【佳学基因检测】GM2 神经节苷脂病的基因检测及其治疗

遗传病、罕见病基因检测导读： 

由 β-N-乙酰己糖胺酶活性受损引起的 Tay-Sachs 病是《神经系统疾病及其致病基因》中记载的和一个 GM2 神经节苷脂病，也是一种严重的、现在已解码清楚的溶酶体疾病之一。 这种与 GM2 神经节苷脂病理性积聚相关的病症已获得几乎标志性的地位，并作为溶酶体贮积病研究的范例。 作为一种经典的常染色体隐性遗传病，这种神经系统的全球性疾病会导致发育停滞，并使已达到的发育节点出现倒退的情部； 神经变性进展迅速，导致幼儿过早死亡。 除了姑息治疗外，没有有效的治疗方法，虽然 GM2 神经节苷脂贮积症的致病基因鉴定基因解码已经完成，但从致病突变和糖脂储存到疾病表现的分子和细胞事件仍然是佳学基因持续努力的地方。 已经在患者中尝试了几种治疗方法，包括酶增强、骨髓移植、酶增强和底物减少疗法。 迄今为止，这些策略都没有实质性地改变疾病的进程。 GM2 神经节细胞增多症的真实动物模型促进了对基因转移等创新应用的深入评估，与其他干预措施相比，这显示出巨大的前景。佳学基因概述了有关病理生物学的当前知识以及 GM2 神经节苷脂增多症的潜在创新治疗方法。

GM2 神经节苷脂病的基因检测关键词

GM2神经节苷脂增多症,溶酶体贮积病,神经变性,桑德霍夫病, 泰-萨克斯病,疗法

GM2 神经节苷脂病是怎样被发现并被记录入遗传病基因检测数据库的？ 

GM2 神经节苷脂病首先是由英国眼科医生 Waren Tay 对一名患有颈部无力的一岁婴儿进行了眼部检查和四肢时发现的。使用当时原始的检眼镜，他发现了斑点的异常变色，现在被称为“樱桃红斑”。孩子在 Tay 第一次检查后六个月就死了，他于 1881 年报告了这个病例；不幸的是，尸检未能查明神经系统疾病的病因。1884 年，Tay 在诊断中接触了更多的孩子，他们在同一个家庭中受到类似的影响。注意到这种疾病在家庭中聚集，Tay 认为这是一种先天性疾病。

纽约市的神经学家伯纳德·萨克斯 (Bernard Sachs) 并不知道泰 (Tay) 的病例报告，他于 1896 年发表了一篇关于婴儿疾病的描述，其特征与泰 (Tay) 报告的疾病极为相似——该病症的家族性、早期失明、认知发育停滞、进行性虚弱和童年早期死亡 - 并将其命名为“无内障家族性白痴”。次年，在研究了几份验尸样本后，萨克斯描述了该疾病的主要神经病理学特征，即大脑中大多数神经元的粗略增大性质，其中包含“碎屑样团块”，他意识到这种外观代表了疾病的病理学表现. 后来，Slome 根据对 130 多例患儿的医学文献描述，提出该病的遗传为常染色体隐性遗传。

GM2 神经节苷脂病的基因检测的科学依据：基因解码揭示贮存位置

德国生物化学家恩斯特·克伦克 (Ernst Klenk) 在 1940 年代阐明了在 GM2 神经节苷脂病中积累的主要脂质的组成：克伦克创造了神经节苷脂这个术语，指的是以前未知的神经节细胞中大量含有神经氨酸的鞘糖脂 (GSL)。GM2 神经节苷脂病中主要神经节苷脂 GM2 中的糖和唾液酸序列由 Svennerholm推导，其确切结构由 Makita 和 Yamakawa 在 1960 年代初期阐明。

电子显微镜的引入彻底改变了细胞结构的形态学评估。它首次实现了泰-萨克斯病患者死后脑组织神经元中特征性“膜细胞质体”(MCB) 的可视化，并以华丽的细节揭示了“碎屑” -样肿块”，Sachs 曾提到这种疾病的病理特征。Correy 和 Terry 还表明，这些小体可以通过离心进行部分纯化，富含 MCB 的部分含有丰富的 GM2 神经节苷脂。

