可溶性苹果酸脱氢酶

苹果酸脱氢酶（ EC 1.1.1.37 ） 利用柠檬酸循环中的 NAD/NADH 辅因子系统催化苹果酸可逆地氧化为草酰乙酸。已知两种同工酶，一种在胞质溶胶（MDH1） 中，另一种在线粒体中（MDH2; 154100 ）（ Tanaka et al., 1996总结）。

胞质 MDH 与之前描述为芳香族 α-酮酸还原酶（KAR） 的酶相同。芳香族α-酮酸的还原是 MDH1 的次要功能（弗里德里希等人，1987 年；弗里德里希等人，1988 年）。

▼ 克隆与表达

弗里德里希等人（ 1987 , 1988） 提供了来自几个非人类物种和人类的证据，证明 α-酮酸还原酶和细胞质苹果酸脱氢酶是相同的。在淀粉凝胶电泳中，除了一些海洋物种外，这两种酶功能在所有研究的物种中都发生了共迁移。用 MDH 反应的终产物苹果酸进行抑制，显着降低或完全消除了 KAR 活性。在淡水硬骨鱼和两栖动物 Rana pipiens 中看到的 MDH1 的基因电泳变体表现出相同的 KAR 变异，并且在研究的 1 个 R. pipiens 杂合子的后代中共同分离的 2 个性状。两种酶在几个近交系小鼠中共迁移，没有电泳变异。针对纯化的鸡MDH1产生的抗血清完全抑制鸡肝匀浆中的MDH1和KAR活性。

田中等人（1996）分离出编码 334 个氨基酸的蛋白质的人类 cDNA，该蛋白质在氨基酸序列上与鼠胞质苹果酸脱氢酶有 96% 的同一性。在通过Northern印迹分析检查的成人组织中，心脏和骨骼肌表达该基因的程度最高。

▼ 测绘

楚等人（1975）提出了 gal-1-PT、酸性磷酸酶、MDH1 和 gal-plus-activator 的同线性以及分配到 2 号染色体的细胞杂交证据。

通过荧光原位杂交，Tanaka 等人（1996）将 MDH1 基因定位到染色体 2p16。这种定位与早期通过不太精确的方法确定的定位有些不同，即分析体细胞杂交体中的酶活性和缺失作图。

在小鼠中，苹果酸脱氢酶的胞质形式由一个以 Mor2 表示的基因决定，而线粒体形式由一个以 Mor1 表示的基因决定（与人类线粒体和胞质同工酶使用的编号系统相反）。鲍尔等人（1994）诱导了一个突变的 Mor2 等位基因，并使用它通过连锁分析将该基因定位到小鼠 11 号染色体上与人类 2 号染色体同源的区域。

▼ 基因功能

赵等人（2010）表明，赖氨酸乙酰化是催化人类肝脏中间代谢的酶的普遍修饰。事实上，糖酵解、糖异生、三羧酸（TCA） 循环、尿素循环、脂肪酸代谢和糖原代谢中的每一种酶都被发现在人体肝脏组织中被乙酰化。葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等代谢燃料的浓度影响代谢酶的乙酰化状态。乙酰化激活脂肪酸氧化中的烯酰辅酶 A 水合酶/3-羟酰基辅酶 A 脱氢酶（ 607037 ） 和 TCA 循环中的苹果酸脱氢酶，抑制尿素循环中的精氨基琥珀酸裂合酶（ 608310 ） 和不稳定的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（261680 ） 在糖异生中。赵等人（2010）得出结论，乙酰化在代谢调节中起主要作用。

在缺乏 MDH1 的 HEK293 细胞和 2 名早期婴儿癫痫性脑病患者的干血斑中 - 88（ 618959 ），Broeks 等人（2019）发现 3-磷酸甘油酯水平升高。作者认为，这一发现可能代表了一种补偿机制，可通过 3-磷酸甘油穿梭增强胞质溶胶中 NADH 的氧化。

▼ 进化

线粒体和可溶性 MDH 符合 2 种酶由不同染色体编码的规则。然而，Birktoft 等人（1982）发现 2（以及乳酸脱氢酶，见150000 ） 的密切结构同源性并得出结论，它们来自一个共同的祖先基因。

▼ 分子遗传学

Davidson 和 Cortner（1967）观察到红细胞上清液苹果酸脱氢酶的遗传变异。在对 1470 名黑人和 1440 名白人的调查中，在一名黑人妇女和她的 2 个儿子身上发现了这种变异。该变体的电泳性质表明该分子是二聚体，在控制其中一个元素的基因中具有突变，并且该基因是常染色体。

发育性和癫痫性脑病 88

在来自沙特近亲家庭的 2 位表亲中，患有发育性和癫痫性脑病 88（DEE88; 618959 ），Broeks 等人（2019）鉴定了 MDH1 基因（A138V; 154200.0001 ） 中的纯合突变。通过自合子图谱和全外显子组测序鉴定的突变与家族中的疾病分离。来自患者的淋巴母细胞和成纤维细胞中的 MDH1 蛋白水平降低。

▼ 历史

Shows（1972）提供的细胞杂交数据表明可溶性苹果酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶（IDH; 147700 ） 是同线的。

拉尔森等人（1982）通过基因剂量将 MDH1 对应到 2p23。

通过对人-中国仓鼠体细胞杂交体的研究，Donald（1982）得出结论，KAR 的基因位于第 12 号染色体上。有趣的是，KAR 的底物特异性与乳酸脱氢酶的底物特异性重叠，乳酸脱氢酶的一种同工酶形式也被确定通过 12 号染色体上的基因（LDH；见150100）。然而，这些酶在电泳迁移率和亚基组成方面明显不同。

弗里德里希等人（1988 年）质疑体细胞杂交中 KAR 与 12 号染色体的分配，因为在体细胞杂交研究中，MDH1 和 LDH 的种间杂交条带在人类和仓鼠对照之间的流动性略有不同。弗里德里希等人（1988）得出结论，人类血液中的大部分 KAR 活性是由于 MDH1 引起的，其中一小部分由乳酸脱氢酶催化，与大多数其他研究物种的情况一样。

在一个人身上，Donald（1982）在淀粉凝胶电泳后发现了一种不寻常的 KAR 表型，并将其解释为一种遗传变异。

Friedrich 和 Ferrell（1985）在对来自不同种族的 509 人进行的淀粉凝胶电泳中没有发现变异，在涉及 232 人的聚丙烯酰胺凝胶薄层等电聚焦调查中也没有发现变异。

▼ 等位基因变体（ 1 示例）：

.0001 发展性和癫痫性脑病 88（1 个家庭）
MDH1，ALA138VAL
Broeks 等人在 2 个表亲中，年龄分别为 2.5 岁和 4 ，来自沙特近亲家庭，患有发育性和癫痫性脑病 88（DEE88; 618959 ）（2019）鉴定了 MDH1 基因中 c.413C-T 转换（c.413C-T, NM_001199111） 的纯合性，导致 NAD（+） 结合域中高度保守的残基发生 ala138-to-val（A138V） 取代. 通过自合子图谱和全外显子组测序发现的突变与家族中的疾病分离。在 gnomAD 数据库或大约 2,300 个种族匹配的外显子组的本地数据库中未发现该变体。与对照组相比，两名患者的淋巴母细胞和成纤维细胞中的 MDH1 蛋白水平均降低。患者在出生后的头几个月出现癫痫发作。