Badanie zostało zatwierdzone przez institutional review board of the University of Hong Kong/Hospital Authority Hong Kong West Cluster (UW12-211) and the National Taiwan University Hospital (201703073RINB). Pisemną świadomą zgodę uzyskano od uczestników badania lub ich rodziców. Podsumowanie charakterystyki klinicznej, biochemicznej i radiologicznej 11 pacjentów ze zidentyfikowanymi mutacjami COQ4 przedstawiono w Tabeli 1. Pacjenci 1-5 mieli klasyczny fenotyp o początku noworodkowym opisany przez Brea-Calvo i wsp. oraz Chung i wsp.,2,3 podczas gdy pacjenci 6-11 mieli późniejszy początek i bardziej heterogenne cechy. Częstość występowania odmiennych fenotypów w porównaniu z poprzednimi badaniami podsumowano w Tabeli 2. Odpowiadające im obrazy MRI (magnetic resonance imaging) przedstawiono na rycinie 1. Rodowody dziewięciu rodzin przedstawiono na ryc. 2.
Wyniki rezonansu magnetycznego mózgu (MR). a osiowy T1W, b osiowy FLAIR, c DWI u pacjenta 1 w okresie noworodkowym i d osiowy T2W w okresie obserwacji; e osiowy T1W i f spektroskopia MR (MRS) w zwojach podstawy u noworodka i g osiowy T1W w okresie niemowlęcym u pacjenta 4; h koronalny T2W, i strzałkowy T1W, j osiowy T2W, k osiowy T1W u pacjenta 11. Cechy MR obejmują atrofię móżdżku (białe strzałki) (h, i) z progresją (e, g); atrofię mózgu z przewagą płatów czołowych i przednich skroniowych (i-k); ścieńczenie ciała modzelowatego (i); ubytek istoty białej i zmiany torbielowate z przewagą czołową (gwiazdki) (j, k); zajęcie zwojów podstawy z ograniczeniem dyfuzji i zmianami torbielowatymi w obserwacji (zakrzywione strzałki) (a-d); szczyt mleczanowy przy około 1.3 ppm w MRS (groty strzałek) (f)
Pedigree of 9 families with 11 subjects described in our study
Pacjent 1
Pacjent 1 był mężczyzną z wywiadem przedporodowym oligohydramnios i wewnątrzmacicznym ograniczeniem wzrostu (IUGR). Urodził się w 38 tygodniu. W wieku 7 dni wystąpiły u niego nawracające epizody bezdechu, zmniejszenie aktywności i łagodna kwasica mleczanowa. W 14. dobie życia wystąpiła u niego zapaść krążeniowa z ciężką kwasicą metaboliczną i kwasicą mleczanową do 28,36 mmol/l (zakres referencyjny 0,5-2,20), hipotensja wymagająca wielokrotnego podawania inotropów, epizod częstoskurczu komorowego bez tętna oraz niewydolność oddechowa wymagająca intubacji i wspomagania respiratorem. Następnie wystąpiły nawracające drgawki kontrolowane fenobarbitonem i lewetyracetamem. Rezonans magnetyczny mózgu w wieku 3 tygodni wykazał symetryczną hiperintensywność T1 i T2 z ograniczeniem dyfuzji w obustronnych jądrach soczewkowatych. Ogniska ograniczonej dyfuzji wykryto również w obustronnej istocie białej czołowej (ryc. 1a-c). Spektroskopia rezonansu magnetycznego (MRS) wykazała podwyższone wartości szczytowe mleczanu w obustronnych zwojach podstawy i istocie białej mózgu. Późniejsze badanie MRI wykazało utrwalone zawały ze zmianami torbielowatymi w obustronnych jądrach soczewkowatych (ryc. 1d). Stwierdzono również łagodną hipoplazję móżdżku. Seryjne badania echokardiograficzne w kolejnych miesiącach wykazały postępujący przerost mięśnia sercowego w przegrodzie międzykomorowej i komorach. WES zidentyfikowała złożone heterozygotyczne mutacje w COQ4, missense c.370G>A, p.(Gly124Ser) i mutację splicingową c.402+1G>C. Analiza funkcjonalna fibroblastów skóry wykazała niedobór kompleksu ETC II+III spowodowany niskim stężeniem CoQ. W 5 miesiącu życia zastosowano suplementację CoQ10 do 40 mg/kg/dobę. W 8 miesiącu życia, wobec złego rokowania neurologicznego i słabej odpowiedzi na leczenie CoQ10, został skierowany do opieki komfortowej i ekstubowany. Zmarł wkrótce z powodu niewydolności oddechowej.