值得注意的是，Christian de Duve 及其同事在 1950 年代采用了一种独立且完全不同的方法来探索细胞结构和功能 - 实际上最终使用离心机来表征他称之为亚细胞“溶酶体颗粒”的生物化学特性组织分离的手段。De Duve 发现酸性磷酸酶和其他水解酶与这些致密成分（或后来称为细胞器）共沉淀。虽然这些可沉积酶活性催化了许多不同底物的水解，但人们注意到所有底物的最佳 pH 值都在 4 -5.5 范围内 - 立即表明新发现的颗粒具有消化功能. 通过引入磷酸铅和其他底物，在固定和电子显微镜检查之前产生磷酸酶反应的电子致密产物，可以证明 MCB 中的酸性磷酸酶活性，从而表明它们的溶酶体性质。Brady 提出累积的 GM2 神经节苷脂中末端糖 [N-乙酰半乳糖胺] 水解的催化损伤是 GM2 神经节苷脂病中的生化缺陷，类似于已经在戈谢病和尼曼 - 匹克病等相关疾病中发现的酶促缺陷。

早期将溶酶体描述为细胞的消化机器仍然有效，但在其短暂的历史中，基因解码对这种细胞器的看法经历了非凡的演变。除了其催化特性外，溶酶体对于自噬（de Duve 创造的术语）的完成至关重要，并参与质膜修复、胞吞作用和胞吐作用、能量代谢和信号传导。在特定的细胞中，某些与溶酶体相关的细胞器，例如黑素体和血小板颗粒能够执行专门的功能。外化溶酶体酶大量释放到破骨细胞间隙的液相或由 NK 淋巴细胞产生的免疫突触执行其他重要但高度分化的功能。此外，溶酶体的生物发生和功能受到精细调节，以转录因子 EB (TFEB) 作为主调控因子；TFEB 不仅调节溶酶体，还控制自噬。转录因子 EB 协调编码溶酶体蛋白的基因的共表达，作为对特定细胞信号的反应。TFEB 易位到细胞核，在那里它激活其靶基因的转录，这似乎是对溶酶体贮积病患者细胞中储存代谢物存在的适应性反应；值得注意的是，在正常情况下，TFEB 不会驱动其目标的基础转录。

鞘糖脂 (GSL) 是一大类复杂分子，包含数以千计主要定位于质膜的生物变体，但它们也是几种细胞器和核膜的成分。在细胞表面，鞘糖脂聚集在微区中，其功能涉及细胞间识别 、信号转导和货物内化，这里只举出几个例子。从它们的定性和定量表达模式推断，现在很清楚 GSL 参与动态神经发育过程，包括神经突发生、轴突发生和突触发生。正如复杂生物分子所预期的那样，鞘糖脂显示出惊人的分子多样性，涉及多种功能，包括在所有陆生脊椎动物的皮肤中提供防水层；但它们在自然界中的作用范围仍是佳学基因解码进一步揭示的对象。这是一个相当大的挑战，部分原因是 GSL 数量众多、它们的异质性和相互关系。采用基因工程破坏小鼠 GSL 生物合成特定途径的实验以及随后对所得表型的分析揭示了它们的一些关键生物学功能。

由B4galnt1编码的 GM2/GD2 合酶（β -1, 4-N -乙酰半乳糖氨基转移酶）将 N-乙酰半乳糖胺转移到乳糖苷神经酰胺，并启动神经节系列鞘脂的合成，包括含唾液酸的神经节苷脂 . 两个独立工作的小组创建了B4galnt1缺失的小鼠，并且正如预期的那样，B4galnt1 ^-/-小鼠缺乏复杂的神经节苷脂，而是表达 GM3 和 GD3。出乎意料的是，B4galnt1中的大脑发育^-/-老鼠没有受到损害。然而，对这两种动物模型的分析导致了不同的解释：Takamiya 及其同事将他们的小鼠模型描述为在出生时具有轻微的神经功能障碍，神经变性仅随着年龄的增长而发展。相比之下，Sheikh 及其同事报告的那些小鼠出现中央轴突髓鞘异常和周围神经脱髓鞘，导致轴突变性和运动功能受损。轴突膜神经节苷脂被认为是少突胶质细胞蛋白 MAG（髓磷脂相关糖蛋白）的配体，它有利于轴突-胶质细胞相互作用。B4Galnt1 ^-/-的发现表明了这个想法小鼠大脑中的 MAG 表达减少，相反，MAG 缺陷小鼠会出现类似于B4Galnt1 ^-/- 的表型。总体而言，在这些实验小鼠中获得的实验结果支持复杂的神经节苷脂对髓鞘功能和稳定性至关重要的观点。

