Studiet blev godkendt af det institutionelle bedømmelsesudvalg for University of Hong Kong/Hospital Authority Hong Kong West Cluster (UW12-211) og National Taiwan University Hospital (20170303073RINB). Der blev indhentet skriftligt informeret samtykke fra forsøgspersoner eller deres forældre. Et resumé af de kliniske, biokemiske og radiologiske karakteristika for de 11 patienter med identificerede COQ4-mutationer er vist i tabel 1. Patienterne 1-5 havde den klassiske fænotype med neonatalt debut beskrevet af Brea-Calvo et al. og Chung et al.,2,3 mens patienterne 6-11 havde et senere debut og mere heterogene træk. Hyppigheden af de forskellige fænotyper sammenlignet med tidligere undersøgelser er opsummeret i tabel 2. De tilsvarende MRI-billeder (magnetisk resonansbilleddannelse) er vist i fig. 1. Stamtavlerne for de ni familier er præsenteret i Fig. 2.
Fund ved magnetisk resonans (MR) i hjernen. a Axial T1W, b axial FLAIR, c DWI fra patient 1 på neonatalstadiet og d axial T2W ved opfølgning; e axial T1W og f MR-spektroskopi (MRS) på basale ganglier ved neonat og g axial T1W på spædbarnsstadiet fra patient 4; h koronal T2W, i sagittal T1W, j axial T2W og k axial T1W fra patient 11. MR-karakteristika omfatter cerebellær atrofi (hvide pile) (h, i) med progression (e, g); cerebral atrofi med frontal og anterior temporallobar prædominans (i-k); udtynding af corpus callosum (i); tab af hvid substans og cystisk forandring med frontal prædominans (stjerner) (j, k); involvering af basalganglier med begrænset diffusion og cystisk forandring ved opfølgning (buede pile) (a-d); laktattop ved ca. 1.3 ppm på MRS (pilespidser) (f)
Astamtavler for 9 familier med 11 forsøgspersoner beskrevet i vores undersøgelse
Patient 1
Patient 1 var en mand med en prænatal historie med oligohydramnios og intrauterin væksthæmning (IUGR). Han blev født ved 38 uger. Da han var 7 dage gammel, udviklede han tilbagevendende episoder af apnø, nedsat aktivitet og mild mælkesyreæmi. På dag 14 udviklede han kredsløbskollaps med alvorlig metabolisk acidose og mælkesyregigt op til 28,36 mmol/L (referenceinterval 0,5-2,20), hypotension, der krævede flere inotrope midler, en episode af pulsløs ventrikulær takykardi og respiratorisk svigt, der krævede intubation og respiratorstøtte. Derefter udviklede han tilbagevendende kramper, der blev kontrolleret med phenobarbiton og levetiracetam. MRI af hjernen i en alder af 3 uger viste symmetrisk T1- og T2-hyperintensitet med begrænset diffusion i de bilaterale lentiforme kerner. Der blev også påvist fokaliteter med begrænset diffusion i bilateral frontal hvid substans (fig. 1a-c). Magnetisk resonansspektroskopi (MRS) viste forhøjede laktattoppe ved bilaterale basalganglier og cerebral hvid substans. Efterfølgende opfølgende MRI viste etablerede infarkter med cystiske forandringer ved bilaterale lentiforme kerner (fig. 1d). Der blev også konstateret en let cerebellær hypoplasi. Seriel ekkokardiografi i de følgende måneder viste progressiv septal- og ventrikulær myokardiehypertrofi. WES identificerede sammensatte heterozygote mutationer i COQ4, en missense c.370G>A, p.(Gly124Ser) og en splejsningsmutation c.402+1G>C. Funktionel analyse af hudfibroblaster viste ETC-kompleks II+III-mangel på grund af lav CoQ-koncentration. I en alder af 5 måneder blev der givet CoQ10-tilskud op til 40 mg/kg/dag. Ved 8 måneder blev han på grund af dårlig neurologisk prognose og ringe respons på CoQ10-behandling overført til komfortpleje og ekstuberet. Han døde kortvarigt af respirationssvigt.
