Lennox-Gastaut綜合征相關致病基因研究進展

宮玉哲，王天成

蘭州大學第二醫(yī)院，蘭州730030

Lennox-Gastaut綜合征(LGS)好發(fā)于學齡前兒童，其主要臨床特征為多種類型的耐藥性癲癇發(fā)作、智力障礙及彌漫性棘慢復合波或陣發(fā)性快節(jié)律的異常腦電圖表現(xiàn)。難以控制的癲癇發(fā)作及智力障礙嚴重影響患兒的正常生活和學習，也加重了患兒家庭的經(jīng)濟負擔和精神壓力。因此，明確病因，針對病因給予及時有效的治療，對于提高患兒及其家屬的生活質(zhì)量具有重要意義。LGS的病因較為復雜，除結構性腦損傷及代謝紊亂外，遺傳因素亦在LGS的發(fā)病過程中起重要作用。近年來，越來越多的國內(nèi)外學者進行了LGS分子遺傳學研究。對已排除結構性病因的LGS患者通過連鎖分析定位、全外顯子測序或全基因組測序等方法篩選出候選基因，再經(jīng)過第一代DNA測序(Sanger測序)確定致病基因，進一步明確相關基因突變導致癲癇發(fā)作的機制，有助于個體化治療、預后評估及遺傳分析。目前已發(fā)現(xiàn)多種基因突變與LGS的發(fā)生發(fā)展有關，現(xiàn)就LGS相關致病基因研究進展進行綜述。

1 離子通道相關基因

1.1 SCN2A SCN2A基因定位于2q24.3，包含27個外顯子，編碼NaV1.2，共含2 005個氨基酸[1]。NaV1.2是一種電壓門控Na+通道蛋白的α亞單位，廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性谷氨酸能神經(jīng)元的軸突起始段近端、有髓神經(jīng)纖維郎飛結、海馬齒狀回顆粒細胞及海馬CA1、CA3區(qū)錐體細胞軸突等部位[2]，主要參與動作電位的起始和傳遞。SCN2A基因突變導致NaV1.2的功能增益(GOF)或功能喪失(LOF)，進而引起癲癇性腦病、自閉癥譜系障礙或智力障礙[1]。Wolff等[3]通過對71例SCN2A基因突變的患者進行研究發(fā)現(xiàn)，當突變導致GOF時，Na+通道活性增強，快速失活減慢，同時持續(xù)鈉電流增加，導致神經(jīng)元興奮性增高，從而引起早發(fā)性癲癇(出生后3個月以內(nèi)發(fā)病)，對于此種類型的癲癇，使用卡馬西平、苯妥英鈉等Na+通道阻滯劑(SCBs)可獲得良好療效；當突變效應為LOF時，Na+通道活性喪失，海馬齒狀回顆粒細胞的興奮性降低，導致海馬回CA3區(qū)興奮性增高，進而興奮擴散至整個海馬，引起晚發(fā)性癲癇發(fā)作(出生后≥3個月發(fā)病)，此時使用SCBs將加重癲癇發(fā)作，可使用其他類型的抗癲癇藥物(AEDs)進行治療。

1.2 KCNT1 KCNT1基因位于9q34.3，該基因的表達產(chǎn)物為兩種蛋白，較為重要的一種是由1 235個氨基酸構成的Slack-B蛋白，即KNa1.1，它是一種Na+依賴性K+通道，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要表達于大腦皮質(zhì)錐體細胞、腦干聽覺神經(jīng)元、小腦皮質(zhì)、丘腦、海馬等部位，在周圍神經(jīng)系統(tǒng)主要表達于背根神經(jīng)節(jié)。Slack-B主要調(diào)節(jié)神經(jīng)元節(jié)律性放電和痛覺[4]。KNa1.1是由四個相同的亞單位形成的四聚體通道，每一個亞單位的C端都有兩個RCK結構域，它們共同形成一個細胞質(zhì)門控環(huán)，Na+結合位點就位于該結構域內(nèi)[4]。KCNT1基因突變可為遺傳性突變，呈常染色體顯性遺傳，也可以是新生突變。當KCNT1基因發(fā)生致病性突變時，KNa1.1的RCK結構域?qū)a+的敏感性發(fā)生變化；此外，當Na+與配體結合后，K+通道的最大開放概率將會增大。研究發(fā)現(xiàn)，KNa1.1同時存在于興奮性和抑制性神經(jīng)元中，當興奮性神經(jīng)元中的K+通道功能喪失時，會促進神經(jīng)元的去極化；而抑制性神經(jīng)元中的K+通道功能增強時，抑制性神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少，神經(jīng)元興奮性增強，所以均可導致癲癇發(fā)作[4]。有研究者在對1例患有LGS的男童進行全外顯子組測序后發(fā)現(xiàn)了KCNT1基因錯義突變(c.625 C>T)，該患兒在服用了5種AEDs后仍未能控制癲癇發(fā)作，后改用K+通道阻滯劑奎尼丁治療，癲癇發(fā)作頻率和癇樣放電顯著減少[5]?？岫≈委煱d癇的療效與年齡顯著相關，年齡越小，治療反應越好[6]。