1967 年 Robinson 和 Stirling 的一项开创性发现揭示了存在两种形式的N -乙酰基-β-氨基葡萄糖苷酶，这可以通过淀粉凝胶电泳解决，然后通过 DEAE-纤维素色谱法分离，酸性形式 A 和碱性形式B. 与 de Duve 的发现一致，该酶的两种亚型，现在称为 ß-己糖胺酶，都位于溶酶体部分。Okada 和 O'Brien 使用类似的分析方法表明，来自泰-萨克斯病患者的白细胞缺乏 A 亚型的活性，而杂合子的活性降低，这与简单孟德尔常染色体隐性遗传的预期基因剂量效应一致. 这一发现对受该病影响的家庭具有重要意义，通过在高危德系犹太人社区中开展有针对性的筛查计划，以及随后的临床诊断。利用羊膜细胞对胎儿 GM2 神经节苷脂病进行产前诊断，以及希望接受检测的个体的携带者状态很快被引入，因此在两年内，社区教育和筛查项目得到了广泛应用。这些由迈克尔·卡巴克 (Michael Kaback) 开创的项目对于降低主要在犹太人中的疾病发病率至关重要，在犹太人中，每 27 人中就有 1 人的携带者频率预测自然发病率约为 2900 人中有 1 人——现在减少了 90% 以上已在美国报道，并已在许多其他国家/地区效仿。

Sandhoff 及其同事对来自一名患有严重神经变性和 GM2 神经节苷脂增多症但脑组织中两种形式的 β-己糖胺酶完全不存在的婴儿的材料进行检查感到困惑；相比之下，GM2 神经节苷脂病患者组织中的 ß-己糖胺酶活性显示总 β-己糖胺酶活性增加。这种疾病现在被称为 Sandhoff-Jatzkewitz 病。对这些意想不到的酶学发现的解释来自 Srivastava 和 Beutler 的研究，他们使用免疫化学技术区分 A 型和 B 型，并得出结论，β-己糖胺酶的两种亚型共享一个共同的亚基，Hex A 是一种杂聚物（αβ ) _n和 Hex B a 均聚物 (ββ) _n . 该模型还预测了 Hex S 同工酶的存在，即 α 亚基 (αα) _n的均聚物。如果正确，则亚基 β 的缺失会消除 Hex A 和 Hex B 的活性，而如果亚基 α 缺失，则 Hex A 和 Hex S 的活性将不足。Srivastava 和 Beutler 的模型随后通过有洞察力的杂交和细胞融合实验得到验证，其中 GM2 神经节苷脂病和 SD 成纤维细胞能够相互补充，从而形成 Hex A，后来得到 Hex A 和 Hex 映射的支持B 分别向 15 号和 5 号染色体表达. 几年后，当 Conzelmann 和 Sandhoff 发现另一名患有 GM2 神经节苷脂增多症的特殊婴儿时，β-己糖胺酶系统的其他复杂性出现了，当在存在人工底物的情况下进行检测时，发现该婴儿的 Hex A 和 Hex B 活性在健康参考范围内。详细的研究，包括使用天然底物 GM2 神经节苷脂，导致发现了一种特定的激活因子，后来证明是一种小蛋白，它是 GM2 神经节苷脂溶酶体分解所特别需要的。这种激活蛋白的存在解释了在这些非常罕见的 GM2 神经节苷脂增多症病例中经常报道的两种 β-氨基己糖苷酶同工酶的明显正常活性（图 1）。

（图1）β-己糖胺酶系统对 GM2 神经节苷脂的分解代谢并转运至溶酶体。GM2 神经节苷脂在溶酶体中通过同工酶 Hex A 和 GM2 激活蛋白的协同作用在体内水解。Hex A 是 β-己糖胺酶的 α- 和 β- 亚基的异二聚体，由HEXA和HEXB 编码，分别定位于人类 15 号和 5 号染色体。Hex B 和 Hex S 是 β- 和 α- 亚基的同型二聚体。只有 Hex 的二聚体形式可以水解特定的天然和人造底物。HEXA , HEXB和GM2A突变分别导致泰-萨克斯病、桑德霍夫病和 GM2 激活蛋白缺乏症，根据受影响个体中残留的 β-己糖胺酶同工酶活性，也称为变体 B、0 和 AB。与其他溶酶体水解酶类似，Hex 可以直接 (1, a) 或间接 (2, b) 进入溶酶体。后一种途径，称为分泌/再捕获机制，可用于治疗应用；由此酶被分泌到细胞外空间并被相同的 (d) 或邻近的细胞吸收，例如神经元的轴突 (c)。酶以逆行方式运输到细胞的其他部分，从而纠正酶促缺陷。内质网 (ER)；溶酶体 (L); 线粒体 (M)。

