肉碱棕榈酰转移酶 I，肝脏；CPT1A

CPT IA
CPT I, 肝脏
CPT1

HGNC 批准的基因符号：CPT1A

细胞遗传学定位：11q13.3 基因组坐标（GRCh38）：11:68,754,620-68,844,277（来自 NCBI）

▼ 说明

CPT1A 基因编码肉碱棕榈酰转移酶 IA，这是一种参与脂肪酸氧化的肝酶。肉碱棕榈酰转移酶（CPT；EC 2.3.1.21）酶系统与酰基辅酶A合成酶和肉碱/酰基肉碱转位酶（613698）结合，提供长链脂肪酸从细胞质转移到线粒体基质进行β-氧化产生能量的机制。CPT I同工酶（CPT1A和CPT1B；CPT II（601987）位于线粒体外膜，对去垢剂不稳定，而CPT II（600650）位于线粒体内膜，对去垢剂稳定（Bieber, 1988; 穆蒂和潘德，1987）。

▼ 克隆与表达

Esser等（1993）从大鼠肝脏cDNA文库中分离出肉碱棕榈酰转移酶I对应的cDNA。推导的蛋白由773个氨基酸组成，分子量为88 kD。在大鼠肝脏中检测到 4.7-kb mRNA。作者提出，从头合成的酶通过前导肽靶向线粒体外膜，成熟蛋白通过 N 末端附近的 20 个氨基酸区域锚定在膜上。研究结果表明，CPT I 和 CPT II 是不同的蛋白质，并且 CPT I 抑制剂在催化结构域内相互作用，而不是与相关的调节成分相互作用。

Britton等人（1995）使用大鼠肝脏线粒体CPT I的cDNA作为探针，从人肝脏cDNA文库中分离出其对应物。预测的 773 个氨基酸蛋白质与大鼠酶具有 86% 的同一性。Northern 印迹分析在人肝脏中检测到 4.7-kb mRNA。

▼ 基因结构

Gobin et al.（2002）使用人类基因组序列的工作草案数据来表征CPT1A基因的组织。他们证明了 20 个外显子的存在，跨越 60 kb 的 DNA。在该基因的 5-prime 上游区域内鉴定出两个替代启动子和许多转录因子结合位点。在 3-prime 非翻译区，主要的多聚腺苷酸信号被认为位于终止密码子下游约 2 kb 处。

▼ 测绘

Britton 等人（1995）通过使用来自一组体细胞杂交体的 DNA 在 PCR 中测试对其中一个外显子-内含子连接的上游和下游区域具有特异性的寡核苷酸引物，将人类肝脏 CPT1 基因分配给 11q。其中一个仅含有一小部分染色体11（11q22-q23）的体细胞杂交体给出了阴性结果。

Britton等（1997）通过荧光原位杂交将CPT1A基因定位到染色体11q13.1-q13.5。

▼ 基因功能

由于丙二酰辅酶 A 对这种酶的独特抑制作用，对脂肪酸氧化过程的主要控制是在 CPT I 水平上进行的。这种燃料“串扰”首先在肝生酮及其调节的背景下被认识到，随后成为多种组织代谢的核心组成部分（Britton 等人总结，1995）。

多年来，尚不清楚是否有 2 种不同的 CPT 蛋白与线粒体 β-氧化相关。Bergstrom和Reitz（1980）表明CPT I和CPT II具有相似的物理特性，包括分子质量和动力学特性，并且针对每种酶产生的抗体与另一种酶发生交叉反应。

Slama等人（1996）证明了CPT I和CPT II缺陷（255110）个体的细胞之间的互补性，表明CPT I和CPT II缺陷各自的致病突变存在于不同的基因中。

Britton 等人（1997）证实肝脏和成纤维细胞表达相同的线粒体 CPT1 亚型，使成纤维细胞检测在“肌肉”（255110）和“肝脏”（255120）形式的鉴别诊断中的使用合法化CPT 缺乏症。研究结果明确表明肉毒碱棕榈酰转移酶 I 和 II 是由不同基因编码的不同蛋白质。

