粪卟啉原氧化酶; CPOX

CPO
CPX

HGNC 批准的基因符号：CPOX

细胞遗传学位置：3q11.2 基因组坐标（GRCh38）：3:98,570,488-98,593,611（来自 NCBI）

▼ 说明

CPOX 基因编码粪卟啉原氧化酶（EC 1.3.3.3），它是血红素生物合成途径的第六种酶。这种可溶性蛋白定位于线粒体，并通过三羧基中间体硬卟啉原催化血红素前体粪卟啉原 III 到原卟啉原 IX 的两步氧化脱羧（Hasanoglu 等人总结，2011）。

▼ 克隆与表达

河野等人（1993）从牛肝中纯化 CPO，使其具有明显的同质性，确定部分氨基酸序列，并使用基于胰蛋白酶消化肽序列的简并寡核苷酸，在聚合酶链式反应中扩增 CPO DNA 片段，使用牛肾细胞 cDNA 作为一个起始模板。该片段用作杂交探针，从小鼠红白血病细胞 cDNA 文库中分离全长 CPO 克隆。序列分析证明CPO包含354个氨基酸残基，具有31个氨基酸残基的推定前导序列，成熟蛋白具有323个氨基酸残基。马尔塔塞克等人（1994）确定了人类 cDNA 的序列并报告了预测的氨基酸序列。

▼ 基因结构

德尔福-拉鲁等人（1994）报道了整个 CPO 基因的外显子/内含子组织，包括所有外显子/内含子边界及其 5 素数和 3 素数侧翼区域的序列。该基因全长约 14 kb，由 7 个外显子和 6 个内含子组成。内含子的大小从 269 bp 到 5 kb 不等，并且在其边界处都有共有序列。启动子区域富含 GC，并包含多个潜在的 Sp1 元件、CACCC 框和潜在的 GATA-1 结合位点。

▼ 测绘

使用荧光原位杂交，Cacheux 等人（1994）将 CPO 基因定位到染色体 3q12，并通过人类基因与一组人类/啮齿动物体细胞杂交体中的 3 号染色体共分离来确认定位。

▼ 分子遗传学

粪卟啉症

Grandchamp 等人之前报道过一名患者（1977）并被认为患有纯合粪卟啉症（HCP; 121300），Martasek 等人（1994）鉴定了 CPO 基因中 arg231 至 trp 突变的杂合性（612732.0001）。

罗西帕尔等人（1999）研究了来自法国、荷兰和捷克共和国的 7 名无关杂合 HCP 患者的 CPO DNA。检测到 7 个新突变和 2 个新多态性。这些突变中，2个是错义突变，2个是无义突变，2个是小缺失，1个是剪接突变。 2个多态性位于该基因的非编码部分。罗西帕尔等人（1999）指出总共报道了 19 种不同的 CPO 基因缺陷。

拉莫里尔等人（2001）研究了 17 名无关的英国 HCP 患者。他们在 17 名患者中的 15 名中发现了 10 种新的 CPO 突变和 4 种先前报道的 CPO 突变。除 1 个突变外，所有突变均仅限于一个家族，其中以错义突变为主。两名未发现突变的患者均被明确诊断为 HCP。通过显示两名患者至少有 1 个基因内 SNP 杂合，排除了 CPO 基因的完全缺失。致病突变可能位于测序区域之外，或者是基于 PCR 的方法未检测到的部分缺失或插入。这项研究的结果表明，已知或预测会导致“纯合”的 CPO 突变的单拷贝可能会导致“纯合”。 HCP 或硬卟啉症可在成人中产生典型的 HCP，并证明表型的严重程度与粪卟啉原氧化酶突变导致的失活程度无关。

Wiman 等人在 9 个瑞典 HCP 家庭中的 5 个中进行了研究（2002）发现了 CPO 基因的突变。在这 2 个家族中，均发现了一个新的突变：ser208 变为 phe（S208F；612732.0010），arg328 变为 cys（R328C；612732.0011）。在其他 3 个家族的受影响成员中，2 个先前报告的突变 R331W（612732.0001）和 R447C（612732.0009）显示在 1 个等位基因上共存。这是首次报告患者在同一等位基因上携带 2 个 HCP 相关突变。

硬卟啉症

Nordmann 等人报道了 3 名患有硬卟啉症（HARPO；618892）的同胞（1983），拉莫里尔等人（1995）证明了 CPO 基因外显子 6 中 K404E 错义突变的纯合性（参见 612732.0003）。

施密特等人（2005）报道了第五位已知的硬卟啉症患者（来自第三个家庭），并证明了 K404E 突变的纯合性。

Hasanoglu 等人在一名由近亲父母出生的患有硬卟啉症的土耳其男婴中进行了研究（2011）鉴定了 CPOX 基因中的纯合 H327R 突变（612732.0014）。