Elizabeth Neufeld 实验室的实验优雅地阐明了 β-己糖胺酶生物合成途径。D'Azzo 及其同事使用32 P 标记的无机磷酸盐和 [ 3 ] 通过放射性标记的脉冲追踪研究研究了 β-己糖胺酶的细胞生物学。H]- 从健康受试者和 GM2 神经节苷脂贮积症患者培养的成纤维细胞中的 L-亮氨酸；用对 Hex 同工酶及其亚基具有特异性的抗血清进行免疫沉淀，可以在生物合成过程中跟踪蛋白质的分子形式。他们的发现“以溶酶体为目的地的蛋白质在到达溶酶体最终目的地的途中和到达溶酶体的最终目的地时会发生修饰”具有重要意义。他们将这一过程的主要步骤描述为： (1) β-己糖胺酶同工酶首先以前体形式出现；(2) 甘露糖 6-磷酸 (M6P) 基序附着在这些前体上，并且 (3) 在穿过高尔基体并到达溶酶体后，前体被转化为更小分子量的成熟形式. William Sly、Stuart Kornfeld 和 Elizabeth Neufeld 实验室的先前研究表明，M6P 是将新生蛋白质正确定位到溶酶体所必需的识别标签。

实验证据表明，在异二聚体 Hex A 的复杂情况下，亚基 α 和 β 是独立合成的，在内质网 (ER) 中时：1) 它们失去信号肽；2) 获得N-连接寡糖和链内二硫键；和 3) 附有 M6P 部分。只有在获得 M6P 标签后，α 和 β 亚基才会在 ER 中结合。据信，在 M6P 受体促进的步骤中，前体同工酶穿过高尔基体。它们通过中间酸化隔室到达溶酶体，酶在此处与受体分离 - 大概允许受体再循环回高尔基体以供进一步使用。与其他用于溶酶体的可溶性酸性水解酶一样，很大一部分 (≈ 20%) 的 M6P 标记蛋白被分泌到细胞外空间，并且可以在培养细胞的培养基中检测到。分泌的酶具有分解代谢活性，能够重新进入分泌细胞和邻近细胞——这是一种分泌-再捕获过程，可以相互交叉纠正培养细胞中的溶酶体酶缺陷。提供用 6-磷酸甘露糖和其他部分适当修饰的外源糖蛋白以递送至溶酶体的能力对于溶酶体疾病的治疗开发具有重要意义（图 1）。分泌的酶具有分解代谢活性，能够重新进入分泌细胞和邻近细胞——这是一种分泌-再捕获过程，可以相互交叉纠正培养细胞中的溶酶体酶缺陷。提供用 6-磷酸甘露糖和其他部分适当修饰的外源糖蛋白以递送至溶酶体的能力对于溶酶体疾病的治疗开发具有重要意义（图 1）。分泌的酶具有分解代谢活性，能够重新进入分泌细胞和邻近细胞——这是一种分泌-再捕获过程，可以相互交叉纠正培养细胞中的溶酶体酶缺陷。提供用 6-磷酸甘露糖和其他部分适当修饰的外源糖蛋白以递送至溶酶体的能力对于溶酶体疾病的治疗开发具有重要意义（图 1）。结合和内化主要通过存在于细胞表面的 M6P 受体介导；在细胞内运输通过内体-溶酶体途径中的中间隔室后，蛋白质货物最终到达溶酶体。值得注意的是，根据他们的生物合成标记研究，D'Azzo 及其同事认为，与 β 链的结合不仅对于获得催化活性而且对于将 α 链运输到溶酶体都是必要的。在可以从其 cDNA 的表征中推断出亚基的氨基酸序列后，确定了氨基己糖苷酶和所得加工产物中的蛋白水解切割位点. 事实表明，组装的 β-氨基己糖苷酶亚基（在加工后仍然通过二硫键结合）的蛋白水解切割对于它们的酶促活性而言不是必需的。

