人（2011）指出 arg173 位于蛋白质的 NADP 结合位点，Pawelek 等人显示了影响该残基的突变（2000）影响酶活性。在 93 个（R173C）或 86 个（c.727+1G-A）德系犹太人对照样本中均未发现这两种突变。

Hamosh（2017）指出，gnomAD 数据库中不存在 IVS8+1G-A 变体（2017 年 11 月 13 日），而 R173C 变体在 277,134 个染色体中发现 10 次，等位基因频率为 3.6 x 10（5 ）。它最常见于德系犹太人中。德系犹太人频率为 5/10,150，等位基因频率为 4.9 x 10（-4）。

.0004 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血并伴有高同型半胱氨酸血症
MTHFD1、ARG173CYS

讨论 MTHFD1 基因中的 c.517C-T 转换，导致 arg173 到 cys（R173C）取代，这种取代在患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血伴高同型半胱氨酸血症的患者中以复合杂合状态被发现（CIMAH; 617780））沃特金斯等人（2011），参见 172460.0003。

.0005 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血并伴有高同型半胱氨酸血症
MTHFD1、THR269ILE

Burda 等人在一名 18 个月大的女孩中，患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血伴高同型半胱氨酸血症（CIMAH；617780），其父母为非近亲法国人（2015）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变：c.806C-T 转换，导致 thr296 到 ile（T296I）取代，以及 c.1674G-A 转换，导致外显子跳跃（172460.0006）。

Hamosh（2017）指出，gnomAD 数据库中未报告 T296I 变体（2017 年 11 月 13 日）。

.0006 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血并伴有高同型半胱氨酸血症
MTHFD1，c.1674G-A

Burda 等人讨论了 MTHFD1 基因中的 c.1674G-A 转变，该转变导致外显子跳跃，该突变在患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血伴高同型半胱氨酸血症（CIMAH; 617780）的患者中以复合杂合状态发现（2015），参见 172460.0005。

.0007 联合免疫缺陷和巨幼细胞贫血
MTHFD1、SER49PHE

Burda 等人在来自瑞典非近亲家庭的 3 名患有联合免疫缺陷和巨幼红细胞性贫血的患者中进行了研究（2015）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变：c.146C-T 转换，导致 ser49 到 phe（S49F）取代，以及 c.673G-T 转换，导致 glu225 到 ter（E225X；172460.0008）替换。

Hamosh（2017）指出，gnomAD 数据库（2017 年 11 月 13 日）的 276,866 个等位基因中有 34 个报告了 S49F 变体，欧洲等位基因频率为 0.0002368。据报道，E225X 变体在 246,264 个等位基因中的 4 个等位基因中处于杂合状态，等位基因频率为 1.624 x 10（-5）。所有 4 个等位基因均在非芬兰欧洲人中发现。

Bidla 等人在一名患有 CIMAH 的 34 岁女性中（2020）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变：S49F，影响脱氢酶/环水解酶催化位点的 NADP 结合位点中高度保守的残基，以及 c.826G-C 颠换，导致 gly276 变为 arg（G276R；172460.0011）脱氢酶催化位点高度保守残基处的取代。这些突变是通过全外显子组测序发现的。该患者受影响的兄弟也携带这两种突变。母亲是 G276R 突变的携带者；父亲无法接受检测。对患者成纤维细胞的研究表明 MTHFD1 蛋白表达减少且 MTHFD1 酶活性缺失。G276R 变体不存在于 gnomAD 数据库中。该患者最初由 Chery 等人报道（2013）。

.0008 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血
MTHFD1、GLU225TER

讨论 MTHFD1 基因中的 c.673G-T 颠换，导致 glu225-to-ter（E225X）替换，该替换是 Burda 在患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血（CIMAH; 617780）的患者中以复合杂合状态发现的等人（2015），参见 172460.0007。

.0009 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血
MTHFD1、EX13DEL

Ramakrishnan 等人在 2 名患有联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血的兄弟中（CIMAH; 617780）（2016）鉴定了 MTHFD1 基因中的复合杂合突变：遗传自其父亲的外显子 13 的缺失，以及外显子 3 中的 c.152T-C 转变（c.152T-C, NM_005956.3），导致 leu51- to-pro（L51P; 172490.0010）替代，遗传自其母亲。预计外显子 13 缺失会引入过早终止密码子，从而产生 422 个氨基酸的截短蛋白质。突变体 L51P 的体外分析预测会对蛋白质功能产生不利影响。

Hamosh（2017）指出，gnomAD 数据库中未报告 L51P 变体（11/13/2007）。

.0010 合并免疫缺陷和巨幼细胞贫血
MTHFD1、LEU51PRO

为了讨论 MTHFD1 基因中的 c.152T-C 转变，导致 leu51 到 pro（L51P）的取代，在患有联合免疫缺陷和巨幼红细胞性贫血（CIMAH; 617780）的 2 个兄弟中以复合杂合状态发现了这种转变拉马克里希南等人（2016），参见 172460.0009。

.0011 联合免疫缺陷和巨幼细胞贫血
MTHFD1，GLY276ARG

讨论 MTHFD1 基因中的 c.826G-C 颠换（c.826G-C，NM_005956.4），导致 gly276 到 arg（G276R）取代，这种情况在患有以下疾病的患者中以复合杂合状态发现： Bidla 等人提出的联合免疫缺陷和巨幼细胞性贫血伴高同型半胱氨酸血症（CIMAH; 617780）（2020），参见 172460.0007。