铁螯合酶； FECH

血红素合成酶
铁螯合酶

HGNC 批准的基因符号：FECH

细胞遗传学位置：18q21.31 基因组坐标（GRCh38）：18:57,544,377-57,586,702（来自 NCBI）

▼ 说明

铁螯合酶（FECH；EC 4.99.1.1）是血红素生物合成途径的末端酶，催化铁插入原卟啉形成血红素。

▼ 克隆与表达

Nakahashi 等人通过用小鼠 Fech cDNA 的放射性标记片段筛选人胎盘 cDNA 文库（1990）克隆了人亚铁螯合酶的 cDNA。推导的蛋白质含有423个氨基酸，分子量约为48 kD。序列分析表明，成熟蛋白有369个氨基酸，推定的前导序列有54个氨基酸，分子量约为42 kD。人类和小鼠酶具有 88% 的序列同一性。Northern blot分析在K562和HepG2细胞中检测到2.5和1.6 kb的2个mRNA。

▼ 进化

古雅等人（2006）通过计算非同义突变与同义突变的比率，估计了人类和黑猩猩 FECH 基因之间发现的序列差异的中性。将他们的计算限制在蛋白质成熟部分的编码区域，他们发现了强有力的证据，证明突变体的负达尔文选择改变了蛋白质的功能。

▼ 测绘

惠特科姆等人（1991）通过将 cDNA 与分选的染色体杂交，将 FECH 基因定位到 18 号染色体。通过原位杂交实现了 18q22 的染色体亚定位。Inazawa 等人通过荧光原位杂交（FISH）方法（1991）证明 FECH 基因位于带 18q21.3。布伦纳等人（1992）通过染色体原位抑制杂交将FECH基因定位到18q21.3。

▼ 基因结构

竹谷等人（1992）证明 FECH 基因包含 11 个外显子，最小大小约为 45 kb。

▼ 基因功能

Bonkowsky 等人在患有红细胞生成性卟啉症（EPP; 177000）的患者中（1975）和 Bloomer（1980）证明亚铁螯合酶的活性降低至正常水平的 10% 至 25%。

塞勒斯等人（1998）设计重组人亚铁螯合酶，使其具有对应于外显子 3 至 11 的单个外显子缺失。当在大肠杆菌中表达时，这些酶都不具有显着的酶活性，并且都缺乏 2Fe-2S 簇。发现其中一个人类错义突变 F417S（612386.0004）和该位点的一系列氨基酸替换（即 F417W、F417Y 和 F417L），除 F417L 外，缺乏酶活性，并且不包含体内或体外分离的 2Fe-2S 簇。

奥加里等人（2005）在大肠杆菌中以串联方式共表达携带 His 和 HA 标签的人亚铁螯合酶，并发现亚铁螯合酶形成同二聚体。错义突变酶的同二聚体的产生量很少，并且活性非常低。具有野生型和错义突变酶的异二聚体降低了但显着的酶活性，而底物的 Km 值没有显着变化。热处理导致异二聚体突变体快速失活，表明不稳定。奥加里等人（2005）假设含有正常和突变的亚铁螯合酶的异二聚体的不稳定性，以及由于突变蛋白的结构缺陷导致的低产量水平，导致EPP患者中亚铁螯合酶的酶活性较弱。

菲利普斯等人（2019）研究了来自 10 名 X 连锁红细胞生成性原卟啉症（XLEPP; 300752）和 ALAS2（301300）突变个体的 EBV 转化的淋巴母细胞，以及 20 名患有复合杂合 FECH 突变的红细胞生成性原卟啉症-1（EPP1; 177000）个体（10 名患者）具有低表达 IVS3-48C-T 剪接突变（612386.0015）和 cys422 到甘氨酸取代，10 个具有 IVS3-48C-T 剪接突变和无义或剪接无效突变），以及 21 个对照。菲利普斯等人（2019）发现，与对照组相比，所有患者的细胞 FECH 酶活性均降低，并且 FECH 酶活性的降低与 MFRN1（SLC25A37; 610387） mRNA 水平密切相关。菲利普斯等人（2019）还发现携带 FECH IVS3-48C-T/无义突变的 EPP1 患者线粒体铁水平降低。

