先天性红细胞生成性卟啉病（Congenital Erythropoietic Porphyria, CEP）是一种罕见的常染色体隐性遗传病，源于血红素生物合成途径中尿卟啉原III合成酶（URO-synthase）的功能缺陷。酶活性降低导致卟啉前体（如尿卟啉原I和粪卟啉原I）的异常积累，这些光敏性分子在光照下会诱发自由基反应，从而引发严重的皮肤光损伤、疤痕形成以及牙齿和骨骼的异常着色。CEP在临床上的表现从轻度皮肤病变到胎儿水肿，严重程度与残余酶活性直接相关。
动物模型在揭示CEP的病理生理机制和探索潜在治疗方案方面具有重要意义。本研究通过对一只患有CEP的家猫的生物化学、遗传学及分子结构的深入分析，首次建立了自然发生的CEP猫模型。
研究方法
- 样本来源与特征描述
一只10岁的家养短毛猫因牙齿红棕色着色（在紫外线下发出红色荧光）被诊断为CEP。尿液呈深红色，血液和尿液中卟啉前体显著升高，但未发现其他明显临床症状。血液学分析显示轻度红细胞形态异常，但血铅检测和其他生化指标均在正常范围。 - 生化分析
- 测定尿液、血浆和红细胞中的卟啉及其前体浓度。结果显示，尿卟啉原I和粪卟啉原I的水平分别比正常值高出2650倍和245倍。相较于I型，III型异构体的积累极少。
- 红细胞URO-synthase活性低于正常猫的1%，而另一个相关酶HMB-synthase的活性则显著升高，进一步支持CEP的诊断。
- 基因与分子分析
通过基因测序发现该猫的URO-synthase基因存在两个错义突变：c.140C>T（导致S47F变异）和c.331G>A（导致G111S变异）。这两个突变均为纯合，且未在100个正常猫等位基因中检测到，表明其为致病突变。通过原核表达系统分别表达单突变和双突变的酶，进一步验证了突变对酶活性的影响。 - 酶功能与结构研究
- S47F突变对酶活性无显著影响，但导致酶的热稳定性降低。
- G111S突变使酶活性降至正常的60%，且显著影响酶的结构稳定性。
- 两种突变共存时，酶的活性进一步下降到20%，产量也显著减少，显示双突变对酶功能的协同破坏效应。三维分子建模结果显示，这两种突变引发了酶关键活性位点的显著结构变化。
研究结果与讨论
本研究建立了首个经生化和分子确诊的CEP猫模型，揭示了URO-synthase双突变在酶失活和疾病表型中的关键作用：
- 双突变的协同作用：尽管S47F突变本身影响有限，但与G111S突变协同作用后，显著降低了酶的活性和稳定性。这种结构功能关系不仅深化了我们对CEP致病机制的理解，也为类似人类突变的研究提供了新思路。
- 遗传与表型特征：与其他动物模型（如猪和牛）不同，该猫的CEP具有隐性遗传特征，且表现出典型的牙齿荧光和卟啉积累。
- 潜在应用：此模型为进一步研究CEP的病理机制及开发治疗方法（如基因治疗或干细胞移植）提供了独特的机会。
结论
本研究不仅首次证实了CEP在猫中的自然发生，还明确了URO-synthase双突变对疾病发病机制的影响。这一猫模型的建立为深入研究CEP及其他卟啉病提供了关键平台，也为未来评估创新治疗策略（如基因编辑和细胞疗法）奠定了基础。
参考文献
Feline Congenital Erythropoietic Porphyria: Two Homozygous UROS Missense Mutations Cause the Enzyme Deficiency and Porphyrin Accumulation