为了研究脂质中枢代谢调节能量平衡的机制，Obici et al.（2003）选择性地减少了下丘脑的脂质氧化。通过施用专门设计用于降低这种酶表达的含核酶的质粒，或通过将其活性的药物抑制剂输注到第三脑室中，可以降低大鼠中CPT1的活性。下丘脑 CPT1 活性的遗传或生化抑制足以显着减少食物摄入和内源性葡萄糖的产生。Obici等人（2003）得出的结论是，选择性下丘脑神经元中脂质氧化速率的变化标志着下丘脑营养物质的可用性，进而调节外源性和内源性营养物质进入循环的输入。

Schoors et al.（2015）报道，脂肪酸氧化（FAO）的限速酶 CPT1A 的内皮细胞缺失，会由于人类和小鼠内皮细胞的增殖（而不是迁移）受损而导致血管出芽缺陷。内皮细胞中FAO的减少不会导致能量消耗或扰乱氧化还原稳态，但会损害DNA复制的从头核苷酸合成。对照内皮细胞的同位素标记研究表明，脂肪酸碳充分补充了克雷布斯循环，并掺入天冬氨酸（核苷酸前体）、尿苷单磷酸（嘧啶核苷三磷酸的前体）和DNA中。CPT1A 沉默减少了这些过程，并耗尽了内皮细胞储存的天冬氨酸和脱氧核糖核苷三磷酸。乙酸盐（代谢为乙酰辅酶A，从而取代耗尽的FAO来源的乙酰辅酶A）或核苷混合物挽救了CPT1A沉默的内皮细胞的表型。最后，Schoors et al.（2015）发现CPT1阻断可抑制小鼠眼部病理性血管生成，提出了一种阻断血管生成的新策略。

Wong等人（2017）报道，在转基因小鼠模型中，淋巴管内皮细胞（LEC）特异性丧失CPT1A（脂肪酸β-氧化中的速率控制酶）会损害淋巴管发育。LEC 使用脂肪酸 β-氧化进行增殖，并在 LEC 分化过程中对淋巴标记物表达进行表观遗传调控。从机制上讲，转录因子PROX1（601546）上调CPT1A表达，从而增加依赖于脂肪酸β-氧化的乙酰辅酶A的产生。乙酰辅酶 A 被组蛋白乙酰转移酶 p300（602700）用来乙酰化淋巴管生成基因处的组蛋白。PROX1-p300 相互作用促进 PROX1 靶基因的优先组蛋白乙酰化。通过这种代谢依赖性机制，PROX1 介导表观遗传变化，促进淋巴管生成。Wong等人（2017）发现，阻断CPT1酶会抑制损伤诱导的淋巴管生成，而通过补充乙酸盐来补充乙酰辅酶A可以在体内挽救这一过程。

▼ 分子遗传学

IJlst等人（1998）在一名患有CPT IA缺陷的婴儿（255120）中发现了CPT1A基因的纯合突变（600528.0001）。

Yamamoto等人（2000）报道了4名日本CPT IA缺陷患者中的3个无义突变、1个错义突变和2个剪接突变。

Okawa等人（2002）指出，已报道了19名CPT IA缺陷患者和9名CPT1A突变患者。Gobin等人（2002）指出，虽然已知有200多个患有CPT II缺陷的家庭，但在他们报告之前报道的患有CPT IA缺陷的家庭还不到30个。

Gobin 等人（2002）在 4 名 CPT1A 缺陷患者（600528.0003-600528.0008）中鉴定了 6 个新突变。

▼ 等位基因变异体（12个选例）：

.0001 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、ASP454GLY

IJlst等人（1998）描述了一位CPT IA缺陷患者（255120）的CPT1A基因的asp454到gly（D454G）错义突变的纯合性，该患者是近亲父母的后代。她在 15 个月大时出现腹泻和喂养困难。入院时，她严重低渗且昏昏欲睡。体格检查显示肝肿大和腱反射减弱。证实存在酮症性低血糖。