Patient 2
Patient 2 var en terminsfødt nyfødt mand. Han udviklede åndedrætsbesvær, hypotension og progressiv metabolisk acidose med et laktatniveau på 2,6 mmol/L og hyperalaninæmi, der krævede intubation og inotropisk støtte på 1. levedag. Et ekkokardiogram afslørede hypertrofisk kardiomyopati. Plasmaaminosyrer afslørede et højt indhold af alanin, prolin og tyrosin, og acylcarnitinprofilen var ikke bemærkelsesværdig. CoQ10-tilskud på 15 mg/kg/dag og carnitin på 100 mg/kg/dag blev forsøgt på hans anden levedag, men patienten bukkede under. WES afslørede sammensatte heterozygote mutationer i COQ4: en missense c.370G>A, p.(Gly124Ser) og en splejsningsmutation på c.402+1G>C.
Patient 3
Patient 3 blev født til terminen ved 37 ugers alderen. Hun udviklede forbigående åndedrætsbesvær kort efter fødslen. På 22. levedag fik hun kardiogent chok. Ekkokardiogrammet viste dårlig kontraktilitet med en venstre ventrikulær ejektionsfraktion på 20 % og en moderat perikardieudgydelse. Der var associeret mælkesyreæmi (24 mmol/L; referenceinterval 0,5-2,2) og hyperammonæmi (139 µmol/L; referenceinterval <100). Hun fik empirisk CoQ10-tilskud og intravenøst immunoglobulin. Hendes hjertefunktion forbedredes gradvist og normaliserede sig på dag 32 i livet. Hun udviklede anfald i en alder af 4 måneder, som krævede flere antikonvulsiva. Hun er alvorligt forsinket i sin udvikling. WES afslørede en homozygot COQ4-mutation c.370G>A, p.(Gly124Ser).
Patient 4 og Patient 5
Patient 4 var lillesøster til Patient 5. Hun havde en anamnese med IUGR før fødslen og blev født med 38 uger. Umiddelbart efter fødslen udviklede hun åndedrætsbesvær med intermitterende apnø og mælkesyreæmi (op til 10 mmol/L; referenceområde 0,5-2,2). MRI-hjernen viste symmetrisk T1-hyperintensitet ved bilaterale basalganglier med mild cerebellær hypoplasi (fig. 1e). MRS viste forhøjede laktattoppe ved bilaterale basalganglier (fig. 1f). Hun udviklede behandlingsresistente anfald i en alder af 2 måneder. Efterfølgende MRI i en alder af 9 måneder viste generaliseret progressiv cerebellær og cerebral atrofi med diffust tab af hvid substans, herunder udtynding af corpus callosum. Der blev set cystiske forandringer i den cerebrale hvide substans, de bilaterale basale ganglier og thalami (Fig. 1g). Seriel ekkokardiografi viste progressiv moderat venstre ventrikulær hypertrofi. På grund af den genkendelige kliniske præsentation blev der foretaget Sanger-sekventering, som afslørede en sammensat heterozygot COQ4-mutation: c.370G>A, p.(Gly124Ser) og c.402+1G>C. CoQ10-tilskud er blevet påbegyndt siden en alder af 4 år og 5 måneder.
Patient 5 var storesøster til patient 4. Hun blev født i 39 uger med en anamnese for IUGR. Hun udviklede kramper fra 2 måneders alderen med tilhørende mælkesyregigt og respirationssvigt, der krævede hjemmeventilation. Røntgenbilleder af brystet viste kardiomegali. CoQ10-tilskud blev forsøgt ved 1 års alderen, men døde af respirationssvigt 1 måned efter. Efter den genetiske diagnose af hendes lillesøster blev der foretaget Sanger-sekventering retrospektivt og afslørede den samme sammensatte heterozygote COQ4-mutation som hendes søster, c.370G>A, p.(Gly124Ser) og c.402+1G>C.
Patient 6
Patient 6 præsenterede sig ved 8 måneders alderen med alvorlig global udviklingsforsinkelse, mikrocefali, generaliseret dystoni, kortikal synsforstyrrelse og oromotorisk dysfunktion. Metabolisk undersøgelse afslørede mælkesyreæmi på 2,5-5,9 mmol/L og hyperalanæmi (626 µmol/L; referenceområde 143-439). WES afslørede sammensatte heterozygote mutationer i COQ4-genet: c.550T>C, p.(Trp184Arg) og c.402+1G>A. Funktionel analyse af hudfibroblaster viste ETC-kompleks II+III-mangel med lav CoQ-koncentration. Der blev ikke foretaget yderligere opfølgning på grund af adoption i udlandet.