▼ 分子遗传学

Lamoril 等人在患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的患者中（1991）发现 FECH 基因（612386.0001-612386.0002）中 2 个突变存在复合杂合性。每个亲本对于其中一种突变都是杂合的。

鲁芬纳特等人（1998）对 FECH 基因进行了系统的突变分析，采用的程序结合了 FECH 基因组 DNA 的逐外显子变性梯度凝胶电泳筛选和直接测序。他们在 29 名瑞士和法国血统的 EPP 患者中的 26 名患者中描述了 20 种不同的突变，其中 15 种突变是首次描述。所有 EPP 患者，包括那些患有肝脏并发症的患者，其 FECH 基因突变均为杂合子。通过定点诱变产生的相应 FECH cDNA 的细菌表达来评估所有错义突变的有害影响。

施耐德·尹等人（2000）在 EPP 患者中发现了 5 个新的突变。其中之一是三点突变（612386.0014）。

施耐德·尹等人（2000）指出，明显 EPP 患者的遗传构成由突变的 FECH 等位基因和“低表达”正常等位基因组成；无症状携带者的基因是突变的 FECH 等位基因和正常表达的 FECH 等位基因的组合。他们表示，通过使用 2 个单核苷酸多态性（SNP）的单倍型分析，可以促进“低表达”等位基因的鉴定：启动子区域的 -251A-G 和 IVS1-23C-T。

使用单倍型分离分析，Gouya 等人（2002）表明 FECH 低表达的机制是 IVS3-48T-C 多态性（612386.0015），它调节组成型异常受体剪接位点的使用。异常剪接的 mRNA 通过无义介导的衰减机制被降解，产生稳定状态的 mRNA 水平降低以及 EPP 表型表达所需的额外 FECH 酶缺乏。通过使用 EPP 对 25 个家族成员进行基因分型，他们发现，反式到特定的 FECH 突变等位基因，在所有具有明显 EPP 的个体中，只有 IVS3-48C 多态性与低表达 FECH 等位基因共分离。此外，IVS3-48C 多态性与所有无症状携带者中的正常表达等位基因共分离。对另外 40 名无关的 EPP 个体进行基因分型显示，其中 38 人具有 IVS3-48C 等位基因。

维曼等人（2003）指出，26 个明显与 EPP 无关的家庭在瑞典 Porphyria 中心登记。他们对其中 9 个家族的剪接位点调节剂 IVS3-48C 进行了突变研究和调查。检测到 4 个新的 FECH 突变和 2 个之前报道的 FECH 突变。他们发现，所有携带突变等位基因和反式 IVS3-48C 的个体都受到明显的 EPP 影响。然而，他们认为，在 IVS3-48 处携带 T 反式突变等位基因的个体中可能存在轻微的临床和生化 EPP 症状，因为已发现 1 个此类病例。

奥里齐等人（2007）研究了 15 个患有红细胞生成性原卟啉症的意大利家庭，并鉴定了 10 种不同的 FECH 突变，其中 6 种是新的。

▼ 基因型/表型相关性

鲁芬纳特等人（1998）发现导致 FECH 等位基因无效的突变是 3 个患有肝脏并发症的 EPP 家系的共同特征。

布卢默等人（1998）重点关注需要肝移植的患者（即具有最严重表型的患者）中导致原卟啉症的基因突变。在 8 名无关患者中检查了 FECH 基因突变。从肝脏和/或淋巴母细胞中制备 RNA，并扩增特定逆转录酶嵌套聚合酶链反应并对 FECH cDNA 进行测序。产物比正常短的原因是 3 名患者（612386.0008 和 612386.0009）中外显子 3 缺失，2 名患者（612386.0010 和 612386.0011）中外显子 10 缺失，1 名患者（612386.0012）中外显子 2 缺失以及 1 名患者（612386.0012）中外显子 5 中 5 个核苷酸缺失（ 612386.0013）。正常大小的产物的序列显示没有其他突变。蛋白质印迹显示，与正常肝脏相比，原卟啉症肝脏中正常大小的 FECH 蛋白数量减少。肝脏 FECH 活性的降低程度超过了 FECH 蛋白减少所能解释的程度。在最严重的原卟啉症表型中发现的基因突变具有引起 FECH 蛋白主要结构改变的特性。布卢默等人（1998）认为肝脏可能导致原卟啉过度产生，从而导致其自身损伤，并且随着肝损伤的进展，过度产生可能会增加。