.0002 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、GLU360GLY

在一名患有CPT IA缺陷的日本患者（255120）中，Yamamoto等人（2000）在CPT1A基因中发现了一个1079A-G突变，导致glu360到gly（E360G）的取代。Okawa等（2002）通过SV40转化成纤维细胞的功能表达研究发现，E360G突变导致酶活性和蛋白水平降低，表明其具有致病性。

.0003 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、GLN100TER

Gobin等人（2002）在一名CPT IA缺陷患者（255120）中发现了CPT1A基因外显子4中的纯合298C-T替换，导致gln100-to ter（Q100X）突变。该突变将蛋白质截短了 671 个氨基酸。

.0004 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、ALA414VAL

Gobin等人（2002）在一名CPT IA缺陷患者（255120）中发现了CPT1A基因第11号外显子中的1241C-T替换，导致ala414-to-val（A414V）突变。先证者和先证者的父亲都是突变杂合子。该患者的13号外显子也发生了1493A-G替换，产生了tyr498-to-cys（Y498C）突变（600528.0005）。先证者和先证者的母亲都是突变杂合子。

Gobin et al.（2003）通过功能和结构分析发现，A414V突变导致蛋白质表达严重下降（比野生型低20至30倍），表明蛋白质不稳定，并且A414V突变导致蛋白质表达量下降98%。 CPT I 酶的催化活性。模型研究表明突变导致蛋白质构象发生变化。

.0005 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、TYR498CYS

关于 Gobin 等人（2002）在 CPT IA 缺陷患者（255120）复合杂合状态下发现的 CPT1A 基因中 tyr498-to-cys（Y498C）突变的讨论，参见 600528.0004。

Gobin等人（2003）通过功能和结构分析发现，Y498C突变导致蛋白质轻微不稳定，酶活性降低3倍。受影响的残基距离酶的活性位点有一定距离，可能通过构象变化引起间接影响。

.0006 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A，153-BP DEL

在患有 CPT IA 缺陷的患者（255120）中，Gobin 等人（2002）发现 CPT1A 基因的第 1876 位核苷酸处存在 153 bp 的缺失，这是由于内含子 15 剪接受体位点处的 G 到 A 替换所致。患者的母亲是杂合突变，而在患者的父亲和 20 名健康对照者中均未检测到该突变。该突变删除了密码子 626 至 676 的 51 个氨基酸。该患者还在 cDNA（600528.0007）的核苷酸 1575 处插入了 113 bp 的内含子插入，这是由于保留了部分内含子 13 造成的。

.0007 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、113-BP INS

关于 Gobin 等人（2002）在 CPT1A 基因的 1575 位核苷酸处插入 113-bp 的讨论，该基因以复合杂合状态存在于 CPT IA 缺陷患者中（2002 年），请参见 600528.0006。

.0008 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A，8 KB DEL

在患有 CPT IA 缺陷的患者（255120）中，Gobin 等人（2002）鉴定了 CPT1A 基因中 8 kb 缺失的纯合性，该缺失横跨内含子 14 的远端三分之二到外显子 17 的核苷酸 2107。重排删除了氨基酸581至702。

.0009 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏症

CPT1A、GLY709GLU

在 Schaefer 等人（1997）报道的 CPT IA 缺陷患者（255120）中，Gobin 等人（2003）鉴定出 CPT1A 基因中 2 个突变的复合杂合性：2126G-A 转变，导致 gly709-to -glu（G709E）替换，以及1-bp缺失（948delG），导致外显子10（600528.0010）提前终止信号。

Gobin等人（2003）通过功能和结构分析发现，G709E突变导致蛋白质显着不稳定和酶功能完全丧失。作者认为，该突变将一个庞大且带负电的基团引入酶的疏水核心，导致空间排斥和不利的静电相互作用。