编码 α- ( HEXA ) 和 β-亚基 ( HEXB ) 的 β-己糖胺酶基因以及 GM2 激活蛋白 ( GM2AP ) 的克隆需要相当大的努力，部分原因是它们的 mRNA 丰度较低。Myerowitz 和 Proia 于 1984 年分离出第一个 α 亚基 cDNA 克隆，一年后 Korneluk 及其同事使用不同的方法发表了类似的结果。鉴定了 2.1 kb 和 2.6 kb 的两种 α-亚基 mRNA；重要的是，在取自典型婴儿泰-萨克斯病患者的成纤维细胞中无法检测到这些. 总编码序列，包括一个位于 N 端的 22 个氨基酸的信号肽，由 528 个氨基酸组成；基因组结构散布在染色体 15q24.2 的 35 kb 序列中，包含 14 个外显子。O'Dowd 及其同事检测到一个 2.2 kb 的 β-亚基 mRNA，该 mRNA 在从患有桑德霍夫病的儿童身上获得的细胞中不存在。O'Dowd 的论文提供的信息使 Proia 及其同事能够从肝脏中分离出 1.7 kb 的 cDNA。总的 β 亚基编码序列由 556 个氨基酸组成，在 N 端有一个 42 个氨基酸的信号肽。值得注意的是，HEXB也由分布在位于染色体 5q12 的 40 kb 序列上的 14 个外显子组成。此外，在 13 个内含子中的 12 个中，两个基因之间的内含子/外显子边界是保守的]。Korneluk 比对了 pre-α 和 pre-β 多肽的一级序列，显示核苷酸和氨基酸序列的相似性分别为 55% 和 57%。这种序列相似性水平表明这两个亚基具有共同的祖先基因。

Schröder 及其同事成功克隆了 GM2 激活蛋白基因 ( GM2A )，该基因由分布在 16 kb 序列中的 4 个外显子和 3 个内含子组成；这映射到人类染色体 5q31.2。

尽管亚基 α 和 β 之间存在相似性，但功能不同的活性位点允许多同工酶系统水解含有 β-连接的 N-乙酰己糖胺基残基的不同底物。两个亚基的活性位点，以二聚体形式，能够水解许多相同的中性天然和人工底物 - 来自蛋白质和中性糖脂以及某些粘多糖的寡糖部分 - 显示系统中的冗余。相反，水解带负电底物的是亚基 α 中的催化位点。GM2 神经节苷脂的降解只能通过体内异二聚体 Hex A 实现。与 GM2 激活蛋白结合，特别需要 Hex A 来催化去除末端非还原性N来自 GM2 神经节苷脂的 - 乙酰半乳糖胺残基 - 激活蛋白充当脂质转运蛋白，与神经节苷脂的碳水化合物和脂质部分相互作用，并将其呈递给 Hex A 进行水解。Hex A、Hex B 和 GM2 激活蛋白的晶体结构提供了有关致病突变对这些蛋白质的影响和催化机制的有用细节。此外，结构分析表明，二聚化对于每个亚基的活性都是必不可少的，这与迄今为止缺乏单体亚基具有酶活性的任何证据相一致。表征的HEXA、HEXB和GM2A基因能够识别导致 GM2 神经节苷脂增多症的分子缺陷。分子遗传学的这些进展也明确证实，虽然 α 和 β 亚基基因的突变分别导致 TSD（B 变体）和 SD（0 变体），但 GM2 激活蛋白的缺陷导致所谓的 GM2 AB 变体形式神经节苷脂增多症（图 1）。 因此，现在可以实现用于疾病诊断和遗传咨询的个性化医疗，因为可以精确定位致病突变，并且在少数情况下可以预测临床表型。

由于历史原因，当萨克斯第一次接触到TSD时，他在纽约市的患者聚集区包括许多东欧血统的犹太家庭，他顺理成章地将TSD定性为一种犹太人疾病。然而，我们现在知道这种疾病是泛种族的，包括黑人和亚洲人。此外，与早期迹象表明 GM2 神经节苷脂病是一种由单一原因引起的疾病相反，随着 DNA 测序的出现，很明显许多突变会导致婴儿疾病。一个早期的例子来自对法裔加拿大人和德系犹太人进行的突变分析，与所有先入之见相反，该疾病是由于两个人群中的不同突变引起的. 出乎意料的是，德系犹太人中的 GM2 神经节苷脂病也可能由多种突变引起；在患有泰-萨克斯病的摩洛哥犹太人中发现了七种HEXA突变，这是一个西班牙裔群体——五种突变显然是摩洛哥人独有的，但两种也发生在德系犹太人中。

不同人群的携带致病基因突变的频率差异很大；例如，加拿大东魁北克人、阿什肯纳兹犹太人和“一般”人口的 GM2 神经节苷脂病估计分别为每 14 人中有 1 人、每 30 人中有 1 人和每 300 人中有 1 人。这些早期发现表明存在导致同一种疾病的不同突变，这与其他遗传疾病的发现相似。同样，SD 不分种族，β 亚基的突变数量众多，广泛分布于整个基因。