施耐德·尹等人（2000）报道称，在 EPP 患者的 FECH 基因中总共发现了 65 种不同的突变。在 89 名携带“无效等位基因”突变（导致形成截短蛋白）的 EPP 患者中，其中 18 名出现了与 EPP 相关的肝脏并发症。另一方面，在 19 名患者中发现的 16 个错义突变中没有一个与肝脏疾病相关（p = 0.038）。

▼ 动物模型

沙阿等人（2012）描述了一种直接机制，确定 Atpif1（614981）调节脊椎动物 Fech 合成血红素的催化效率。由于 Fech 活性降低和线粒体 pH 值升高，Atpif1 的缺失会损害斑马鱼、小鼠和人类造血模型中的血红蛋白合成。为了了解线粒体 pH、氧化还原电位、[2Fe-2S] 簇和 Fech 活性之间的关系，Shah 等人（2012）在“pinotage”（pnt）（一种严重贫血的斑马鱼模型）中使用了带有或不带有 [2Fe-2S] 簇的 Fech 构建体的遗传互补研究，以及调节线粒体 pH 值和氧化还原电位的药物。[2Fe-2S] 簇的存在使得脊椎动物 Fech 容易受到 Atpif1 调节的线粒体 pH 和氧化还原电位的扰动。因此，Atpif1缺乏会降低脊椎动物Fech合成血红素的效率，导致贫血。沙阿等人（2012）得出的结论是，他们将线粒体 Atpif1 鉴定为血红素合成调节剂，增进了对调节线粒体血红素稳态和红细胞发育机制的理解。

▼ 等位基因变异体（16 个选定示例）：

.0001 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，GLY55CYS

Lamoril 等人在一名患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的 27 岁男性中，出生于健康的非近亲法国父母（1991）鉴定了 FECH 基因中 2 个突变的复合杂合性：163G-T 颠换导致从其父亲继承的 gly55 到 cys（G55C）取代，以及 801G-A 转换导致 met267 到 ile（M267I; 612386.0002）继承自他的母亲。患者3岁时出现暴露在阳光下的皮肤灼痛和瘙痒，并伴有水肿和红斑。EPP 的诊断是在 17 岁时做出的。他没有贫血，肝脏检查正常，没有胆石症的迹象。淋巴细胞中亚铁螯合酶活性下降了 94%。父母双方淋巴细胞亚铁螯合酶活性均下降至正常值的 50%。两人都没有 EPP 的临床或生化症状。这两种突变均不存在于无关的 EPP 患者中，表明存在遗传异质性。

.0002 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，MET267ILE

讨论 Lamoril 等人在红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）患者的复合杂合状态下发现的 FECH 基因中的 met267-to-ile（M267I）突变（1991），参见 612386.0001。

.0003 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS1AS，CT，-23

Nakahashi 等人在来自一名 12 岁白人女孩的 EBV 转化的淋巴母细胞中，该女孩具有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的皮肤光敏性特征（1992）发现亚铁螯合酶活性、免疫化学定量蛋白质和 mRNA 含量约为正常值的一半。相反，先证者细胞中FECH mRNA的转录率正常，表明FECH mRNA减少是由于转录不稳定所致。先证者中编码亚铁螯合酶的 cDNA 克隆通过聚合酶链式反应（PCR）扩增分离出来，被发现编码正常蛋白或缺乏外显子 2 的异常蛋白。基因组 DNA 分析表明异常等位基因具有点突变， C-to-T，靠近内含子 1 的受体位点。该患者的研究结果被认为证实了常染色体显性遗传，至少对于这种突变。FECH 基因的内含子 1 和内含子 2 都非常长（分别为 8 kb 和 7 kb）。

