双等位基因（Biallelic）FOXRED1突变会导致婴儿期线粒体脑病，其特征是复合物I（Complex I）功能障碍以及基底节（basal ganglia）退化

《Mitochondrion》：Biallelic FOXRED1 mutations cause infantile mitochondrial encephalopathy with complex I disassembly and basal ganglia degeneration

癫痫性脑病是一种严重神经系统疾病，FOXRED1基因复合杂合突变（c.850T> C/p.C284R 和 c.1054C> T/p.R352W / c.3dup）导致线粒体复合I功能缺陷，表现为乳酸升高、氧化应激及NAD+/NADH失衡，烟酸治疗可改善这些代谢异常。

　　

潘春辉|朱若薇|黄曦|段海琳|吴腾辉|王晓乐|丁颖|陈晨|何芳|彭静|尹飞|娄晓婷|李阳

中国中南大学湘雅医院湖南省儿童神经发育障碍临床研究中心儿科

摘要

发育性和癫痫性脑病（DEE）是一种严重的神经系统疾病。核编码的线粒体伴侣基因FOXRED1的双等位基因突变会导致线粒体功能障碍，该基因是复合体I的特异性组装因子；然而，这些突变在DEE发病机制中的作用尚未被充分研究。我们从两名携带复合杂合FOXRED1突变（c.850T>C（p.C284R）/c.1054C>T（p.R352W）和c.1054C>T（p.R352W）/c.3dup（p.I2Dfs*35）的患者以及年龄匹配的对照组中获取了临床数据和外周血单核细胞（PBMCs）。我们对这些样本进行了线粒体表型分析，包括复合体I活性、线粒体呼吸应激测试、膜电位、细胞内ROS水平以及NAD⁺/NADH比值。两名患者均表现出早发性难治性癫痫发作、基底节病变、高乳酸血症和发育迟缓。FOXRED1突变导致复合体I活性下降50%，复合体I解体，线粒体去极化，氧化应激加剧，以及NAD⁺/NADH失衡。体外实验显示烟酸能够恢复NAD⁺/NADH比值；临床补充烟酸可降低血液乳酸水平，这提示烟酸可能具有潜在的治疗作用。

引言

癫痫性脑病（EE）是一组由癫痫发作引起的认知和行为障碍（Berg等人，2010年）。2017年，国际抗癫痫联盟（ILAE）将癫痫性脑病定义为发育性和癫痫性脑病（DEE），其特征为早发性癫痫、异常脑电图和发育迟缓（Scheffer等人，2017年；Trivisano和Specchio，2020年）。

线粒体疾病是一类影响线粒体的遗传性疾病，可导致多种症状，包括癫痫发作和发育迟缓。线粒体疾病是DEE的潜在病因之一（Seo等人，2010年；Castro-Gago等人，2009年；Lemattre等人，2019年）。FOXRED1（OMIM编号：613622）是一种核基因，编码含有FAD依赖性氧化还原酶结构域的蛋白质，由384个氨基酸组成。FOXRED1定位于线粒体内膜，作为复合体I组装过程中的特异性分子伴侣（Fassone等人，2010年；Formosa等人，2015年）。已有研究表明，FOXRED1突变可导致复合体I缺陷和线粒体脑病-线粒体复合体I缺陷（核型19，OMIM编号：618241），这是一种严重的神经系统疾病，表现为发育迟缓、癫痫发作、视力丧失和脑萎缩（Calvo等人，2010年；Barbosa-Gouveia等人，2019年；Apatean等人，2019年）。目前尚无针对该疾病的有效治疗方法。

烟酸（维生素B3）是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）的前体，而NAD⁺是复合体I的关键辅因子。研究表明，烟酸对线粒体疾病具有治疗潜力。在患有复合体I缺陷的线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和中风样发作的患者中，烟酸可提高NAD⁺水平并降低血液乳酸水平（Majamaa等人，1996年）。此外，烟酸还能改善线粒体肌病患者的NAD⁺水平并增强肌肉功能（Pirinen等人，2020年）。

在本文中，我们验证了两种FOXRED1双等位基因突变的致病性，并探讨了这些突变对患者临床表现的影响机制。我们还发现烟酸对该疾病具有积极作用，并研究了其治疗作用的分子机制。

患者与伦理合规性

临床和遗传数据采用回顾性分析方法。本研究已获得中国中南大学湘雅医院伦理委员会的批准（批准编号：202310892）。患者的监护人签署了基因测序和结果发表的知情同意书。本研究遵循《赫尔辛基宣言》中的伦理原则进行。

细胞系与细胞培养

从患者的外周血中分离出外周血单核细胞（PBMCs）

临床数据

患者1（P1）为女性，父母为健康的非近亲中国人（图1A）。她的母亲在怀孕前携带乙型肝炎病毒，并在孕期接受了恩替卡韦治疗。她被诊断为缺铁性贫血，随后补充了右旋糖酐和维生素C。最终她在妊娠38周时因羊水过少通过剖宫产出生，出生体重为2.6公斤。

讨论

本研究报道了两例与FOXRED1相关的发育性癫痫性脑病（DEE）病例，根据OMIM分类属于线粒体复合体I缺陷（核型19）。FOXRED1相关的DEE是一种严重的线粒体脑病，其病理生理机制可能与复合体I功能受损和ATP生成减少有关，从而导致神经元功能障碍。目前尚无有效的治疗方法。我们进一步评估了两种FOXRED1突变对患者的影响。

作者贡献声明

潘春辉：撰写初稿、方法学设计、数据整理、概念构建、审稿与编辑。 朱若薇：数据分析、方法学研究。 黄曦：数据分析、方法学研究。 段海琳：方法学研究、数据分析。 吴腾辉：方法学研究、数据分析。 王晓乐：数据分析。 丁颖：数据分析。 陈晨：数据分析。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2021YFC2700903）和湖南省自然科学基金（项目编号：2023JJ30960）的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢患者家属的参与和支持。

伦理声明

本研究已获得中国中南大学湘雅医院伦理委员会的批准（批准编号：202310892）。患者的监护人签署了基因测序和结果发表的知情同意书。本研究遵循《赫尔辛基宣言》中的伦理原则进行。