仅HEXA就报道了超过 100 种不同的突变，其中包括缺失、剪接畸变、无义和错义突变；导致转录、翻译、不适当的蛋白质折叠和/或二聚化以及催化功能障碍的缺陷. 最常见和最严重的 GM2 神经节苷脂贮积症通常被发现具有 Hex A 活性的完全缺陷。尽管 GM2 神经节苷脂病中的总 Hex 活性接近正常值（归因于活性 Hex B），但在 SD 中只能检测到正常总 Hex 活性的 2-4%，尽管 α-亚基 mRNA 的量正常。α-亚基彼此之间的低亲和力解释了 Hex S 可检测到但数量很少的原因。较不严重的青少年（亚急性）和成人（慢性）发作形式是允许保留不同程度的 Hex A 功能的突变的结果, 约为正常值的 1-5%，通常是折叠或二聚化不充分的结果。大多数已知的错义突变会导致错误折叠的蛋白质；被 ER 质量控制系统检测到，它们被 ER 相关降解途径 (ERAD) 降解。据估计，正常 Hex A 活性的 5% 到 10% 与无病生活相容。在 GM2A 蛋白缺乏症中，Hex A 和 Hex B 的功能针对某些底物得以维持，但无法针对 GM2 神经节苷脂 - 正常水解的临界阈值估计为正常活性的 5-10% 左右，预计疾病表现会低于此值图. 虽然这些讨论提供了指导，但在估计真正的残留酶活性方面需要谨慎——尤其是使用从诊断实验室进行的化验中获得的信息。实际上，在原位神经组织的溶酶体中确定 Hex A 对其天然底物 GM2 神经节苷脂（由于体内鞘氨醇结构和酰基链长度的变化本身是化学多样性的生物底物）的真实活性是极具挑战性的。虽然可以使用基于简单或更复杂的各种成分类似物的底物，但在过去，首选的解决方案是使用放射性标记的天然 GM2 神经节苷脂——现在使用起来非常昂贵和麻烦。

通过其晶体结构揭示的 Hex A 功能的深入了解有望促进个体突变的疾病表型预测。这个期望还没有完全实现；这是因为突变的空间位置并不容易与疾病的严重程度相关，除了那些改变活性位点的突变。此外，许多患者是复合杂合子，通常携带独特或不寻常的突变组合，家族中未表征的疾病修饰基因，以及表观遗传和环境因素被怀疑会影响疾病的进程。

一个值得注意的事实是，由于酶促和基因筛查，GM2 神经节苷脂贮积症在一些高危人群中的患病率现在低于一般人群。尽管作者知道有针对性的筛查失败的悲惨例子，特别是在计划怀孕前要求保证的混合血统夫妇中，但基于社区的携带者筛查和咨询在传统的高内婚风险社区中非常有效。据报道，一般人群中 GM2 神经节苷脂病和 SD 的发病率估计分别为 222,000 分之一和 422,000 分之一。

最近的一些研究正式回顾了 GM2 神经节苷脂增多症的存活率和功能下降率。Bley 及其同事的研究侧重于 GM2 神经节苷脂病和 SD 的婴儿形式。它包括来自国家泰萨克斯及相关疾病协会 (NTSAD)、美国 NTSAD 回顾性数据库 (n= 103) 和文献报告 (n = 121）。大多数婴儿是混血儿，犹太人或不明身份。疾病诊断的平均年龄刚刚超过一岁，最常见的初始症状是发育停滞 (83%)、异常惊吓反应 (65%) 和肌张力降低 (60%)。癫痫发作很常见，在疾病晚期尤为突出。重要的，在大多数情况下，早期发育似乎进展正常 - 支持普遍持有的观点，即发育停滞而不是延迟是婴儿 GM2 神经节苷脂沉积症的典型特征。这些患者中约有一半在 3.5 岁时死亡。