Pacjent 2
Pacjent 2 był noworodkiem płci męskiej. W pierwszej dobie życia wystąpiła u niego niewydolność oddechowa, hipotensja i postępująca kwasica metaboliczna z poziomem mleczanów 2,6 mmol/l i hiperalaninemią wymagająca intubacji i wsparcia inotropowego. W badaniu echokardiograficznym stwierdzono kardiomiopatię przerostową. W aminokwasach osocza stwierdzono wysoki poziom alaniny, proliny i tyrozyny, a profil acylkarnityny był bez zmian. W drugiej dobie życia zastosowano suplementację CoQ10 w dawce 15 mg/kg/dobę i karnitynę w dawce 100 mg/kg/dobę, ale pacjent zmarł. WES ujawniła złożone heterozygotyczne mutacje w COQ4: missense c.370G>A, p.(Gly124Ser) i mutację splicingową c.402+1G>C.
Pacjentka 3
Pacjentka 3 urodziła się jako pełnowartościowa w 37 tygodniu. Wkrótce po urodzeniu wystąpiła u niej przejściowa niewydolność oddechowa. W 22. dobie życia wystąpił u niej wstrząs kardiogenny. Echokardiogram wykazał słabą kurczliwość z frakcją wyrzutową lewej komory 20% i umiarkowanym wysiękiem osierdziowym. Występowała kwasica mleczanowa (24 mmol/L; zakres referencyjny 0,5-2,2) i hiperamonemia (139 µmol/L; zakres referencyjny <100). Zastosowano empiryczną suplementację CoQ10 i dożylną immunoglobulinę. Funkcja serca poprawiała się stopniowo i unormowała się w 32. dobie życia. W wieku 4 miesięcy wystąpiły u niej napady drgawkowe, wymagające stosowania wielu leków przeciwdrgawkowych. Jest poważnie opóźniona w rozwoju. WES ujawniła homozygotyczną mutację COQ4 c.370G>A, p.(Gly124Ser).
Pacjentka 4 i pacjentka 5
Pacjentka 4 była młodszą siostrą pacjentki 5. Miała przedporodowy wywiad IUGR i urodziła się w 38 tygodniu. Bezpośrednio po urodzeniu wystąpiła u niej niewydolność oddechowa z przerywanymi bezdechami i kwasicą mleczanową (do 10 mmol/L; zakres referencyjny 0,5-2,2). MRI mózgu wykazało symetryczną hiperintensywność T1 w obustronnych zwojach podstawnych, z łagodną hipoplazją móżdżku (ryc. 1e). MRS wykazał podwyższone piki mleczanowe w obustronnych zwojach podstawnych (ryc. 1f). W 2 miesiącu życia wystąpiły napady oporne na leczenie. Kolejne badanie MRI w wieku 9 miesięcy wykazało uogólniony postępujący zanik móżdżku i mózgu, z rozproszonym ubytkiem istoty białej, w tym ścieńczeniem ciała modzelowatego. Zmiany torbielowate były widoczne w obrębie istoty białej mózgu, obustronnych zwojów podstawy i talem (ryc. 1g). W seryjnym badaniu echokardiograficznym stwierdzono postępujący umiarkowany przerost lewej komory serca. Ze względu na rozpoznawalny obraz kliniczny wykonano sekwencjonowanie metodą Sangera, które ujawniło złożoną heterozygotyczną mutację COQ4: c.370G>A, p.(Gly124Ser) i c.402+1G>C. Suplementację CoQ10 rozpoczęto w wieku 4 lat i 5 miesięcy.
Pacjentka 5 była starszą siostrą pacjentki 4. Urodziła się w 39 tygodniu z wywiadem prenatalnym IUGR. Od 2 miesiąca życia wystąpiły u niej napady drgawkowe z towarzyszącą kwasicą mleczanową i niewydolnością oddechową wymagającą wentylacji domowej. W badaniu radiologicznym klatki piersiowej stwierdzono kardiomegalię. W 1 roku życia podjęto próbę suplementacji CoQ10, ale dziecko zmarło z powodu niewydolności oddechowej 1 miesiąc później. Po diagnozie genetycznej młodszej siostry wykonano retrospektywnie sekwencjonowanie metodą Sangera, które ujawniło tę samą złożoną heterozygotyczną mutację COQ4, co u jej siostry, c.370G>A, p.(Gly124Ser) i c.402+1G>C.
Pacjentka 6
Pacjentka 6 pojawiła się w 8 miesiącu życia z ciężkim globalnym opóźnieniem rozwojowym, mikrocefalią, uogólnioną dystonią, korowymi zaburzeniami widzenia i dysfunkcją oromotoryczną. Badania metaboliczne wykazały kwasicę mleczanową 2,5-5,9 mmol/l i hiperalanemię (626 µmol/l; zakres referencyjny 143-439). WES ujawniła złożone heterozygotyczne mutacje w genie COQ4: c.550T>C, p.(Trp184Arg) i c.402+1G>A. Analiza czynnościowa fibroblastów skóry wykazała niedobór kompleksu ETC II+III z niskim stężeniem CoQ. Nie prowadzono dalszych obserwacji z powodu adopcji zagranicznej.
