SLC27A3功能缺失变异通过损害脂肪酸转运诱导线粒体功能障碍和代谢性神经发育障碍

《Journal of Human Genetics》：Loss-of-function variant of SLC27A3 causes mitochondrial dysfunction and a metabolic neurodevelopmental disorder via impaired fatty acid transport

　　本研究针对一例表现为发育倒退、肌张力低下、癫痫发作、喂养困难及双侧壳核病变的2月大女婴，通过外显子测序鉴定出SLC27A3基因纯合移码突变(c.283dupG; p.Cys65LeufsTer13)。功能实验证实该突变导致蛋白质截断、线粒体网络聚集、酰基肉碱累积、呼吸链复合体I/II活性下降及细胞死亡增加。蛋白互作网络分析揭示SLC27A3参与脂肪酸代谢、ERAD及离子运输通路，其在基底节区高表达与MRI病灶区域吻合。该研究首次将SLC27A3缺陷定义为一种新型线粒体脑病，拓展了代谢性神经发育障碍的基因谱系。

　　

在大脑这个人体最精密的能量消耗器官中，线粒体如同微型发电站，持续为神经元的信号传递、突触可塑性和髓鞘形成提供能量。然而当线粒体的能量供应系统出现故障时，往往会引发一系列灾难性后果——尤其是发生在婴幼儿时期的代谢性神经发育障碍。这类疾病常表现为发育倒退、肌张力低下、癫痫发作等症状，其中 Leigh 综合征是最典型的线粒体脑病，其特征性的神经影像学改变是基底节区的对称性病变。尽管已有数十个基因被证实与 Leigh 综合征相关，仍有相当比例患者的遗传病因尚未明确，这为临床诊断和治疗带来了巨大挑战。

脂肪酸作为线粒体β-氧化的关键底物，对维持神经系统能量稳态至关重要。长链脂肪酸需要专门的转运蛋白将其送入线粒体进行能量转化，而SLC27A3（脂肪酸转运蛋白3）正是大脑中负责此过程的关键分子。当这个"分子搬运工"失灵时，神经元是否会陷入"能源危机"？这个问题一直困扰着研究人员。

近期发表在《Journal of Human Genetics》的一项研究为这个谜题提供了重要线索。研究人员通过对一例表现为典型 Leigh 样症状的2月大女婴进行外显子测序，发现其SLC27A3基因存在纯合移码突变(c.283dupG; p.Cys65LeufsTer13)。该突变导致蛋白质在第65位半胱氨酸后发生阅读框移位，仅延长13个氨基酸即提前终止，预测产生完全丧失功能截短蛋白。

为验证该突变的致病机制，研究团队运用外显子测序与Sanger验证进行基因鉴定，采用患者来源的皮肤成纤维细胞建立疾病模型，通过定量PCR、ELISA、免疫荧光等技术分析基因表达与蛋白定位，利用GC-MS进行酰基肉碱谱分析，并测定线粒体呼吸链复合体活性及细胞周期变化。

临床病例描述

先证者为一名2月大女婴，临床表现为发育倒退、肌张力低下、癫痫发作、喂养困难及生长停滞。脑MRI显示双侧壳核对称性T2/FLAIR高信号，磁共振波谱显示乳酸峰升高，符合线粒体脑病特征。基因分析发现SLC27A3基因c.283dupG纯合突变，父母均为杂合携带者，符合常染色体隐性遗传模式。该突变导致蛋白质在高度保守的N端区域提前截断，丧失全部功能结构域。

SLC27A3缺失破坏线粒体结构、脂质代谢和细胞活力

患者成纤维细胞中SLC27A3 mRNA和蛋白表达几乎完全缺失，提示无义介导的mRNA降解。免疫荧光显示突变细胞缺乏SLC27A3表达，线粒体网络聚集成团块状。酰基肉碱分析显示胞质中中长链酰基肉碱(C4-C12)显著累积，表明脂肪酸氧化受阻。线粒体复合体I和II酶活性明显降低，流式细胞术显示细胞死亡增加。这些结果证实SLC27A3缺失导致线粒体形态和功能异常、脂代谢紊乱及细胞存活率下降。

SLC27A3在线粒体相关运输和蛋白质质量控制通路中的功能及在基底节区的富集

蛋白质相互作用网络分析显示SLC27A3与脂肪酸转运、线粒体能量代谢、内质网相关降解(ERAD)和蛋白质质量控制通路密切相关。基因本体(GO)富集分析表明其参与离子通道活性、蛋白质稳态维持等关键生物学过程。脑区表达谱显示SLC27A3在基底节区（特别是壳核）高表达，与患者MRI病灶区域高度吻合，解释了该脑区对SLC27A3缺陷的特异性易感性。

这项研究首次将SLC27A3缺陷与人类疾病相联系，揭示了该基因在神经元脂肪酸转运、线粒体功能维持和蛋白质稳态中的核心作用。SLC27A3功能缺失导致脂肪酸氧化障碍、能量危机和毒性代谢物累积，最终引发基底节选择性变性。该发现不仅拓展了代谢性神经发育障碍的基因谱系，也为理解脂肪酸转运蛋白在脑发育中的作用提供了新视角。针对SLC27A3缺陷的干预策略，如特定脂肪酸补充或药物增强残余转运活性，可能成为未来治疗方向。这项研究凸显了脂肪酸代谢在神经发育中的关键地位，为相关神经系统疾病的机制研究和治疗开发开辟了新路径。