Maegawa 及其同事报告了 21 名患有幼年/亚急性 GM2 神经节苷脂沉积症的新患者：其中 13 名来自加拿大，8 名来自巴西（TSD，n = 15；SD，n = 6），代表 15 个不同种族的无关家庭。在 15 名 GM2 神经节苷脂病患者和 6 名 SD 患者中，分别鉴定出 11 种和 5 种不同的突变。平均发病年龄（首发症状）为 5.3 ± 4.1 岁（范围：1.5-15 岁）。这些患者中约有一半在生命的第一个十年内死亡，只有 25% 的患者存活到十几岁。这组患者的疾病表现比急性婴儿型多变，但随着疾病的进展，所有患者都出现步态和言语困难，协调障碍 (95%) 和认知障碍 (80%) 几乎没有变化；两名患者出现精神障碍。小脑萎缩，其次是全身性脑萎缩是最常见的神经放射学发现。对先前在文献中报道的 134 名患者的分析 (1968-2006) (TSD, n= 96; SD, n= 27) 得出了非常相似的趋势。GM2 神经节苷脂病和 SD 患者之间的症状差异也很明显；例如，睡眠问题、肌肉萎缩和腹泻/便秘在 SD 中更为普遍，提示自主神经病变。

史密斯等人。使用英国儿科监测单位提供的数据，研究了 1997-2010 年期间英国 73 例 GM2 神经节苷脂病（TSD，n= 40；SD，n= 31；GM2AP 缺陷，n= 2）。GM2 神经节苷脂增多症占所有确诊的进行性智力和神经功能恶化病例的 6% (73⁄1164)。大多数 (85%) 是没有家族史的散发病例，但值得注意的是，巴基斯坦血统的儿童占主导地位，特别是青少年形式的 SD (10/11)。与其他人群一样，婴儿型占主导地位 (75%)。婴儿期 GM2 神经节苷脂病和 SD 症状发作的平均年龄分别为 6.2 个月和 4.7 个月，而相应的幼年型则分别为 26.2 个月和 34.7 个月。与 Bley 及其同事的早期发现一样，婴儿型的平均存活期约为 3 年。

泰-萨克斯病和桑德霍夫病的迟发性明显减弱的疾病已越来越多地得到认可。尽管最初主要在德系犹太人中作为晚发性泰-萨克斯病 (LOTS) 首次报道——与错义HEXA的纯合性相关突变，G269S - GM2 神经节苷脂增多症的两种亚型都可能导致迟发性疾病。表现非常多变，该疾病经常被误认为是其他众所周知的神经退行性疾病，例如肌萎缩侧索硬化（运动神经元疾病）和小脑性共济失调；周围神经病变可能是一个表现特征——尤其是在 Sandhoff 病中。常见的症状包括在青春期后期出现的笨拙和共济失调以及腿部肌肉无力。认知能力通常可以长期保持，从而可以保留工作，但高达 40% 的患者会出现精神症状，包括双相情感障碍或精神病。目前尚不清楚这种疾病是否会缩短生命，但大多数受影响的患者至少会失去身体独立性，需要辅助行走和支持。

随着针对 GM2 神经节苷脂增多症的几种新疗法的出现，准确描述临床表现以绘制疾病的自然病程和经过验证的疾病严重程度评分，对于评估潜在治疗效果和制定纳入/排除标准非常重要在临床试验中。鉴于疾病的无情性质，早期治疗干预将是获得最佳结果的关键。此外，早期诊断有助于病情管理并提高受影响家庭和高危亲属的意识，从而使知情的生育选择成为可能。

患有神经退行性疾病的婴儿的 GM2 神经节苷脂增多症的特征通常是发育停滞和提示大脑和小脑合并疾病的特征（轴向张力差伴进行性肢体痉挛，通常由某些临床体征引起，例如视觉固定不良和突出的惊吓反射。中央凹周围苍白和樱桃红色或色素性黄斑点的存在并不完全是特异性的，而是这种疾病的近病理学征兆。

在疑似病例中，主要诊断依赖于 β-己糖胺酶活性的酶促测定，通常使用两种荧光人工底物 - MUG（4-甲基伞形酮-β-DN-乙酰葡糖胺）及其在血浆和/或外周血白细胞中进行硫酸化同系物，MUGS（4-甲基伞形酮-β-DN-乙酰葡糖胺-6-硫酸盐）]。后者优先被 Hex A 和 Hex S 水解。成纤维细胞裂解物或其他组织的提取物也可以使用，但在大多数情况下，健康受试者的参考参数在统计上不太稳健。控制溶酶体酶活性的测定应平行测定。这些研究应在经验丰富的生化遗传学实验室中进行，该实验室最好为及时接收样本做好准备。HEXA和HEXB基因也越来越多地被另外进行。这是为了避免因人工制品和HEXA中存在假性缺陷等位基因或突变（例如 R288H）而导致的差异，这些差异会导致人工底物的酶活性适度或检测不到，但 Hex A 酶无法被 GM2 激活剂激活蛋白质。GM2 A 基因的分子分析对于同源激活剂缺乏症的诊断是必要的。

