Die Studie wurde vom institutionellen Prüfungsausschuss der Universität Hongkong/Hospital Authority Hong Kong West Cluster (UW12-211) und des National Taiwan University Hospital (201703073RINB) genehmigt. Von den Probanden oder ihren Eltern wurde die schriftliche Einwilligung nach Aufklärung eingeholt. Eine Zusammenfassung der klinischen, biochemischen und radiologischen Merkmale der 11 Patienten mit identifizierten COQ4-Mutationen ist in Tabelle 1 dargestellt. Die Patienten 1-5 wiesen den klassischen neonatalen Phänotyp auf, der von Brea-Calvo et al. und Chung et al.2,3 beschrieben wurde, während die Patienten 6-11 später auftraten und heterogenere Merkmale aufwiesen. Die Häufigkeit der verschiedenen Phänotypen im Vergleich zu früheren Studien ist in Tabelle 2 zusammengefasst. Die entsprechenden MRT-Bilder (Magnetresonanztomographie) sind in Abb. 1 dargestellt. Die Stammbäume der neun Familien sind in Abb. 2 dargestellt.
Zerebrale Magnetresonanzbefunde (MR). a Axiales T1W, b axiales FLAIR, c DWI von Patient 1 im Neugeborenenstadium und d axiales T2W bei der Nachuntersuchung; e axiales T1W und f MR-Spektroskopie (MRS) der Basalganglien im Neugeborenen- und g axiales T1W im Säuglingsstadium von Patient 4; h koronales T2W, i sagittales T1W, j axiales T2W, k axiales T1W von Patient 11. Zu den MR-Merkmalen gehören Kleinhirnatrophie (weiße Pfeile) (h, i) mit Progression (e, g); zerebrale Atrophie mit Überwiegen des Frontal- und vorderen Temporallappens (i-k); Ausdünnung des Corpus callosum (i); Verlust der weißen Substanz und zystische Veränderungen mit Überwiegen des Frontallappens (Sternchen) (j, k); Beteiligung der Basalganglien mit eingeschränkter Diffusion und zystischen Veränderungen bei der Nachuntersuchung (gebogene Pfeile) (a-d); Laktatpeak bei etwa 1.3 ppm in der MRS (Pfeilspitzen) (f)
Pedigrees von 9 Familien mit 11 Probanden, die in unserer Studie beschrieben wurden
Patient 1
Patient 1 war ein Mann mit einer vorgeburtlichen Geschichte von Oligohydramnion und intrauteriner Wachstumsrestriktion (IUGR). Er wurde in der 38. Woche geboren. Im Alter von 7 Tagen entwickelte er wiederkehrende Episoden von Apnoe, verminderter Aktivität und leichter Laktatazidämie. Am 14. Tag kam es zu einem Kreislaufkollaps mit schwerer metabolischer Azidose und einer Laktatazidose von bis zu 28,36 mmol/l (Referenzbereich 0,5-2,20), einer Hypotonie, die mehrere Inotropika erforderte, einer pulslosen ventrikulären Tachykardie und einem Atemversagen, das eine Intubation und die Unterstützung durch ein Beatmungsgerät erforderte. Danach entwickelte er rezidivierende Krämpfe, die mit Phenobarbiton und Levetiracetam kontrolliert wurden. Die MRT des Gehirns im Alter von 3 Wochen zeigte eine symmetrische T1- und T2-Hyperintensität mit eingeschränkter Diffusion in den bilateralen lentiformen Kernen. Foci mit eingeschränkter Diffusion wurden auch in der bilateralen frontalen weißen Substanz festgestellt (Abb. 1a-c). Die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) zeigte erhöhte Laktatspitzen in den bilateralen Basalganglien und der weißen Substanz des Gehirns. Die anschließende MRT zeigte nachgewiesene Infarkte mit zystischen Veränderungen in den bilateralen lentiformen Kernen (Abb. 1d). Außerdem wurde eine leichte Kleinhirnhypoplasie festgestellt. Serien-Echokardiographien in den folgenden Monaten zeigten eine progressive septale und ventrikuläre Myokardhypertrophie. Durch WES wurden heterozygote Compound-Mutationen in COQ4 identifiziert, eine Fehlfunktion c.370G>A, p.(Gly124Ser) und eine Spleißmutation c.402+1G>C. Die funktionelle Analyse der Hautfibroblasten zeigte einen ETC-Komplex II+III-Mangel aufgrund einer niedrigen CoQ-Konzentration. Im Alter von 5 Monaten wurde eine CoQ10-Ergänzung bis zu 40 mg/kg/Tag verabreicht. Im Alter von 8 Monaten wurde er angesichts der schlechten neurologischen Prognose und des schlechten Ansprechens auf die CoQ10-Behandlung auf eine Komfortpflege umgestellt und extubiert. Er verstarb kurz darauf an Atemversagen.
