细胞色素 b5 还原酶 3; CYB5R3

B5R
NADH 心肌酶 1；DIA1

HGNC 批准基因符号：CYB5R3

细胞遗传学位置：22q13.2 基因组坐标（GRCh38）：22:42,617,839-42,649,391（来自 NCBI）

正文

▼ 描述

CYB5R3 基因编码细胞色素 b5 还原酶-3（EC 1.6.2.2.），这种酶催化还原当量从 NADH 转移到细胞色素 b5（CYB5A；613218），然后细胞色素 b5 充当电子供体。CYB5R3 的膜结合亚型在生理过程中发挥作用，包括胆固醇生物合成以及脂肪酸延伸和去饱和，而 CYB5R3 的可溶性亚型存在于红细胞中，其功能是将高铁血红蛋白还原为血红蛋白（Percy 和 Lappin 综述，2008）。

▼ 克隆与表达

由比水等人（1987）报道了常染色体隐性遗传高铁血红蛋白血症基因突变体 cDNA 的分子克隆（250800）。NADH-细胞色素 b5 还原酶有两种形式：体细胞中的膜结合形式和红细胞中的可溶形式。前者主要存在于内质网的细胞质侧，在脂肪酸的去饱和和延伸、胆固醇生物合成和药物代谢中发挥作用。红细胞形式位于循环红细胞的可溶部分，并参与高铁血红蛋白还原。膜结合酶由 300 个氨基酸残基组成，具有膜结合域和催化域。可溶型由 275 个氨基酸组成，仅具有催化结构域。这两种形式的酶由同一基因 CYB5R3 编码（Katsube 等人，1991）。

皮特里尼等人（1992）表明 NADH-细胞色素 b5 还原酶的 2 种形式是由单个基因产生的：一种在所有组织中表达的肉豆蔻酰化膜结合酶，以及一种可溶性红细胞特异性亚型。除了 N 末端以外，这两种形式是相同的，N 末端介导与膜中脂质双层的结合并包含肉豆蔻酰化共有序列。它们是通过使用替代启动子/替代外显子产生的：普遍存在的转录本是由上游管家启动子产生的，而网织红细胞转录本则源自下游红细胞特异性启动子。

几位研究人员认为，人类可溶形式是通过膜结合形式的翻译后加工产生的。杜等人（1997）对人网织红细胞、肝、脑和 HL-60 细胞 mRNA 使用 cDNA 末端 5 引物快速扩增（RACE），以证明另一种类型的人 b5R mRNA 普遍存在，该类型可能可以直接翻译成可溶形式；然而，b5R 基因的红细胞特异性转录本并未被发现。他们表明，这种类型的 b5R mRNA 从至少 2 个位点开始，包含一个非编码的新第一个外显子，位于先前鉴定的人类 b5R 基因的前 2 个外显子之间。此外，这个新的第一个外显子与大鼠红细胞特异性外显子有 62% 的同源性，而新的第一个外显子的 5-prime 侧翼区域具有管家基因的特征。

▼ 基因结构

Tomatsu 等人（1989）证明CYB5R3基因长约31 kb，包含9个外显子。

▼ 基因功能

斯特劳布等人（2012）报道了一种调节一氧化氮（NO）信号传导的新模型，证明由 HBA1（141800）和 HBA2（141850）基因编码的血红蛋白 α 在人和小鼠动脉内皮细胞中表达，并在肌内皮连接处富集，在肌内皮连接处调节 NO 对血管反应性的影响。值得注意的是，这种功能是α血红蛋白所独有的，并且会因其基因耗尽而被消除。从机制上讲，处于 Fe（3+）状态的内皮血红蛋白 α 血红素铁允许 NO 信号传导，并且当血红蛋白 α 被内皮 CYB5R3 还原为 Fe（2+）状态时，该信号传导被关闭。CYB5R3 的遗传和药理学抑制增加了小动脉中的 NO 生物活性。斯特劳布等人（2012）得出的结论是，他们的数据揭示了细胞内血红蛋白 α 氧化态的调节控制非红系细胞中一氧化氮合酶（NOS；参见 163729）信号传导的机制。作者认为，该模型可能与多种含有 NOS 的体细胞中含有血红素的球蛋白有关。