Patient 7
Patient 7 var en pige, der blev født til terminen. Hun havde bilateral kortikal synsforstyrrelse siden fødslen og progressiv oromotorisk dysfunktion, der krævede gastrostomi-fodring. Hun havde en alvorlig global udviklingsforsinkelse. Hun udviklede generaliseret dystoni og spasticitet omkring 5 måneders alderen. Der var mælkesyreæmi på 2,4-3,2 mmol/L. WES afslørede en homozygot variant i COQ4-genet: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Funktionel analyse af hudfibroblasten viste ETC-kompleks II+III-mangel og lav CoQ-koncentration. Hun havde været på CoQ10-tilskud siden 2 års alderen. Der var ingen klinisk forbedring, og patienten døde i en alder af 3 år og 6 måneder.
Patient 8
Patient 8 er en pige, født fuldkommen født. Hun udviklede infantile spasmer i en alder af 6 måneder. Metabolisk udredning viste mælkesyreæmi på 2,2-4,2 mmol/L og hyperalanæmi (487 µmol/L; referenceområde 143-439). WES afslørede sammensatte heterozygote varianter af COQ4-genet c.371G>T, p.(Gly124Val), der var arvet fra moderen, og c.370G>A, p.(Gly124Ser), der var arvet fra faderen. Interessant nok var respiratorisk kædeenzymologi i skeletmuskelaktiviteterne normal, men funktionel analyse af hudfibroblaster viste ETC-kompleks II+III-mangel og lav CoQ10-koncentration. Der er blevet givet CoQ10-tilskud siden 9 måneders alderen med subjektiv forbedring af reaktionsevnen. Hun er i live og har opnået rimelig anfaldskontrol med levetiracetam og global udviklingsforsinkelse.
Patient 9
Patient 9 er en dreng, født fuldkommen termisk i 40 uger. Han præsenterede sig med infantile spasmer i en alder af 2 måneder. CoQ10-tilskud startede i en alder af 7 år og har været stabilt. WES afslørede en homozygot COQ4-mutation, c.370G>A, p.(Gly124Ser). Funktionel analyse af hudfibroblaster viste ETC-kompleks II+III-mangel og lav CoQ-koncentration.
Patient 10 og patient 11
Patient 10 er lillesøster til patient 11. Hun blev født med 36 uger. Hun udviklede forbigående åndedrætsbesvær efter fødslen. Hun var asymptomatisk indtil hun var 2 måneder gammel, da hun udviklede progressiv hypotoni, kortikal synsforstyrrelse, alvorlig udviklingsforsinkelse og anfald, der krævede flere antikonvulsive midler. Hendes ekkokardiogram viste progressiv dilateret kardiomyopati og mitralregurgitation. WES afslørede en homozygot COQ4-mutation: c.370G>A, p. (Gly124Ser). CoQ10-tilskud på 30 mg/kg/dag blev påbegyndt i en alder af 11 måneder, og hendes anfaldskontrol blev forbedret.
Patient 11 er storesøster til patient 10. Hun blev født til fuld termin. I en alder af 4 måneder præsenterede hun sig med anfald, hypotoni, spasticitet, oromotorisk dysfunktion og alvorlig udviklingsforsinkelse. Hun udviklede også en episode af akut myokarditis, hvor hendes ekkokardiogram viste diastolisk dysfunktion. MR-scanning af hjernen ved 14 måneder viste mild cerebellær atrofi og cerebral atrofi, cystiske forandringer i den hvide substans med bilateral frontal og anterior temporal prædominans og udtynding af corpus callosum. Basalganglier og hjernestam syntes bevaret (fig. 1h-k). Der blev ikke påvist mælkesyregigt. På grund af eksomfundene hos hendes søster blev der foretaget Sanger-sekventering, som afslørede en homozygot COQ4-mutation: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Hun var ikke på CoQ10-tilskud og døde som 20 måneder gammel på grund af en episode af sepsis.