Patient 2
Patient 2 war ein männliches Neugeborenes. Er entwickelte Atemnot, Hypotonie und eine progressive metabolische Azidose mit einem Laktatspiegel von 2,6 mmol/l und Hyperalaninämie, die eine Intubation und inotrope Unterstützung am ersten Lebenstag erforderte. Das Echokardiogramm ergab eine hypertrophe Kardiomyopathie. Die Plasmaaminosäuren wiesen hohe Alanin-, Prolin- und Tyrosinwerte auf, und das Acylcarnitinprofil war unauffällig. Am zweiten Lebenstag wurde eine CoQ10-Ergänzung in Höhe von 15 mg/kg/Tag und Carnitin in Höhe von 100 mg/kg/Tag versucht, doch der Patient verstarb. Die WES ergab eine heterozygote Mutation in COQ4: eine Fehlfunktion c.370G>A, p.(Gly124Ser) und eine Spleißmutation von c.402+1G>C.
Patientin 3
Patientin 3 wurde in der 37. Kurz nach der Geburt entwickelte sie eine vorübergehende Atemnot. Am 22. Lebenstag erlitt sie einen kardiogenen Schock. Das Echokardiogramm zeigte eine schlechte Kontraktilität mit einer linksventrikulären Auswurffraktion von 20 % und einen mäßigen Perikarderguss. Es bestand eine begleitende Milchsäureanämie (24 mmol/L; Referenzbereich 0,5-2,2) und eine Hyperammonämie (139 µmol/L; Referenzbereich <100). Sie erhielt empirisch eine CoQ10-Supplementierung und intravenöses Immunglobulin. Ihre Herzfunktion verbesserte sich allmählich und normalisierte sich bis zum 32. Im Alter von 4 Monaten entwickelte sie Krampfanfälle und benötigte mehrere Antikonvulsiva. Sie ist in ihrer Entwicklung stark verzögert. Die WES ergab eine homozygote COQ4-Mutation c.370G>A, p.(Gly124Ser).
Patientin 4 und Patient 5
Patientin 4 war die jüngere Schwester von Patient 5. Sie wies vorgeburtlich eine IUGR auf und wurde in der 38. Unmittelbar nach der Geburt entwickelte sie Atemnot mit intermittierender Apnoe und Laktatazidämie (bis zu 10 mmol/L; Referenzbereich 0,5-2,2). Die MRT des Gehirns zeigte eine symmetrische T1-Hyperintensität in den bilateralen Basalganglien mit einer leichten Kleinhirnhypoplasie (Abb. 1e). Die MRS zeigte erhöhte Laktatspitzen in den bilateralen Basalganglien (Abb. 1f). Im Alter von 2 Monaten entwickelte sie behandlungsresistente Krampfanfälle. Die anschließende MRT-Untersuchung im Alter von 9 Monaten zeigte eine generalisierte progressive Atrophie des Kleinhirns und des Großhirns mit diffusem Verlust der weißen Substanz einschließlich Ausdünnung des Corpus callosum. In der zerebralen weißen Substanz, den bilateralen Basalganglien und den Thalami wurden zystische Veränderungen festgestellt (Abb. 1g). Das serielle Echokardiogramm zeigte eine fortschreitende moderate linksventrikuläre Hypertrophie. Aufgrund des auffälligen klinischen Bildes wurde eine Sanger-Sequenzierung durchgeführt und eine heterozygote COQ4-Mutation festgestellt: c.370G>A, p.(Gly124Ser) und c.402+1G>C. Im Alter von 4 Jahren und 5 Monaten wurde mit der Einnahme von CoQ10 begonnen.
Patientin 5 war die ältere Schwester von Patient 4. Sie wurde in der 39. Woche mit einer vorgeburtlichen Anamnese von IUGR geboren. Im Alter von 2 Monaten entwickelte sie Krampfanfälle, die mit einer Laktatazidose und einer Ateminsuffizienz einhergingen und eine Heimbeatmung erforderlich machten. Die Röntgenaufnahme des Brustkorbs zeigte eine Kardiomegalie. Im Alter von 1 Jahr wurde eine CoQ10-Supplementierung versucht, aber 1 Monat später verstarb sie an Atemversagen. Nach der genetischen Diagnose ihrer jüngeren Schwester wurde retrospektiv eine Sanger-Sequenzierung durchgeführt, die dieselbe heterozygote COQ4-Mutation wie bei ihrer Schwester ergab: c.370G>A, p.(Gly124Ser) und c.402+1G>C.
Patientin 6
Patientin 6 wurde im Alter von 8 Monaten mit schwerer globaler Entwicklungsverzögerung, Mikrozephalie, generalisierter Dystonie, kortikaler Sehbehinderung und oromotorischer Dysfunktion vorgestellt. Die Stoffwechseluntersuchung ergab eine Milchsäureanämie von 2,5-5,9 mmol/L und eine Hyperalanämie (626 µmol/L; Referenzbereich 143-439). Die WES ergab heterozygote Mutationen im COQ4-Gen: c.550T>C, p.(Trp184Arg) und c.402+1G>A. Die funktionelle Analyse der Hautfibroblasten ergab einen ETC-Komplex II+III-Mangel mit niedriger CoQ-Konzentration. Aufgrund einer Adoption in Übersee erfolgte keine weitere Nachuntersuchung.