▼ 测绘

通过对啮齿动物与人类杂交的研究，Fisher 等人（1977）证明 NADH-黄酶-1（高铁血红蛋白还原酶；细胞色素 b5 还原酶）的基因座位于 22 号染色体上。

布尔等人（1988）通过体细胞杂交将CYB5R3基因定位到22号染色体。

奈良原等人（1992）描述了一名 7 个月大的女孩，其 22 号染色体末端缺失：del（22）（q13.31）。他们证明芳基硫酸酯酶 A（ARSA; 607574）部分缺乏，CYB5R3 水平正常，这表明 ARSA 基因座可以区域性地分配给 22q13.31-qter，而 CYB5R3 基因座被排除在同一片段之外。

▼ 分子遗传学

Hopkinson 等人描述了红细胞 NADH 心肌酶的电泳变体（1970）。Roychoudhury 和 Nei（1988）将等位基因变异的基因频率数据制成表格。

Kobayashi 等人在患有 II 型高铁血红蛋白血症（250800）的同胞中，其特征是神经系统受累（1990）鉴定了 CYB5R3 基因中的纯合突变（S128P; 613213.0001）。患者类淋巴母细胞的酶活性降低至正常值的 10%。

Katsube 等人在一名 I 型遗传性高铁血红蛋白血症患者（250800）中，仅以紫绀为特征，无神经系统受累（1991）在 CYB5R3 基因（R58Q; 613213.0002）中发现纯合突变。Shirabe 等人在一名患有 I 型高铁血红蛋白血症的意大利患者中进行了研究（1992）鉴定了 CYB5R3 基因中的纯合突变（V106M; 613213.0004）。突变体酶的热稳定性低于野生型酶。

Vieira 等人在 3 名无血缘关系的患有严重隐性先天性 II 型高铁血红蛋白血症患者中发现，患者的症状为紫绀，并伴有严重的精神发育迟滞和神经功能障碍（1995）鉴定了 CYB5R3 基因中的纯合或复合杂合突变（613213.0006-613213.0009）。

珀西等人（2002）指出，已报道 CYB5R3 基因中有 33 种不同的突变导致常染色体隐性遗传先天性高铁血红蛋白血症。

马兰等人（2005）报道了 4 名无关的隐性高铁血红蛋白血症患者：2 名 I 型，2 名 II 型。鉴定出CYB5R3基因中的四种不同突变（参见例如613213.0008和613213.0012）。高铁血红蛋白水平范围为 12% 至 30%。

▼基因型/表型相关性

Shirabe（1997）指出，II型高铁血红蛋白血症患者的错义突变位于酶的催化中心附近，重组突变酶的催化效率较低，而I型患者的突变则位于酶的边缘部分，可能只会损害酶的稳定性。

阿尔夫斯等人（2000）提出了 CYB5R3 基因图，显示了导致 I 型高铁血红蛋白血症的 6 个突变和导致 II 型高铁血红蛋白血症的 13 个突变的位置。II 型似乎更常与完全终止或缺失相关，而 I 型更可能与氨基酸取代相关。

德克尔等人（2001）调查了7个患有I型高铁血红蛋白血症的家庭，发现了b5R基因的7个新突变。其中六个突变预测了不参与 NADH 或 FAD 结合减少的位点的氨基酸取代。第七个突变是导致 mRNA 中外显子 5 跳跃的剪接位点突变，以杂合形式与另一个等位基因上的错义突变一起存在。已知导致该疾病 II 型形式的另外两种取代直接影响共有 FAD 结合位点或间接影响 NADH 结合。这些数据支持这样的观点：酶失活是 II 型疾病的原因，而酶不稳定可能导致 I 型疾病。

