Studien godkändes av den institutionella granskningsnämnden vid University of Hong Kong/Hospital Authority Hong Kong West Cluster (UW12-211) och National Taiwan University Hospital (201703073RINB). Skriftligt informerat samtycke inhämtades från försökspersonerna eller deras föräldrar. En sammanfattning av de kliniska, biokemiska och radiologiska egenskaperna hos de 11 patienterna med identifierade COQ4-mutationer presenteras i tabell 1. Patienterna 1-5 hade den klassiska fenotypen med neonatalt debut som beskrivits av Brea-Calvo et al. och Chung et al.,2,3 medan patienterna 6-11 hade senare debut och mer heterogena drag. Frekvensen av olika fenotyper jämfört med tidigare studier sammanfattas i tabell 2. Motsvarande MRT-bilder (magnetisk resonanstomografi) presenteras i figur 1. Stamtavlorna för de nio familjerna presenteras i fig. 2.
Fynd vid magnetisk resonans (MR) i hjärnan. a Axial T1W, b axial FLAIR, c DWI från patient 1 vid neonatalstadiet och d axial T2W vid uppföljning; e axial T1W och f MR-spektroskopi (MRS) vid basala ganglier vid neonat och g axial T1W vid spädbarnsstadiet från patient 4; h koronal T2W, i sagittal T1W, j axial T2W, k axial T1W från patient 11. MR-funktionerna omfattar cerebellär atrofi (vita pilar) (h, i) med progression (e, g); cerebral atrofi med dominans av frontal och främre temporallobär lobär (i-k); gallring av corpus callosum (i); förlust av vit substans och cystisk förändring med frontal dominans (asterisker) (j, k); involvering av basala ganglier med begränsad diffusion och cystisk förändring vid uppföljning (böjda pilar) (a-d); laktattopp vid ca 1.3 ppm på MRS (pilspetsar) (f)
Stamtavlor för 9 familjer med 11 försökspersoner som beskrivs i vår studie
Patient 1
Patient 1 var en man med en antenatal historia av oligohydramnios och intrauterin tillväxthämning (IUGR). Han föddes vid 38 veckors ålder. Vid 7 dagars ålder utvecklade han återkommande episoder av apné, minskad aktivitet och mild mjölksyrebrist. På dag 14 utvecklade han cirkulationskollaps med allvarlig metabolisk acidos och mjölkacidos upp till 28,36 mmol/L (referensintervall 0,5-2,20), hypotoni som krävde flera inotropa läkemedel, en episod av pulslös ventrikulär takykardi och respiratorisk svikt som krävde intubation och ventilatorstöd. Därefter utvecklade han återkommande kramper som kontrollerades med fenobarbiton och levetiracetam. MRT av hjärnan vid 3 veckors ålder visade symmetrisk T1- och T2-hyperintensitet med begränsad diffusion vid bilaterala lentiformkärnor. Man upptäckte också foci av begränsad spridning i bilateral frontal vit substans (fig. 1a-c). Magnetisk resonansspektroskopi (MRS) visade förhöjda laktattoppar vid bilaterala basala ganglier och cerebral vit substans. Uppföljande uppföljande MRT visade etablerade infarkter med cystiska förändringar vid bilaterala lentiformkärnor (fig. 1d). En mild cerebellär hypoplasi noterades också. Seriell ekokardiografi under de följande månaderna visade progressiv septal- och ventrikulär myokardiell hypertrofi. WES identifierade sammansatta heterozygota mutationer i COQ4, en missense c.370G>A, p.(Gly124Ser) och en splicingmutation c.402+1G>C. Funktionell analys av hudfibroblasterna visade ETC-komplex II+III-brist på grund av låg CoQ-koncentration. Vid 5 månaders ålder gavs CoQ10-tillskott upp till 40 mg/kg/dag. Vid 8 månader, med tanke på den dåliga neurologiska prognosen och det dåliga svaret på CoQ10-behandlingen, övergick han till komfortvård och extuberades. Han avled kortvarigt av andningssvikt.