Pacjentka 7
Pacjentka 7 była dziewczynką, urodzoną jako pełnowartościowa. Od urodzenia miała obustronne korowe upośledzenie wzroku i postępującą dysfunkcję oromotoryczną wymagającą żywienia przez gastrostomię. Miała poważne globalne opóźnienie rozwojowe. Około 5 miesiąca życia rozwinęła się u niej dystonia uogólniona i spastyczność. Stwierdzono kwasicę mleczanową o stężeniu 2,4-3,2 mmol/l. Badanie WES wykazało homozygotyczny wariant w genie COQ4: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Analiza funkcjonalna fibroblastów skóry wykazała niedobór kompleksu ETC II+III i niskie stężenie CoQ. Pacjentka od 2 roku życia przyjmowała suplementację CoQ10. Nie uzyskano poprawy klinicznej i pacjentka zmarła w wieku 3 lat i 6 miesięcy.
Pacjentka 8
Pacjentka 8 to dziewczynka, urodzona jako pełnowartościowa. W wieku 6 miesięcy wystąpiły u niej skurcze niemowlęce. Badanie metaboliczne wykazało kwasicę mleczanową 2,2-4,2 mmol/l i hiperalanemię (487 µmol/l; zakres referencyjny 143-439). WES ujawniła złożone heterozygotyczne warianty genu COQ4 c.371G>T, p.(Gly124Val) odziedziczone od matki oraz c.370G>A, p.(Gly124Ser) odziedziczone od ojca. Co ciekawe, enzymologia łańcucha oddechowego w mięśniach szkieletowych była prawidłowa, ale analiza czynnościowa fibroblastów skóry wykazała niedobór kompleksu ETC II+III i niskie stężenie CoQ10. Suplementację CoQ10 rozpoczęto od 9 miesiąca życia, uzyskując subiektywną poprawę reakcji. Pacjentka żyje i osiągnęła dobrą kontrolę napadów za pomocą lewetyracetamu oraz globalne opóźnienie rozwojowe.
Pacjent 9
Pacjent 9 to chłopiec, urodzony jako pełnowartościowy w 40 tygodniu życia. W wieku 2 miesięcy wystąpiły u niego spazmy niemowlęce. Suplementacja CoQ10 rozpoczęła się w wieku 7 lat i utrzymywała się na stałym poziomie. WES ujawniła homozygotyczną mutację COQ4, c.370G>A, p.(Gly124Ser). Analiza czynnościowa fibroblastów skóry wykazała niedobór kompleksu ETC II+III i niskie stężenie CoQ.
Pacjent 10 i pacjent 11
Pacjentka 10 jest młodszą siostrą pacjentki 11. Urodziła się w 36 tygodniu. Po urodzeniu wystąpiła u niej przemijająca niewydolność oddechowa. Była bezobjawowa do 2 miesiąca życia, kiedy rozwinęła się u niej postępująca hipotonia, korowe zaburzenia widzenia, poważne opóźnienie rozwoju i napady wymagające stosowania wielu leków przeciwdrgawkowych. Badanie echokardiograficzne wykazało postępującą kardiomiopatię rozstrzeniową i niedomykalność zastawki mitralnej. WES ujawniła homozygotyczną mutację COQ4: c.370G>A, p. (Gly124Ser). Suplementację CoQ10 w dawce 30 mg/kg/dobę rozpoczęto w wieku 11 miesięcy, a kontrola napadów uległa poprawie.
Pacjentka 11 jest starszą siostrą pacjentki 10. Urodziła się jako pełnowartościowa dziewczynka. W wieku 4 miesięcy wystąpiły u niej napady drgawkowe, hipotonia, spastyczność, dysfunkcja oromotoryczna i poważne opóźnienie rozwojowe. Wystąpił u niej również epizod ostrego zapalenia mięśnia sercowego, podczas którego echokardiogram wykazał dysfunkcję rozkurczową. MRI mózgu w 14 miesiącu życia wykazało łagodny zanik móżdżku i atrofię mózgu, zmiany torbielowate istoty białej z obustronną przewagą czołową i przednią skroniową oraz ścieńczenie ciała modzelowatego. Zwoje podstawy i pień mózgu były zachowane (ryc. 1h-k). Nie stwierdzono kwasicy mleczanowej. Ze względu na wyniki badania egzomu u siostry wykonano sekwencjonowanie metodą Sangera, które ujawniło homozygotyczną mutację COQ4: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Dziewczynka nie przyjmowała suplementu CoQ10 i zmarła w wieku 20 miesięcy z powodu epizodu sepsy.
.