PLD1雙等位基因功能缺失變異導致先天性
右側心臟瓣膜缺損和新生兒心肌病
近期，Lahrouchi等對2718名先天性心臟病患者進行全外顯子組測序（WES），并在GeneMatcher中搜索，確定了來自21個不相關家系的30名攜帶PLD1雙等位基因變異的患者（主要表現為先天性心臟瓣膜缺損）。并且，將常染色體隱性遺傳的PLD1基因變異與孤立性新生兒心肌病聯系起來。此外，還證實了p.I668F是德系猶太人的奠基者變異（等位基因頻率約2%），描述了PLD1相關先天性心臟缺陷的表型譜。PLD1的錯義變異在對催化活性至關重要的蛋白區域過表達。同時，PLD1抑制降低了內皮間充質轉化，這是瓣膜形成的關鍵早期步驟。
背景介紹
先天性心臟病是最常見的出生缺陷，占所有先天性異常的三分之一，在世界范圍內每1000名活產嬰兒中有7人患有先天性心臟病。大多數缺陷包含瓣膜形成異常，右側先天性心臟病包括肺動脈瓣和三尖瓣、右心室和右心室流出道的異常。最近，在2個小家庭中發現PLD1與嚴重的右側先天性心臟瓣膜缺損相關。PLD1基因編碼磷脂酶D1，該酶是一種信號轉導酶，可水解膜脂質磷脂酰膽堿產生脂質第二信使磷脂酸。
研究對象
研究納入了來自荷蘭國家先天性心臟缺陷登記和DNA庫（CONCOR）的75名不相關的患有嚴重右側先天性心臟瓣膜病（即三尖瓣閉鎖或狹窄、Ebstein’s異常或肺動脈閉鎖）患者，以及來自兒童心臟基因組學聯合會（PCGC）并接受過WES檢測的2643名先天性心臟病患者（包含患者和父母雙方），共2718例。
研究方法
cDNA 分析；質粒構建、細胞系和轉染；體外細胞PLD活性；蛋白質印跡分析；體外膠原蛋白凝膠實驗；PCA確定PCGC先天性心臟病病例的譜系；單倍型分析和變異年代測定等。
研究結果
·在多個家系中，PLD1變異可導致先天性瓣膜缺陷或新生兒心肌病
對2718名患者進行分析，確定了來自21個不同祖先的不相關家系的30名攜帶純合或復合雜合PLD1變異的患者。這30名患者在胎兒期或新生兒期均診斷為嚴重先天性心臟病或心肌病（見圖1）。所有家系中都表現為常染色體隱性遺傳模式，且PLD1變異均來自未受影響的父母。其中，來自19個家系的28名患者表現為先天性心臟瓣膜畸形，主要影響右側心臟。值得注意的是，有2名患者表現為嚴重孤立性新生兒心肌病（即無結構性先天性心臟缺陷）（見圖1A，Families T 和 U），這是該綜合征的新發現。對這2名患者進行了約300個心肌病相關基因變異的篩查，結果均為陰性。總體而言，嬰兒期后存活的患者均未出現畸形、智力殘疾或顯著的發育遲緩，這表明在明顯的表型背景下，PLD1功能缺失主要與人類孤立性心臟病有關。
同時，3個德系猶太人家系中都攜帶PLD1 p.I668F純合變異（見圖1A，Families G、 H 和 I）。通過PCA分析，證實了p.I668F是德系猶太人的奠基者變異。有趣的是，p.I668F在gnomAD德系猶太人亞群中的MAF約為2%，而在其他人群中很少見（0.004%-0.14%）。
圖1. PLD1常染色體隱性變異可引起一系列
先天性心臟瓣膜病和新生兒心肌病
·PLD1的錯義變異導致酶活性降低
上述21個錯義變異主要聚集在PLD1高度保守的HxKxxxxD（HKD）域和C末端區域，這些區域對酶活性至關重要（見圖1B）。酶活性試驗顯示，在檢測的19個變異中有17個變異的PLD1酶活性明顯下降，與野生型PLD1等位基因個體相比，攜帶雙等位基因PLD1變異的個體的PLD1活性一般低于25％（見圖2）。由于完整的C末端是酶活性所必需的，因此預測所有導致PLD1蛋白過早終止的變異都將完全消除PLD1酶活性，例如患有孤立性心肌病的Families T中的p.R731Ter /p.R848Ter。值得注意的是，另一位孤立性心肌病（Families U）的患者攜帶復合雜合變異（p.V468D / p.R675Q），酶催化活性大大降低（與WT相比降低了2.7％）。因此，存在PLD1變異的孤立性心肌病患者的殘留PLD1酶活性與心臟結構畸形患者相似。
圖2. 致病性PLD1基因變異的酶活性
·在房室墊外植體中，需要PLD1來實現心內膜細胞內皮間充質轉化
PLD1功能缺失患者的主要畸形是結構性房室（AV）瓣膜缺損。在胚胎心臟中，覆蓋在心室前墊上的心內膜細胞亞群經歷了瓣膜形成的關鍵早期步驟—內皮間充質轉化（EndoMT）。這些間充質細胞形成墊子，導致細胞外基質的重塑，并促進瓣膜和心臟間隔的發育。迄今為止，已經使用體外膠原蛋白凝膠測定系統鑒定了許多重要的EndoMT基因，并通過該方法證實了PLD1在體外參與了內皮間充質轉化。異常的EndoMT至少是PLD1雙等位基因功能缺失變異心臟結構畸形的部分原因。
結論
該研究建立了一個來自21個不相關家系的30名攜帶PLD1常染色體隱性變異的患者組成的隊列，擴展了與PLD1相關的先天性心臟缺陷的表型譜；首次提出在沒有先天性心臟缺陷的情況下，PLD1常染色體隱性變異也可引起新生兒心肌病；同時，發現p.I668F是德系猶太人的奠基者變異；還證實了部分PLD1的錯義變異導致酶活性降低，以及PLD1參與了心內膜細胞內皮間充質轉化。這些數據提供了對與PLD1遺傳缺陷相關的疾病機制和表型表達的進一步理解。
參考文獻：
Najim Lahrouchi, et al. Biallelic loss-of-function variants in PLD1 cause congenital right-sided cardiac valve defects and neonatal cardiomyopathy. J Clin Invest. 2021 Mar 1;131(5):e142148.
關于心肌病及相關檢測的更多介紹，詳見：
《Nature子刊最新研究——常見的遺傳變異和可改變的危險因素是肥厚型心肌病易感性和表達性的基礎》
《CSRP3 p.（Cys150Tyr）變異與雜合個體的遲發性肥厚型心肌病相關》