▼ 等位基因变体（19 个选定示例）：

.0001 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，SER128PRO
该变体最初报告为 SER127PRO，根据修订后的编号已指定为 SER128PRO（Percy 和 Lappin，2008 年）。

在患有 II 型高铁血红蛋白血症的同胞中（250800），Kobayashi 等人（1990）鉴定了 CYB5R3 基因外显子 5 中的纯合 382T-C 转变，导致 ser128 到 pro（S128P）的取代。患者类淋巴母细胞的酶活性降低至正常对照的 10%，但可检测到 mRNA 和蛋白质。该突变预计发生在作为核苷酸结合结构域一部分的α螺旋结构中，这表明它引起了显着的构象变化和功能酶缺陷。

由比水等人（1991）利用大肠杆菌中可溶形式酶的表达系统和定点诱变制备并表征了突变酶，其中ser128被pro（S128P）或ala（S128A）取代。纯化的突变酶显示出无法区分的光谱特性，这与野生型酶的光谱特性不同，并且热稳定性低于野生型酶。结果表明，ser128 在维持酶中 NADH 结合位点的结构方面发挥着重要作用。ser128 的编号是针对 b5R 的膜结合形式，它有 300 个残基。该变体被称为“b5R 广岛”。

.0002 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，ARG58GLN
该变体最初报告为 ARG57GLN，根据修订后的编号已指定为 ARG58GLN（Percy 和 Lappin，2008 年）。

Katsube 等人在患有 I 型遗传性高铁血红蛋白血症（250800）的患者中（1991）在 CYB5R3 基因的外显子 3 中发现了 173G-A 转变，导致 arg58 到 gln（R58Q）的取代。该突变废除了 MspI 识别位点。通过PCR扩增片段的限制性分析以及扩增产物与等位基因特异性寡核苷酸探针的斑点印迹杂交来确认突变的纯合性。该变体被称为“b5R Toyoake”。

.0003 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，LEU149PRO
该变体最初报告为 LEU148PRO，根据修订后的编号已指定为 LEU149PRO（Percy 和 Lappin，2008 年）。

在 2 个日本兄弟中，他们是近亲出生的，患有遗传性高铁血红蛋白血症（250800），但没有神经系统损伤（Tanishima 等人，1985），Katsube 等人（1991）在 CYB5R3 基因的外显子 5 中发现纯合 446T-C 转变，导致 leu148 到 pro（L148P）的取代。该突变产生了 MspI 的识别位点。该变体被称为“b5R Kurobe”。在淋巴细胞、血小板以及红细胞中观察到 NADH 细胞色素 b5 还原酶缺乏，但没有相关的智力障碍。胜部等人（1991）将此称为“类型 III”。

通过体外功能研究，Nagai 等人（1993）发现突变型 L159P 酶保留了野生型酶约 60% 的催化活性，但热不稳定。突变酶在 42 摄氏度下孵育 10 分钟会导致酶活性损失 80%，而野生型酶在 50 摄氏度下孵育 30 分钟后活性损失不到 20%。另一种 leu149 被 ala 取代的突变体与野生型相比也显示出热稳定性降低，这意味着 leu149 具有结构作用。对 III 型黑部患者血细胞和成纤维细胞中酶活性的重新研究（Katsube 等人，1991）表明，与之前的报告相比，在这些细胞中可检测到约 40% 的正常活性。因此，这些患者，

.0004 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，VAL106MET
该变体最初报告为 VAL105MET，根据修订后的编号已指定为 VAL106MET（Percy 和 Lappin，2008 年）。

Shirabe 等人在一名患有 I 型高铁血红蛋白血症的意大利患者（250800）中进行了研究（1992）鉴定了 CYB5R3 基因外显子 4 中的 316G-A 转换，导致 val106-to-met（V106M）取代。突变体酶的热稳定性低于野生型酶。