Patient 2
Patient 2 var en nyfödd man med termisk ålder. Han utvecklade andningssvårigheter, hypotoni och progressiv metabolisk acidos med en laktatnivå på 2,6 mmol/L och hyperalaninemi som krävde intubering och inotropt stöd på första levnadsdagen. Ekokardiogrammet visade hypertrofisk kardiomyopati. Plasmaaminosyror visade höga halter av alanin, prolin och tyrosin, och acylkarnitinprofilen var okej. CoQ10-tillskott på 15 mg/kg/dag och karnitin på 100 mg/kg/dag provades på hans andra levnadsdag men patienten dog. WES avslöjade sammansatta heterozygota mutationer i COQ4: en missense c.370G>A, p.(Gly124Ser) och en splicingmutation c.402+1G>C.
Patient 3
Patient 3 föddes fullvärdig vid 37 veckor. Hon utvecklade övergående andningssvårigheter kort efter födseln. På dag 22 i livet fick hon kardiogen chock. Ekokardiogrammet visade dålig kontraktilitet med en vänsterkammarens ejektionsfraktion på 20 % och en måttlig perikardutgjutning. Det fanns en associerad mjölksyrebrist (24 mmol/L; referensintervall 0,5-2,2) och hyperammonemi (139 µmol/L; referensintervall <100). Hon fick empiriskt CoQ10-tillskott och intravenöst immunglobulin. Hennes hjärtfunktion förbättrades gradvis och normaliserades vid dag 32 i livet. Hon fick anfall vid 4 månaders ålder som krävde flera antikonvulsiva läkemedel. Hon är allvarligt försenad i sin utveckling. WES avslöjade en homozygot COQ4-mutation c.370G>A, p.(Gly124Ser).
Patient 4 och patient 5
Patient 4 var lillasyster till patient 5. Hon hade antenatal historia av IUGR och föddes vid 38 veckors ålder. Omedelbart efter födseln utvecklade hon andningssvårigheter med intermittent apné och mjölksyrebrist (upp till 10 mmol/L; referensintervall 0,5-2,2). MRT av hjärnan visade symmetrisk T1-hyperintensitet vid bilaterala basala ganglier, med mild cerebellär hypoplasi (fig. 1e). MRS visade förhöjda laktattoppar vid bilaterala basala ganglier (fig. 1f). Hon utvecklade behandlingsresistenta anfall vid 2 månaders ålder. Efterföljande MRT vid 9 månaders ålder visade generaliserad progressiv cerebellär och cerebral atrofi, med diffus förlust av vit substans inklusive gallring av corpus callosum. Cystiska förändringar sågs i den cerebrala vita substansen, bilaterala basala ganglier och thalami (fig. 1g). Serie-Echokardiografi visade progressiv måttlig vänsterkammarhypertrofi. På grund av den igenkännbara kliniska presentationen utfördes Sanger-sekvensering och visade på en sammansatt heterozygot COQ4-mutation: c.370G>A, p.(Gly124Ser) och c.402+1G>C. CoQ10-tillskott har påbörjats sedan 4 års och 5 månaders ålder.
Patient 5 var äldre syster till patient 4. Hon föddes vid 39 veckors ålder med en antenatal historia av IUGR. Hon utvecklade kramper från 2 månaders ålder med associerad mjölksyra och andningssvikt som krävde hemventilation. Bröströntgen visade kardiomegali. CoQ10-tillskott provades vid 1 års ålder men avled av andningssvikt 1 månad efteråt. Efter den genetiska diagnosen av hennes lillasyster utfördes Sanger-sekvensering retrospektivt och avslöjade samma sammansatta heterozygota COQ4-mutation som hennes syster, c.370G>A, p.(Gly124Ser) och c.402+1G>C.
Patient 6
Patient 6 presenterades vid 8 månaders ålder med allvarlig global utvecklingsförsening, mikrocefali, generaliserad dystoni, kortikal synnedsättning och oromotorisk dysfunktion. Metabolisk utredning avslöjade en mjölksyremia på 2,5-5,9 mmol/L och hyperalanemi (626 µmol/L; referensintervall 143-439). WES avslöjade sammansatta heterozygota mutationer i COQ4-genen: c.550T>C, p.(Trp184Arg) och c.402+1G>A. Funktionsanalys av hudfibroblasterna visade ETC-komplex II+III-brist med låg CoQ-koncentration. Det gjordes ingen ytterligare uppföljning på grund av adoption utomlands.