.0004 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，PHE417SER

在患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的患者中，Brenner 等人（1992）发现了一个点突变，导致 FECH 蛋白羧基末端部分的 417 号密码子从苯丙氨酸（TTC）转变为丝氨酸（TCC）。重组亚铁螯合酶在大肠杆菌中的表达表明突变蛋白的活性明显缺乏。

.0005 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS9DS，GA，+1

中桥等人（1993）对一名患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的 37 岁日本男性进行了调查，该男性从儿童早期就经历了光过敏，并出现了以急性黄疸为特征的致命性肝功能衰竭，如 Bonkovsky 和 Schned（1986）所描述的那样。他们发现 FECH cDNA 缺少外显子 9，原因是内含子 9 供体位点的第一个位置发生 G 到 A 的转变。通过等位基因特异性寡核苷酸杂交分析，在受影响的家族成员中检测到了相同的突变。

.0006 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS10DS，AG，+3

萨卡尼等人（1994）报道了一个家庭，其中一对兄弟姐妹在青春期出现了肝衰竭。父母身体健康，非近亲结婚，无光过敏或肝病家族史。两名同胞从婴儿期起就患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1；177000）并伴有严重的光过敏。他的兄弟在 13 岁时出现了快速进行性肝衰竭。他接受了肝脏移植（Polson 等，1988），但在第二次移植后因慢性移植排斥而死亡。17岁时，他的妹妹出现肝衰竭，也需要移植；14个月后，她的情况依然良好。组织学检查证实两名同胞患有原卟啉肝病。尽管父母双方都没有症状，但各自都表现出亚铁螯合酶的部分缺陷，并且各自都被证明是 FECH 基因独特突变的杂合子。两者都是剪接位点突变。母亲的突变是内含子10供体位点+3位置处的A到G的变化；父亲的突变是位于内含子 10（612386.0007）受体剪接位点上游 6 个碱基处的核苷酸 1088 处的 T 到 G 颠换。因此，受影响的同胞是复合杂合子。正如从供体位点和受体位点附近的位置所预期的那样，突变损害了亚铁螯合酶转录本的外显子 10 的剪接。父本突变另外在残基 363（V363G）处用甘氨酸取代了缬氨酸，这可能会进一步降低酶活性。然而，突变的主要影响是排除了外显子 10 编码的 20 个氨基酸，这些氨基酸（除了缬氨酸）在脊椎动物进化中一直是保守的。萨卡尼等人（1994）指出杂合父母具有荧光红细胞（荧光细胞）并且红细胞原卟啉浓度增加。

.0007 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，VAL363GLY

Sarkany 等人讨论了 FECH 基因中的 val363-to-gly（V363G）突变，该突变在患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的同胞中以复合杂合状态发现（1994），参见 612386.0006。

.0008 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS3DS，TG，+2

Bloomer 等人在 2 名无血缘关系的红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）患者中进行了肝移植（1998）在 FECH 基因中发现杂合状态的剪接位点突变（IVS3+2T-G），导致外显子 3（氨基酸 66-105）缺失。

.0009 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS3DS，AC，+6

Bloomer 等人在一名接受肝移植的红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）患者中（1998）在 FECH 基因中发现杂合状态的剪接位点突变（IVS3+6A-C），导致外显子 3（氨基酸 66-105）缺失。

.0010 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，EX10DEL

Bloomer 等人通过对需要肝移植的原卟啉症（EPP1; 177000）患者进行基因组序列分析（1998）在 FECH 基因中内含子 10（1135A-T）供体位点 -3 处检测到 A-T 颠换，导致外显子 10（氨基酸 360-379）缺失。Wang 等人以杂合状态报道了这种突变（1993）。

.0011 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，1-BP DEL，1135A

布卢默等人（1998）在需要肝移植的原卟啉症（EPP1; 177000）患者中发现 FECH 基因第 1135 或 1136 位处的单个腺嘌呤核苷酸缺失。布卢默等人（1998）认为他们描述的外显子 10 突变（参见 612386.0010）表明核苷酸 1135 周围的区域对于正常剪接至关重要。