.0005 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，IVS8AS，GT，-1
在 NADH-细胞色素 b5 还原酶普遍缺乏的患者（II 型高铁血红蛋白血症；250800）的培养成纤维细胞中，Shirabe 等人（1995）鉴定了 CYB5R3 基因内含子 8 中的纯合 G 到 T 颠换，导致剪接位点突变，并且血细胞和皮肤成纤维细胞中免疫学可检测的酶完全缺失。患者是意大利二表亲父母的女儿。她从出生的第一天起就出现紫绀，并表现出发育迟缓和精神运动发育迟缓。一岁时，她出现严重的痉挛性和肌张力障碍性四肢瘫痪，伴有不自主运动亢进、严重的小头畸形，以及对环境变化的非常简单和原始的反应。她还出现了难治性癫痫发作。9岁时，患者处于植物人状态。患者培养的成纤维细胞显示 NADH 依赖性细胞色素 c 还原酶、铁氰化物还原酶和半脱氢抗坏血酸还原酶活性严重降低。已知最后一种活性是由位于线粒体外膜上的酶引起的。因此，他们的结果表明，内质网和线粒体外膜中的还原酶是同一基因的产物，并表明抗坏血酸再生缺陷可能导致普遍型遗传性高铁血红蛋白血症的表型。

.0006 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，IVS5DS，GC，+8
Vieira 等人的近亲父母所生的阿尔及利亚患者患有 II 型高铁血红蛋白血症（1995）鉴定了 CYB5R3 基因外显子 5 的缺失，这是由于外显子 5 的 5-prime 剪接位点下游的内含子 5 位置 +8 处的 G 到 C 颠换所致。初级转录物的异常剪接显然导致了带有过早终止密码子的移码。该患者的突变是纯合的。

.0007 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，ARG219TER
该变体最初报告为 ARG218TER，根据修订后的编号已指定为 ARG219TER（Percy 和 Lappin，2008）。

在一名具有先天性 II 型高铁血红蛋白血症临床表现的阿尔及利亚患者（250800）中，Vieira 等人（1995）鉴定了 CYB5R3 基因外显子 8 中 arg219-to-ter（R219X）取代的纯合性。患者患有严重的智力低下、小头畸形和双侧手足徐动症，伴有紫绀以及红细胞、淋巴细胞和类淋巴母细胞系酶活性缺失。

.0008 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，CYS204ARG
该变体最初报告为 CYS203ARG，根据修订后的编号已指定为 CYS204ARG（Percy 和 Lappin，2008 年）。

在一名患有 II 型高铁血红蛋白血症的儿童（250800）中，Vieira 等人（1995）鉴定了 CYB5R3 基因中 2 个突变的复合杂合性：外显子 7 中的 T 到 C 转变导致 cys204 到 arg（C204R）取代，以及 3 bp 缺失（met273del; 613213.0009）。15 日龄时，根据持续发绀和与红细胞和淋巴细胞完全酶缺乏相关的神经系统表现，做出诊断。在没有血缘关系的父母中均检测到杂合水平的酶；母亲有西班牙血统，父亲有法国血统。一个等位基因携带 cys203 替换的错义突变

马兰等人（2005）报道了一名因 C204R 突变而患有 II 型高铁血红蛋白血症的患者。高铁血红蛋白含量为30%；红细胞中的 CYB5R3 活性为 50%，培养的淋巴细胞中的 CYB5R3 活性为 25%。

.0009 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，3-BP DEL，MET273DEL
该变体最初报告为 MET272DEL，根据修订后的编号已指定为 MET273DEL（Percy 和 Lappin，2008 年）。

讨论 Vieira 等人在 II 型高铁血红蛋白血症（250800）儿童的复合杂合状态下发现的 CYB5R3 基因（met273del）中的 3 bp 缺失（1995），参见 613213.0008。