Patientin 7
Patientin 7 war ein Mädchen, das als Vollgeburt geboren wurde. Sie hatte seit ihrer Geburt eine beidseitige kortikale Sehbehinderung und eine progressive oromotorische Dysfunktion, die eine Gastrostomie-Ernährung erforderte. Sie hatte eine schwere globale Entwicklungsverzögerung. Im Alter von 5 Monaten entwickelte sie eine generalisierte Dystonie und Spastik. Es lag eine Laktatazidämie von 2,4-3,2 mmol/L vor. Die WES ergab eine homozygote Variante im COQ4-Gen: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Eine Funktionsanalyse der Hautfibroblasten ergab einen Mangel an ETC-Komplex II+III und eine niedrige CoQ-Konzentration. Sie nahm seit ihrem 2. Lebensjahr ein CoQ10-Präparat ein. Es trat keine klinische Besserung ein, und die Patientin starb im Alter von 3 Jahren und 6 Monaten.
Patientin 8
Patientin 8 ist ein Mädchen, das als Vollgeburt geboren wurde. Im Alter von 6 Monaten entwickelte sie infantile Spasmen. Die Stoffwechseluntersuchung ergab eine Laktatazidämie von 2,2-4,2 mmol/L und eine Hyperalanämie (487 µmol/L; Referenzbereich 143-439). Die WES ergab heterozygote Varianten des COQ4-Gens c.371G>T, p.(Gly124Val), vererbt von der Mutter, und c.370G>A, p.(Gly124Ser), vererbt vom Vater. Interessanterweise war die Enzymologie der Atmungskette in den Skelettmuskeln normal, aber die Funktionsanalyse der Hautfibroblasten zeigte einen Mangel an ETC-Komplex II+III und eine niedrige CoQ10-Konzentration. Seit ihrem 9. Lebensmonat erhält sie eine CoQ10-Ergänzung, was zu einer subjektiven Verbesserung der Reaktionsfähigkeit führte. Sie ist am Leben und hat eine gute Anfallskontrolle mit Levetiracetam und eine globale Entwicklungsverzögerung erreicht.
Patient 9
Patient 9 ist ein Junge, der mit 40 Wochen voll ausgetragen wurde. Im Alter von 2 Monaten stellte er sich mit infantilen Spasmen vor. Die CoQ10-Supplementierung begann im Alter von 7 Jahren und blieb stabil. Die WES ergab eine homozygote COQ4-Mutation, c.370G>A, p.(Gly124Ser). Die Funktionsanalyse der Hautfibroblasten ergab einen Mangel an ETC-Komplex II+III und eine niedrige CoQ-Konzentration.
Patientin 10 und Patient 11
Patientin 10 ist die jüngere Schwester von Patient 11. Sie wurde mit 36 Wochen geboren. Nach der Geburt entwickelte sie eine vorübergehende Atemnot. Sie war bis zum Alter von 2 Monaten asymptomatisch, als sie eine progressive Hypotonie, eine kortikale Sehbehinderung, eine schwere Entwicklungsverzögerung und Krampfanfälle entwickelte, die mehrere Antikonvulsiva erforderten. Ihr Echokardiogramm zeigte eine fortschreitende dilatative Kardiomyopathie und Mitralinsuffizienz. Die WES ergab eine homozygote COQ4-Mutation: c.370G>A, p. (Gly124Ser). Im Alter von 11 Monaten wurde mit einer CoQ10-Ergänzung von 30 mg/kg/Tag begonnen, und ihre Anfallskontrolle verbesserte sich.
Patientin 11 ist die ältere Schwester von Patientin 10. Sie wurde als Vollgeburt geboren. Im Alter von 4 Monaten stellte sie sich mit Krampfanfällen, Hypotonie, Spastik, oromotorischen Störungen und schwerer Entwicklungsverzögerung vor. Außerdem entwickelte sie eine akute Myokarditis, während der ihr Echokardiogramm eine diastolische Dysfunktion zeigte. Die MRT des Gehirns im Alter von 14 Monaten zeigte eine leichte Atrophie des Kleinhirns und eine zerebrale Atrophie, zystische Veränderungen der weißen Substanz mit beidseitiger frontaler und anteriorer temporaler Dominanz und eine Ausdünnung des Corpus callosum. Basalganglien und Hirnstamm schienen erhalten zu sein (Abb. 1h-k). Eine Laktatazidose wurde nicht festgestellt. Aufgrund der Exom-Befunde ihrer Schwester wurde eine Sanger-Sequenzierung durchgeführt, die eine homozygote COQ4-Mutation ergab: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Sie nahm keine CoQ10-Ergänzung ein und verstarb im Alter von 20 Monaten an einer Sepsis.