▼ 基因型/表型相关性

施密特等人（2005）指出，所有 5 名报告的硬卟啉症患者（来自 3 个家庭）均具有纯合性 K404E 突变（612732.0003）或具有无效突变的复合杂合性。生化和表达研究表明，只有少数错义突变（仅限于外显子 6（D400-K404）编码的 5 个氨基酸）可能会积累大量的硬卟啉。 CPOX 基因其他地方发生的所有类型的突变都会导致粪卟啉积累，并随后导致典型的 HCP。他们表示，这是第一种代谢性疾病，其中明显疾病的临床表现取决于突变的位置和类型，导致急性肝性卟啉症或红细胞生成性卟啉症。

Hasanoglu 等人在一名由近亲父母出生的患有硬卟啉症的土耳其男婴中进行了研究（2011）鉴定了 CPOX 基因中的纯合 H327R 突变（612732.0014）。该突变发生在参与酶将硬卟啉原转化为原卟啉原 IX 的高度保守残基处。未受影响的父母和未受影响的兄弟都是该突变的杂合子。尚未对该变体进行功能研究，但结构分析表明它会改变酶的结构并影响第二个脱羧步骤。这些发现扩大了这种疾病的基因型/表型相关性。

▼ 历史

通过体细胞杂交的研究，Grandchamp 等人（1983）将粪卟啉原氧化酶基因座（CPO）分配给 9 号染色体。

▼ 等位基因变异体（14 个选定示例）：

.0001粪卟啉症
CPOX、ARG331TRP

Grandchamp 等人之前报道过一名患者（1977）并被认为患有纯合粪卟啉症（HCP; 121300），Martasek 等人（1994）证明了点突变导致色氨酸取代精氨酸。父母双方都是突变杂合子。马尔塔塞克等人（1994）将此突变称为 ARG231TRP（R231W）。基于 Delfau-Larue 等人描述的启动（1994），拉莫里尔等人（2001）将这种突变重新编号为 R331W，并表明它也可以导致杂合状态下的 HCP。

.0002粪卟啉症
CPOX、IVS6、G-A、-1

Delfau-Larue 等人在一名患有杂合型遗传性粪卟啉症（HCP; 121300）的捷克患者中（1994）在 CPO 基因的外显子 6 的最后一个核苷酸中发现了 G 到 A 的转变。发现外显子 6/内含子 6 连接是 CCA/gta，而不是正常的 CCG/gta。该突变导致外显子 6 的异常剪接和跳跃。

.0003 硬卟啉症
CPOX、LYS404GLU

在诺德曼等人报道的亲属中（1983）其中 3 名同胞患有硬卟啉症（HARPO; 618892），Lamoril 等人（1995）通过对 cDNA 和基因组 DNA 进行测序发现，患者携带点突变，导致外显子 6 中的 LYS304GLU 取代（现在称为 lys404-to-glu）并且缺乏正常等位基因，表明该突变处于纯合状态。对大肠杆菌中正常和突变的 CPO cDNA 表达的蛋白质的酶活性研究表明，K404E 氨基酸取代是酶活性降低和硬卟啉积累的原因。突变酶的米氏常数比正常酶高 10 倍，表明 304 位的赖氨酸对于结合底物很重要。还观察到对热变性的敏感性略有增加。

拉莫里尔等人（1995）根据 Taketani 等人描述的序列对该突变进行编号（1994）。随后，根据 Delfau-Larue 等人描述的起始密码子，该突变被称为 K404E（Lamoril 等人，1998）（1994）。

施密特等人（2005）报道了第五位已知的硬卟啉症患者（来自第三个家庭），并证明了 K404E 突变的纯合性。

.0004粪卟啉症
CPOX、5-BP INS、NT129

拉莫里尔等人（1997）在 3 名不相关的遗传性粪卟啉症患者（HCP; 121300）中，每人都证明了 CPO 基因中存在一种新的杂合突变。诊断依据为典型的临床表现，尿液中δ-氨基乙酰丙酸和胆色素原排泄增多，粪便和尿液中粪卟啉III排泄增多，淋巴细胞中COX活性降低50%。一名患者在核苷酸 129（129ins5）之后有一个 5 bp 的 GCGCA 插入，该插入导致移码，终止密码子出现在下游 93 个密码子处。

.0005粪卟啉症
CPOX，21-BP DEL

拉莫里尔等人（1997）在 3 名不相关的遗传性粪卟啉症患者（HCP; 121300）中，每人都证明了 CPO 基因中存在一种新的杂合突变。诊断依据为典型的临床表现，尿液中δ-氨基乙酰丙酸和胆色素原排泄增多，粪便和尿液中粪卟啉III排泄增多，淋巴细胞中COX活性降低50%。一名患者被发现在外显子 1（484del21）的核苷酸 483 之后有 21 bp 的框内缺失。

.0006 粪卟啉症
CPOX、HIS295ASP

拉莫里尔等人（1997）证明了 3 名不相关的遗传性粪卟啉症患者的 CPO 基因出现了新的突变（HCP; 121300）。诊断依据为典型的临床表现，尿液中δ-氨基乙酰丙酸和胆色素原排泄增多，粪便和尿液中粪卟啉III排泄增多，淋巴细胞中COX活性降低50%。一名患者在外显子 4 的核苷酸 883 处发生 C 至 G 颠换，导致 his295 替换为 asp（H295D）。