.0010 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、1-BP DEL、948G

关于Gobin等人（2003）在CPT IA缺陷患者（255120）复合杂合状态下发现的CPT1A基因1-bp缺失（948delG）的讨论（2003），参见600528.0009。

.0011 肉碱棕榈酰转移酶 IA 缺乏

CPT1A、GLY710GLU

在一个患有 CPT IA 缺陷的哈特派家族的受影响成员（255120）中，Prip-Buus 等人（2001）在 CPT1A 基因中发现了一个纯合的 2129G-A 转变，导致 gly710 到 glu（G710E）的取代。表达研究表明，G710E 突变既不会改变线粒体靶向，也不会改变蛋白质的稳定性，但动力学研究表明，突变酶完全没有催化活性。作者怀疑存在创始人效应。

.0012 肉碱棕榈酰转移酶 IA 多态性

CPT1A 北极变种

CPT1A、PRO479LEU（rs80356779）

CPT1A的pro479-to-leu（P479L, c.1436C-T, rs80356779）变体在阿拉斯加、加拿大、格陵兰岛和西伯利亚东北部的北极原住民中高度流行，该变体等位基因的频率范围为0.68至0.85 。该变体导致 CPT1A 催化活性降低，并显着降低对丙二酰辅酶 A 抑制的敏感性，在这些群体中处于正选择之下，其基础之一被假设为传统饮食，该饮食很大程度上基于海洋哺乳动物和含有高含量的n-3多不饱和脂肪酸（n-3 PUFAs）（Gessner et al., 2016总结）。CPT1A 基因定位到染色体 11 的一个区域，该区域与 PUFA 血浆水平的控制相关（参见 612795）。

Brown等人（2001）报道了一名44岁男性（患者6）患有肉毒碱棕榈酰转移酶IA缺乏症（255120）。该患者表现不典型，一直健康到 33 ，当时他在伐木时酗酒后出现过一次肌肉痉挛。此后，他又健康地度过了六年，直到他开始经历越来越严重的肌肉痉挛。在学习之前的 5 年里，他因这个问题住院了 85 次。两次发作之间他都很好。Brown et al.（2001）检测到 CPT1A 基因中 c.1436C-T 转变的纯合性，导致 pro479 到 leu（P479L）的取代。对来自该患者的培养皮肤成纤维细胞进行的检测表明，这种突变赋予了对丙二酰辅酶A的抑制作用的部分抵抗力。培养的皮肤成纤维细胞CPT II活性正常，但CPT I活性明显降低（正常对照的15%）。

Rajakumar等人（2009）指出，Brown等人（2001）报道的表现不典型的患者是加拿大原住民，并且P479L突变已在其他原住民和加拿大因纽特人中发现。Rajakumar等人（2009）在对1,111名格陵兰因纽特人、50名加拿大因纽特人和285名健康非因纽特人对照的筛查中发现，P479L突变在因纽特人群体中频繁发生，而在对照人群中不存在。Leu479 是格陵兰人中的主要等位基因，频率为 0.73，并且存在于加拿大因纽特人中，频率为 0.93。P479L 取代与血浆 HDL 和 apoA-I 水平升高相关。格陵兰人群中有大量未受影响的纯合子，以及肌肉中缺乏 CPT1A 表达，导致 Rajakumar 等人（2009）推测原始患者的症状是由 P479L 以外的突变引起的。

为了确定包含影响极端寒冷气候适应表型的候选基因的区域，Cardona等人（2014）对来自10个西伯利亚土著种群的200个个体进行了超过700,000个SNP的基因分型，并分析了正选择信号的结果。最强的选择信号对应到含有 CPT1A 基因的染色体 11（chr11:66-69 Mb）上的 3 Mb 区域。