.0010 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，3-BP DEL，895TTC
该变体最初报告为 PHE298DEL，根据修订后的编号已被指定为 PHE299DEL（Percy 和 Lappin，2008 年）。

Shirabe 等人在一名来自横滨的患有 II 型高铁血红蛋白血症的日本患者（250800）中进行了研究（1994）在 CYB5R3 基因的外显子 9 中鉴定出纯合的 3 bp 框内缺失（895delTTC），导致 299 位苯丙氨酸缺失。尽管导致缺失的机制仍存在争议，但滑动错配模型被认为是最合理的模型。该患者是来自横滨的日本人，生长迟缓、智力低下、发绀。突变体酶活性是野生型的0.4%，并且热稳定性差得多。

.0011 NADH-细胞色素 b5 还原酶多态性
CYB5R3，THR117SER
该变体最初报道为 THR116SER，根据修订后的编号已指定为 THR117SER（Percy 和 Lappin，2008）。

Jenkins 和 Prchal（1997）声称已经证明了 CYB5R3 基因中的第一个多态性：外显子 5 中的 C 到 G 颠换，导致 thr117 到 Ser（T117S）取代。该多态性仅在非裔美国人中发现，其中 112 条染色体中有 26 条呈 G 型，等位基因频率为 0.23。在 108 条白种人染色体、46 条亚洲染色体、44 条印度-雅利安人染色体或 14 条阿拉伯染色体中均未发现该基因。初步研究表明，多态性与酶活性不相关，也不产生任何疾病表型。这种显然起源于人类进化最近的非洲特有的多态性是否提供了任何特殊的生存优势仍有待确定。

.0012 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，IVS5AS，AC，-2
Owen 等人在一名患有 II 型高铁血红蛋白血症（250800）的 4 岁男孩中（1997）鉴定了外显子 6 的纯合框内删除，导致 28 个氨基酸（密码子 155 至 182）的删除。发现了内含子 5 剪接受体位点的不变 AG 二核苷酸的纯合 A-C 颠倒，并认为与外显子 6 的跳跃一致。该患者患有肌张力障碍性手足徐动型脑瘫，伴有智力低下和小头畸形。结果发现，他的高铁血红蛋白含量为 60%，该蛋白持续存在，但对抗坏血酸治疗有反应。

马兰等人（2005）报道了一名因 IVS5AS 剪接位点突变而导致 II 型高铁血红蛋白血症的患者。患者的高铁血红蛋白含量为 20%。鉴定出四种不同的 mRNA 转录本：正常转录本、外显子 6 的框内跳跃和部分包含内含子 6 的 2 个转录本。总体而言，mRNA 水平为正常对照的 7%。红细胞中的 CYB5R3 活性为对照的 2%，培养的淋巴细胞中的 CYB5R3 活性为对照的 25%。

.0013 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，LEU73PRO
该变体最初报告为 LEU72PRO，根据修订后的编号已指定为 LEU73PRO（Percy 和 Lappin，2008 年）。

Wu 等人对一名患有 I 型高铁血红蛋白血症（250800）的 3 岁中国女孩进行了研究（1998）鉴定了 CYB5R3 基因中的纯合 T 到 C 转变，导致 leu73 到 pro（L73P）取代。患者在正常妊娠和分娩后出生。从1个月大起，她就出现持续发绀的症状，但没有精神或神经系统异常，呼吸和心脏功能正常。高铁血红蛋白浓度为15%，红细胞中NADH-细胞色素b5R活性降低。她 5 岁的弟弟也有同样的症状，高铁血红蛋白为 14.5%，b5R 活性降低。未受影响的父母在红细胞中具有杂合的酶活性水平（约为正常对照的 65%）。