Patient 7
Patient 7 var en flicka, född fullgången. Hon hade bilateral kortikal synnedsättning sedan födseln och progressiv oromotorisk dysfunktion som krävde gastrostomiutfodring. Hon hade en allvarlig global utvecklingsförsening. Hon utvecklade generaliserad dystoni och spasticitet vid 5 månaders ålder. Mjölksyrebrist på 2,4-3,2 mmol/L förelåg. WES avslöjade en homozygot variant i COQ4-genen: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Funktionsanalys av hudfibroblasten visade ETC-komplex II+III-brist och låg CoQ-koncentration. Hon hade fått CoQ10-tillskott sedan 2 års ålder. Det skedde ingen klinisk förbättring och patienten avled vid 3 år och 6 månaders ålder.
Patient 8
Patient 8 är en flicka, född fullgången. Hon utvecklade infantila spasmer vid 6 månaders ålder. Metabolisk utredning visade mjölksyremi på 2,2-4,2 mmol/L och hyperalanemi (487 µmol/L; referensintervall 143-439). WES avslöjade sammansatta heterozygota varianter av COQ4-genen c.371G>T, p.(Gly124Val) som ärvts från modern och c.370G>A, p.(Gly124Ser) som ärvts från fadern. Intressant nog var andningskedjeenzymologin i skelettmuskelaktiviteterna normal, men funktionell analys av hudfibroblaster visade ETC-komplex II+III-brist och låg CoQ10-koncentration. CoQ10-tillskott har getts sedan 9 månaders ålder, med subjektiv förbättring av reaktionsförmågan. Hon är vid liv och har uppnått en rimlig anfallskontroll med levetiracetam och global utvecklingsförsening.
Patient 9
Patient 9 är en pojke, född fullgången vid 40 veckor. Han presenterade sig med infantila spasmer vid 2 månaders ålder. CoQ10-tillskott påbörjades vid 7 års ålder och har varit stabilt. WES avslöjade en homozygot COQ4-mutation, c.370G>A, p.(Gly124Ser). Funktionell analys av hudfibroblaster visade ETC-komplex II+III-brist och låg CoQ-koncentration.
Patient 10 och patient 11
Patient 10 är lillasyster till patient 11. Hon föddes vid 36 veckors ålder. Hon utvecklade övergående andningssvårigheter efter födseln. Hon var symtomfri fram till 2 månaders ålder då hon utvecklade progressiv hypotoni, kortikal synnedsättning, allvarlig utvecklingsförsening och kramper som krävde flera antikonvulsiva läkemedel. Hennes ekokardiogram visade progressiv dilaterad kardiomyopati och mitralregurgitation. WES avslöjade en homozygot COQ4-mutation: c.370G>A, p. (Gly124Ser). CoQ10-tillskott på 30 mg/kg/dag påbörjades vid 11 månaders ålder och hennes anfallskontroll förbättrades.
Patient 11 är äldre syster till patient 10. Hon föddes fullvärdigt. Vid 4 månaders ålder presenterade hon anfall, hypotoni, spasticitet, oromotorisk dysfunktion och allvarlig utvecklingsförsening. Hon utvecklade också en episod av akut myokardit under vilken hennes ekokardiogram visade diastolisk dysfunktion. MRT av hjärnan vid 14 månader visade mild cerebellär atrofi och cerebral atrofi, cystiska förändringar i den vita substansen med bilateral frontal och främre temporal dominans och gallring av corpus callosum. Basala ganglier och hjärnstammen verkade bevarade (fig. 1h-k). Ingen mjölkacidos påvisades. På grund av exomfynden hos hennes syster utfördes Sangersekvensering och visade en homozygot COQ4-mutation: c.370G>A, p.(Gly124Ser). Hon fick inget CoQ10-tillskott och avled vid 20 månaders ålder på grund av en episod av sepsis.