使用细胞系或培养的原代细胞对 GM2 神经节苷脂贮积症的研究有助于我们理解 GM2 神经节苷脂贮积症的生物学基础，并且在机制理解方面发挥了关键作用。然而，为了研究发病机制和测试前瞻性疗法，非常需要真实的疾病动物模型。自然发生的以及基因工程动物模型可用于实验。hexb突变已在多个品种的猫中发现， hexa在绵羊 、狗 和火烈鸟. 显然，在这些疾病模型中，有些更适合研究环境，我们建议读者阅读 Lawson 和 Martin 关于这些动物的实用性的精彩评论。

在 1990 年代，Proia实验室和 Gravel 实验室这两个独立工作的小组分别生成了具有破坏的hexa和hexb基因的小鼠品系作为 GM2 神经节苷脂病和 SD 的模型。令他们惊讶的是，GM2 神经节苷脂病小鼠并没有模仿人类婴儿 TSD，尽管这些动物显示出一些 GM2 神经节苷脂的储存，但临床表现并没有立即显现出来。相比之下，SD 小鼠患上了致命的神经退行性疾病，并在 4-5 个月大时死亡。这些研究人员推断，GM2 神经节苷脂病小鼠的轻度疾病可以用唾液酸酶介导的生化旁路的存在来解释，现在被认为是 Neu3如果在人类中保存，则无法有效发挥作用。GM2 蛋白激活剂缺乏症的小鼠和猫模型也可用。

正如小鼠和人类 GM2 神经节苷脂病之间不同的表型所说明的那样，可能存在物种特异性差异，并且在外推到人类疾病时应谨慎地解释动物模型的结果。然而，这些动物模型是强大的研究工具，它们对于转化研究的重要性怎么估计都不为过。使用小鼠疾病模型测试新疗法的优点是：1）成功或失败方法的读数相对较快；2) 短时间内大量生产动物，易于圈养在小型动物设施中；3) 组织的高通量分析对于小型实验室来说是可管理的规模。然而，老鼠的大脑很小，大约是人类婴儿大脑的 1/1000，这使得精确注射小结构变得困难，但猫和羊的大脑在复杂性、组织结构和大小（分别为 1/10 和 1/3）方面更接近婴儿的人类大脑。猫和羊是长寿动物，非常适合多年的手术干预和临床评估。然而，使用大型动物模型也有缺点。其中包括：1）与更多有知觉的动物的实验使用相关的困难的伦理理由——特别是对于新疗法的早期评估；2）维护成本高；3) 高素质兽医的专业护理；4) 生成动物数量以达到有意义的统计能力所需的时间；5) 分析和对干预结果进行系统和彻底调查所需的大量组织。

佳学基因检测研究很少有关于人类 GM2 神经节苷脂增多症组织病理学特征的报道比 Aronson 对婴儿 TSD 的观察更为全面。他在尸检时发现，大脑比正常人重，可能是由于神经胶质增生。但与明显的微观异常相比，除了表面裂隙过度简化和沟增宽外，它们在宏观上没有表现出明显的病理特征。神经元耗竭仅在大脑皮层显着，而在大脑白质中脱髓鞘。Aronson 认为最有可能的是髓鞘形成的停滞和抑制，而不是现有髓鞘的丢失，因为没有明显的最近髓鞘分解的证据；然而，灰质区域存在大量激活的小胶质细胞和轻度星形胶质细胞增生的变化。所有水平的神经轴都显示出特征性的神经元改变和神经胶质增生，此外，内皮细胞因病理性脂质而膨胀。Aronson 对疾病的突然发作感到震惊，尽管神经病理学受到严重破坏，但功能程度一直保持到疾病过程的晚期，当似乎达到阈值并且正常的神经发育停止时。

这仍然是一个激烈争论的问题，哪些变化代表了神经病理学的主要表现，哪些实际上是原始缺陷的继发性变化。虽然神经节苷脂的积累通常被视为对神经元的主要损害，但例如脱髓鞘和炎症通常被认为仅仅是神经元退化的结果。然而，这一直受到强烈质疑，并且有证据表明，脱髓鞘和炎症都积极参与疾病过程及其对神经功能的破坏性影响。尽管进行了一个多世纪的研究，但从神经节苷脂积累到进行性神经变性和死亡的路径尚未完全用分子术语表征或阐明；