.0012 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS2DS，AG，+11

Bloomer 等人在一名接受肝移植的原卟啉症（EPP1; 177000）患者中（1998）在 FECH 基因中鉴定出杂合状态的剪接位点突变（IVS2+11A-G），导致外显子 2 缺失和 29 个氨基酸的截短蛋白。

.0013 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，5-BP DEL，NT580

Bloomer 等人在一名需要肝移植的红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）患者中（1998）鉴定出 FECH 基因外显子 5 中核苷酸 580-584 的缺失，导致移码和 208 个氨基酸的截短蛋白质。

.0014 原卟啉症、红细胞生成素、1
FECH、ASN408LYS、PRO409SER 和 CYS411GLY

Schneider-Yin 等人在患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的患者中（2000）发现FECH基因中的三重突变存在杂合性：1224T-A、1225C-T和1231T-G，导致asn408-to-lys/pro409-to-ser/cys411-to-gly氨基酸变化。患者母亲的 FECH 基因中不存在所有 3 个突变，这表明所有 3 个突变均与源自父亲的 FECH 等位基因对齐。

.0015 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，IVS3AS，TC，-48

红细胞生成性原卟啉症-1（EPP1; 177000）最常见的原因是这种低表达突变（IVS3-48C）与无效 FECH 等位基因反式遗传（Herrero 等，2007）。

古雅等人（2002）描述了一种内含子单核苷酸多态性IVS3-48T-C，其调节组成型异常受体剪接位点的使用。异常剪接的 mRNA 通过无义介导的衰减机制被降解，产生稳定状态的 mRNA 水平降低以及 EPP 表型表达所需的额外 FECH 酶缺乏。古雅等人（2002）认为这可以解释 EPP 的不完全外显率。他们利用 25 个由已识别的突变引起的 EPP 家族，明确确定了无症状携带者父母和患有明显 EPP 的个体中 19 条带有正常表达等位基因的孤立染色体和 23 条带有低表达等位基因的孤立染色体的单倍型。，分别。通过对 25 个 EPP 家族成员进行基因分型，他们发现，反式特定 FECH 突变等位基因，在所有具有明显 EPP 的个体中，只有 IVS3-48C 多态性与低表达 FECH 等位基因共分离。此外，IVS3-48T 多态性与所有无症状携带者中的正常表达等位基因共分离。对另外 40 名无关的 EPP 个体进行基因分型显示，其中 38 人具有 IVS3-48C 等位基因。对内含子 3/外显子 4 序列的分析表明，在通常使用的剪接位点上游 63 bp 处存在一个隐蔽的受体剪接位点。为了测试 IVS3-48T-C 转换对拼接效率的影响，Gouya 等人（2002）在真核表达载体中亚克隆了一个跨越外显子 3-4 的 1,936 bp 基因组片段，仅在 T/C 核苷酸上有所不同。IVS3-48C 和 IVS3-48T 小基因的转染表明，在这两种情况下都使用了生理和预测的隐性受体位点，但效率不同。IVS3-48C 小基因产生 40% 的异常剪接 mRNA，而 IVS3-48T 小基因仅产生 20%。

为了在更大的队列中证实 EPP 的临床表达通常需要野生型等位变体的低表达，Gouya 等人（2004）研究了 55 名患者和 80 名无关的白人受试者作为对照组。他们证实，野生型低表达等位基因现象通常以表明 EPP 不完全外显的机制起作用。

古雅等人（2006）表明 IVS3-48C 等位基因的频率从日本人的 43% 到西非黑人的不到 1%。他们的结论是，这种突变可能是在移民离开非洲后不久发生的。

.0016 原卟啉症，红细胞生成，1
FECH，ALA185THR

Herrero 等人在一名患有红细胞生成性原卟啉症（EPP1; 177000）的 15 岁女孩中（2007）鉴定了 FECH 基因外显子 5 中的纯合 553G-A 转换，导致 ala185 至 thr（A185T）取代。她的 IVS3-48T-C 多态性 T 变体是纯合的（参见 612386.0015）。A185T突变的残余活性是正常的4%。她的父母和她的妹妹均无症状，均为 A185T 突变杂合子，且均不携带低表达 IVS3-48C 等位基因。