.0007 硬卟啉症
CPOX、IVS6DS、A-G、+3

拉莫里尔等人（1998）描述了一个患有新生儿溶血性贫血和硬卟啉症的家庭（HARPO; 618892）。受影响的成员是 lys404-to-glu（K404E）错义突变（612732.0003）和第二个等位基因的复合杂合子，该等位基因在内含子 6 中供体剪接位点的第三个位置处具有 A 到 G 的转变。该突变导致外显子 6 的跳跃和功能蛋白的缺失。拉莫里尔等人（1998）得出结论，K404E 取代，无论是纯合还是复合杂合状态，与导致功能性 mRNA 或蛋白质缺失的突变相关，是硬卟啉症特定临床表现的原因：黄疸、早发性严重慢性溶血性贫血。伴有肝脾肿大和皮肤光敏性。

.0008粪卟啉症
CPOX、GLN29TER

Susa 等人对一名 38 岁的日本妇女和她患有粪卟啉症（HCP; 121300）的 22 岁儿子进行了研究（1998）证明了 CPO 基因外显子 1 核苷酸位置 85 处的 C 到 T 转变，该转变位于假定的靶向线粒体的前序列中。该突变将谷氨酰胺的密码子更改为氨基酸位置 29（Q29X）的终止密码子。 MaeI 限制性分析显示该家族中有另外 2 名携带者。 C-to-T 突变位于假定的替代翻译起始密码子（TIC-1）内，这提供了 TIC-1（Delfau-Larue 等人，1994）才是真正的 TIC 而不是 TIC-2（Taketani 等人）的证据。等人，1994 年；Martasek 等人，1994 年）。

.0009 粪卟啉症
CPOX，ARG447CYS

拉莫里尔等人（2001）鉴定了 CPO 基因外显子 7 中的 1339C-T 突变，导致 arg447 到 cys（R447C）取代，与粪卟啉症（HCP; 121300）相关。维曼等人（2002）在粪卟啉症患者的同一等位基因上发现外显子 5 中的 R447C 突变和 R331W 突变（612732.0001）。

.0010 粪卟啉症
CPOX、SER208PHE

维曼等人（2002）在一名遗传性粪卟啉症（HCP; 121300）患者中发现了 CPO 基因外显子 2 中的杂合 623C-T 突变，导致 ser208 到 phe（S208F）取代。

.0011 粪卟啉症
CPOX、ARG328CYS

维曼等人（2002）在遗传性粪卟啉症（HCP; 121300）家族的受影响成员中，发现了 CPO 基因外显子 5 中的杂合 982C-T 突变，导致 arg328 到 cys（R328C）取代。

.0012 粪卟啉症
CPOX、1-BP INS、NT857

格罗斯等人（2002）报道了一位有症状的粪卟啉症患者（HCP; 121300）及其父亲的 CPO 基因外显子 4 的第 857 号核苷酸插入了一个腺嘌呤。

.0013 粪卟啉，DIGENIC
CPOX，GLY279ARG

赤城等人（2006）描述了一名患有急性卟啉症症状的白人男性，尿中 δ-氨基乙酰丙酸（ALA）、胆色素原（PBG）和粪卟啉增加，这与遗传性粪卟啉症（HCP; 121300）一致。然而，与 PBG 相比，ALA 的增加幅度大于预期，并且红细胞锌原卟啉的大幅增加表明存在额外的 ALA 脱水酶（ALAD）缺乏（612740）。赤城等人（2006）检测到 CPO 基因第 835 位核苷酸处的杂合性 G 到 C 颠换，导致 gly279 到 arg（G279R）氨基酸变化。在大肠杆菌中表达的突变蛋白不稳定，与野生型相比产生约5%的活性。在 ALAD 基因（125270.0006）的 1 个等位基因上发现错义突变。因此，该患者代表了第一例在分子水平上证明 CPO 和 ALAD 缺陷的卟啉症病例。

.0014 硬卟啉症
CPOX、HIS327ARG

Hasanoglu 等人在一名近亲父母出生的患有硬卟啉症（HARPO; 618892）的土耳其男婴中进行了研究（2011）鉴定了 CPOX 基因外显子 5 中的纯合 c.980A-G 转变，导致在参与酶将硬卟啉原转化为原卟啉原的高度保守残基处发生 his327-arg（H327R）取代九．患者出现新生儿黄疸、溶血性贫血和严重皮肤光过敏。 1.5 个月大时，他出现急性卟啉症，特点是肝脾肿大、肝酶升高、尿红色、代谢性酸中毒和严重的库姆斯阴性溶血性贫血。孩子5个月大时就去世了。实验室研究显示尿卟啉、氨基乙酰丙酸和胆色素原增加；未测量粪便卟啉。未受影响的父母和未受影响的兄弟都是该突变的杂合子。尚未对该变体进行功能研究，但结构分析表明它会改变酶的结构并影响第二个脱羧步骤。