Tmlhe,即Trimethyllysine hydroxylase epsilon (TMLHE),是位于X染色体上的一种基因,编码一种名为N6-trimethyllysine dioxygenase (TMLD)的酶,该酶在肉碱生物合成途径中起重要作用。肉碱是脂肪酸代谢的关键物质,对于维持正常的能量代谢和神经功能至关重要。TMLHE基因的突变或缺失会导致TMLD酶活性降低,从而影响肉碱的生物合成和水平,进而可能影响多种生物学过程和疾病的发生发展。
在自闭症谱系障碍(ASD)的研究中,TMLHE基因引起了特别的关注。研究表明,TMLHE基因的突变与ASD的发生风险相关。例如,TMLHE基因的缺失会导致血浆和尿液中6-N-三甲基赖氨酸(TML)浓度升高,而3-羟基-6-N-三甲基赖氨酸和γ-丁酰甜菜碱(γ-丁酰甜菜碱)的浓度降低。TMLHE缺陷在ASD患者中的频率高于正常人群,特别是在男性患者中更为常见。此外,TMLHE基因的突变还与一些其他神经发育障碍相关,如智力障碍和行为问题[3,6]。
TMLHE基因的突变不仅影响神经发育,还可能影响心脏和肌肉功能。TMLHE基因的缺失会导致肉碱和γ-丁酰甜菜碱的浓度显著降低,但不会导致心脏和肌肉功能障碍。TMLHE基因敲除小鼠的长期随访研究发现,尽管肉碱水平极低,但小鼠的寿命与野生型小鼠相似。这表明低水平的肉碱可以维持足够的能量产生、肌肉功能和社交行为[1]。TMLHE基因的缺失还会降低心脏组织中长链酰基肉碱的浓度,从而防止缺血再灌注引起的线粒体和心脏损伤。TMLHE基因敲除小鼠的心脏组织中长链酰基肉碱的浓度降低了85%,脂肪酸氧化降低了30%,但并没有影响小鼠的心脏和肌肉功能[2]。TMLHE基因的缺失还会导致心脏组织中多不饱和脂肪酸(PUFAs)水平升高,并使脂肪酸成分从饱和向不饱和脂肪转变。此外,TMLHE基因敲除小鼠的心脏组织中OXPHOS依赖的呼吸速率和OXPHOS偶联效率得到了完全保留,且心肌组织中缺血再灌注引起的ROS产生得到了有效抑制。这表明TMLHE基因的缺失可以保护心脏免受缺血再灌注损伤[2]。
TMLHE基因的突变还可能影响其他生物学过程,如衰老和细胞生长。TMLHE基因敲除小鼠的血浆中N6,N6,N6-三甲基-L-赖氨酸(TML)浓度升高,而肝脏和肾脏中TML dioxygenase的mRNA水平显著降低。这表明TMLHE基因的缺失会影响肉碱的生物合成,进而影响脂肪酸代谢和细胞功能。TMLHE基因敲除小鼠的寿命比野生型小鼠短,这表明TMLHE基因的缺失可能加速衰老过程[4]。
TMLHE基因的突变还可能影响其他基因的表达和功能。SPRY3基因是位于X染色体上的一种基因,与TMLHE基因相邻。研究表明,SPRY3基因的表达受到X染色体和PAR2相关启动子的调节。SPRY3基因的表达与ASD的发生风险相关,且SPRY3基因的突变可能导致ASD的发生。此外,SPRY3基因的表达还受到转录因子MAZ、EGR1、ZNF263和PAX6的调节[5]。
综上所述,TMLHE基因在肉碱生物合成途径中起重要作用,其突变或缺失可能导致多种生物学过程和疾病的发生发展。TMLHE基因的突变与ASD的发生风险相关,且TMLHE基因的缺失可能影响心脏和肌肉功能、衰老和细胞生长、其他基因的表达和功能等。进一步研究TMLHE基因的生物学功能和疾病发生机制,对于开发新的治疗和预防策略具有重要意义。
参考文献:
1. Liepinsh, Edgars, Svalbe, Baiba, Stelfa, Gundega, Schiöth, Helgi B, Dambrova, Maija. 2023. Knockout of Tmlhe in mice is not associated with autism spectrum disorder phenotypes or motor dysfunction despite low carnitine levels. In Molecular autism, 14, 29. doi:10.1186/s13229-023-00560-7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37553674/
2. Liepinsh, Edgars, Kuka, Janis, Vilks, Karlis, Makrecka-Kuka, Marina, Dambrova, Maija. 2021. Low cardiac content of long-chain acylcarnitines in TMLHE knockout mice prevents ischaemia-reperfusion-induced mitochondrial and cardiac damage. In Free radical biology & medicine, 177, 370-380. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2021.10.035. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34728372/
3. Celestino-Soper, Patrícia B S, Violante, Sara, Crawford, Emily L, Vaz, Frédéric M, Beaudet, Arthur L. 2012. A common X-linked inborn error of carnitine biosynthesis may be a risk factor for nondysmorphic autism. In Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109, 7974-81. doi:10.1073/pnas.1120210109. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22566635/
4. Kadota, Yoshito, Yano, Asuka, Kawakami, Takashige, Sato, Masao, Suzuki, Shinya. 2021. Metabolomic profiling of plasma from middle-aged and advanced-age male mice reveals the metabolic abnormalities of carnitine biosynthesis in metallothionein gene knockout mice. In Aging, 13, 24963-24988. doi:10.18632/aging.203731. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34851303/
5. Ning, Zhenfei, McLellan, Andrew S, Ball, Melanie, O'Keeffe, Gerard, Moore, Tom. 2015. Regulation of SPRY3 by X chromosome and PAR2-linked promoters in an autism susceptibility region. In Human molecular genetics, 24, 5126-41. doi:10.1093/hmg/ddv231. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26089202/
6. Nava, C, Lamari, F, Héron, D, Brice, A, Depienne, C. 2012. Analysis of the chromosome X exome in patients with autism spectrum disorders identified novel candidate genes, including TMLHE. In Translational psychiatry, 2, e179. doi:10.1038/tp.2012.102. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23092983/