.0014 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，GLN77TER
在一名 II 型高铁血红蛋白血症患者（250800）中，Alfs 等人（2000）鉴定了 CYB5R3 基因中 2 个无义突变的复合杂合性：外显子 4 中的 gln77-to-ter（Q77X）突变和外显子 6 中的 arg160-to-ter 突变（R160X; 613213.0015）。受影响的孩子由健康、无关的印度斯坦苏里南父母所生，胎龄较小。出生后不久即出现中枢性紫绀。她表现出严重的精神运动迟缓和小头畸形。存在手足徐动、全身肌张力亢进、癫痫和完全性头滞后。6 岁时，大脑 MRI 显示额叶和双颞叶皮质萎缩、小脑萎缩、髓磷脂发育迟缓和基底神经节发育不全。几乎没有精神运动发育，痉挛性四肢瘫痪伴脊柱侧凸变得明显。

.0015 高铁血红蛋白血症，II 型
CYB5R3，ARG160TER
用于讨论 Aalfs 等人在 II 型高铁血红蛋白血症（250800）患者中以复合杂合状态发现的 CYB5R3 基因中的 arg160-to-ter（R160X）突变（2000），参见 613213.0014。

.0016 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，CYS204TYR
该变体最初报告为 CYS203TYR，根据修订后的编号已指定为 CYS204TYR（Percy 和 Lappin，2008 年）。

在一个中国家庭中，王等人（2000）发现 I 型隐性先天性高铁血红蛋白血症（250800）是由 CYB5R3 基因外显子 7 中 G 到 A 转变的纯合性引起的，导致 cys204 到 tyr（C204Y）取代。先前发现的同一密码子 C204R（613213.0008）中的突变导致 II 型高铁血红蛋白血症。Wang等人研究的患者表现较轻（2000）被认为是由于酶的催化活性没有受到太大影响，尽管突变酶表现出热稳定性下降和对胰蛋白酶的敏感性增加。

.0017 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，GLY292ASP
该变体最初报告为 GLY291ASP，根据修订后的编号已指定为 GLY292ASP（Percy 和 Lappin，2008）。

Deeny 等人的研究显示，其中 1 名最初患有 I 型隐性先天性高铁血红蛋白血症的患者（250800）（1943）和吉布森（1948），珀西等人（2002）鉴定了 CYB5R3 基因外显子 9 中 2 个新突变的杂合性：G-to-A 转变预测 gly292-to-asp（G292D）取代，以及密码子 255（GAG）（613213.0018）的 3 bp 框内删除，预测谷氨酸丢失。两种突变均发生在该蛋白质的羧基末端 NADH 结合叶中。Percy 等人利用功能表达研究（2005）表明突变型 G292D 酶保留了大约 58% 的残余酶活性。

.0018 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，GLU256DEL
该变体最初报告为 GLU255DEL，根据修订后的编号已指定为 GLU256DEL（Percy 和 Lappin，2008 年）。

Percy 等人讨论了 CYB5R3 基因中的 glu256（E256）缺失，该基因在 I 型高铁血红蛋白血症（250800）患者的复合杂合状态下被发现（2002），参见 613213.0017。

Percy 等人利用功能表达研究（2005）表明E256缺失酶保留了大约38%的残余酶活性。

.0019 高铁血红蛋白血症，I 型
CYB5R3，ASP240GLY
该变体最初报告为 ASP239GLY，根据修订后的编号已指定为 ASP240GLY（Percy 和 Lappin，2008 年）。

Percy 等人在一名患有 I 型高铁血红蛋白血症（250800）的爱尔兰患者中（2005）在 CYB5R3 基因的外显子 8 中鉴定出纯合的 A 到 G 转变，导致蛋白质的羧基末端 NADH 结合叶内发生 asp240 到甘氨酸（D240G）的取代。在一个不相关的爱尔兰家庭中，2 名患有 I 型高铁血红蛋白血症的同胞为 D240G 突变和另一个 CYB5R3 突变的复合杂合子。功能表达研究表明，D240G 突变保留了大量的酶活性，但扰乱了底物结合，导致 NADH 特异性降低，NADPH 特异性增加。