继Cardona等人（2014）的工作之后，Clemente等人（2014）表明CPT1A的P479L变体（rs80356779, c.1436C-T）处于强正选择之下。他们指出，衍生的等位基因与低酮性低血糖和高婴儿死亡率相关，但在加拿大和格陵兰因纽特人中出现频率很高，并且在西伯利亚东北部土著样本中也以 68% 的频率被发现，但在其他公开可用的基因组数据库中不存在。Clemente 等人（2014）提供了人类报告的最强选择性扫描之一的证据，尽管可能导致了相关的有害后果，但在过去 6,000 至 23,000 000 年内，该突变导致 P479L 变体在环北极人群中出现频率较高它最初为高脂肪饮食或寒冷环境提供的选择性优势。北极原住民的传统饮食主要由海洋哺乳动物组成，因此富含 n-3 多烯脂肪酸，已知这种脂肪酸可以增加 CPT1A 的活性。在这种情况下，P479L 突变导致的 CPT1A 活性降低可以防止酮体过度产生。

Gessner等人（2016）在一项针对110名1岁前死亡的阿拉斯加原住民婴儿和395名阿拉斯加原住民幸存婴儿的无与伦比的病例对照研究中发现P479L变体（他们将其称为“北极变体”）的纯合性'）在所有分析中都与婴儿死亡率相关。病例和对照之间基因型的总体分布没有显着差异（p = 0.06），但死亡婴儿更有可能是 P479L 纯合子（42% vs 30%）。P479L 的变化导致 CPT1A 催化活性降低以及对丙二酰辅酶 A 抑制的敏感性显着降低，这是当有足够的碳水化合物（葡萄糖）可用于能量产生时抑制脂肪酸氧化的主要机制之一。北极变种人群的传统饮食主要以海洋哺乳动物为主，并含有高含量的 n-3 多不饱和脂肪酸（n-3 PUFA）。预计食用这种饮食会增加 CPT1A 的表达，减少变异蛋白催化活性降低的影响，而变异蛋白丙二酰辅酶 A 敏感性的降低将导致脂肪酸氧化的基础速率增加。

Andersen和Hansen（2018）回顾了格陵兰人和西伯利亚人代谢性状的遗传学，指出格陵兰人和西伯利亚人报告的最强正选择信号是染色体11上的FADS-CPT1A位点（PUFAQTL1; 612795）。CPT1A 变体 P479L（rs80356779）的 T 等位基因编码 leu479，与对应到 FADS2 的 rs174570 一起固定在祖先因纽特人群体中，尽管这两个变体之间大约有 7 Mb 的距离（Andersen et al., 2016）。这种不寻常的长程连锁不平衡现象使得很难确定 FADS 和 CPT1A 选择特征是否代表相同的信号或 2 个孤立的信号。然而，在欧洲人中，P479L 变体是单态的，在 FADS 基因座中观察到选择信号。Andersen 和 Hansen（2018）指出，Brown 等人（2001）等人的细胞研究表明，因纽特人特有的 leu479 形式的 CPT1A 的酶功能显着降低，但同时对丙二酰基的敏感性降低。 CoA 抑制。空腹时，这会导致 β-氧化适度减少，而在餐后状态，由于丙二酰辅酶 A 浓度较高，抑制敏感性降低的影响更大。因此，在细胞研究中，与 pro479 纯合子相比，leu479 纯合子餐后 CPT1A 的酶活性高出 3 至 4 倍，从而可能解释了该位点正向选择的背景，因为 CPT1A 活性的增加有利于利用脂肪作为能量来源，因此似乎有利于因纽特人以富含脂肪的饮食生活。

在一项研究中，在生物化学、进化遗传学和生理学最新知识的背景下，综合了因纽特人群体中 leu479 形式的 CPT1A 选择性清除的历史知识，Hale（2020）提供了对这方面文献的重新评估。主题。根据这些数据，Hale（2020）提出，leu479在因纽特人低碳水化合物/高蛋白饮食和寒冷环境的环境下可以实现有利的葡萄糖保存。Hale（2020）提出，有利的葡萄糖保存效应包括增加肝糖原合成，可能减少酮体增加继发的脑葡萄糖消耗，以及由于可用于棕色脂肪代谢的酰基肉碱增加而减少通过棕色脂肪的葡萄糖消耗。