1.3 GABRA1與GABRB3 GABRA1基因和GABRB3基因位于5q34～q35上，它們分別編碼GABA-A受體的α1和β3亞基。GABA-A受體是由不同亞基(α1-6、β1-4、γ1-3、δ、ε、π、θ)組成的異五聚體蛋白復合物[7]，它是配體門控的Cl-通道，介導大腦中的快速突觸抑制。GABRA1基因的致病性突變導致單倍體劑量不足，或其表達產(chǎn)物對其他亞基產(chǎn)生顯性負效應，使得GABA-A受體對γ-氨基丁酸的敏感性降低，神經(jīng)元細胞膜上Cl-內(nèi)流，引起超極化能力減弱，興奮性信號相對增強，從而引起癲癇發(fā)作[8]。Allen等[9]在對115例LGS患者及其父母進行基因檢測后發(fā)現(xiàn)了GABRA1基因的突變位點(p.T292I)，以及GABRB3基因的突變位點(p.D120N、p.E180G)。此外，GABRB3基因新生錯義突變(p.A305T)亦可導致LGS[10]。除新生突變外，患者還可能因常染色體顯性遺傳而獲得遺傳性突變。以往認為GABRA1基因突變的表型在同一家族內(nèi)存在一致性，但Martin等[11]在一對同卵雙胞胎中發(fā)現(xiàn)GABRA1基因的同一致病性突變導致了不同的癲癇發(fā)作類型。

1.4 CACNA1A CACNA1A基因位于19p13上，長度約為300 kb，包含50個外顯子，編碼CaV2.1 P/Q型電壓門控Ca2+通道，表達于大腦或脊髓神經(jīng)元群的突觸前膜或樹突上，CaV2.1介導大腦皮層、海馬、丘腦及小腦的多種類型神經(jīng)元釋放興奮性或抑制性神經(jīng)遞質(zhì)[12]。Hamdan等[13]在對197例未知病因的癲癇性腦病患者進行全基因組測序后發(fā)現(xiàn)，有1例LGS患者出現(xiàn)CACNA1A基因的新發(fā)錯義突變(c.2137G>A，p.A713T)。隨后研究發(fā)現(xiàn)，CACNA1A基因突變無論導致GOF(A713T，V1396M)或LOF(G230V，I1357S)都會引起嚴重的癲癇性腦病[14]。其可能的致病機制是，CACNA1A基因發(fā)生功能喪失突變，導致大腦皮層和海馬γ-氨基丁酸能(GABAergic)中間神經(jīng)元的突觸功能障礙，神經(jīng)抑制功能減弱；當發(fā)生功能增益突變時，皮質(zhì)錐體細胞的突觸將促進谷氨酸能神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，而抑制性神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞保持不變，兩者均能導致神經(jīng)網(wǎng)絡興奮性增高，從而引起癲癇發(fā)作[14]。

2 轉(zhuǎn)錄調(diào)控相關基因

2.1 CHD2 CHD2基因作為癲癇的致病基因，最早發(fā)現(xiàn)于1例Angelman綜合征患兒，其定位于15q26.1，CHD2基因可編碼染色質(zhì)解螺旋酶DNA結合蛋白2(CHD2)，參與調(diào)控細胞周期及細胞分化[15]。Lund等[16]對17例LGS患者的CHD2基因進行了Sanger測序發(fā)現(xiàn)，其中1例患者發(fā)生了1 bp的拷貝數(shù)變異(c.4173dupA)，導致了一個新的移碼突變，使得下游的終止密碼子提前出現(xiàn)。另外一項研究對2 346例排除了結構性病因的癲癇患者進行全外顯子組測序，發(fā)現(xiàn)有17例(其中有2例診斷為LGS)發(fā)生了CHD2基因突變，包含錯義突變、移碼突變、無義突變、剪接位點突變等15個新的突變，及1個已報道過的熱點突變(Q1392TfsX17)[15]。CHD2基因突變導致癲癇發(fā)作的機制尚不明確。

2.2 IRF2BPL Marcogliese等[17]發(fā)現(xiàn)IRF2BPL基因的新發(fā)錯義突變及無義突變與癲癇發(fā)作有關，并將致病基因定位于14q24.23，該基因無內(nèi)含子，可以編碼人干擾素調(diào)節(jié)因子2結合蛋白樣蛋白(IRF2BPL)，這是一種鋅指蛋白，可作為促性腺激素釋放激素的轉(zhuǎn)錄激活劑。后于LGS患者中發(fā)現(xiàn)了IRF2BPL基因新的缺失突變(c.2152delT)，證明其為LGS的致病基因之一[18]，關于IRF2BPL基因突變導致癲癇發(fā)作的機制尚無明確定論。

2.3 FOXG1 FOXG1基因定位于14q12，全長3 206 bp，含有1個外顯子，可編碼轉(zhuǎn)錄抑制因子FOXG1，參與大腦皮質(zhì)和海馬等部位神經(jīng)元的增殖分化、遷移定位以及凋亡等過程[19]，當FOXG1蛋白表達減少時，中間神經(jīng)元的軸突和樹突生成異常，且不能正常遷移至大腦皮質(zhì)，導致大腦興奮與抑制失衡。Gaetano等[20]在1例患有LGS的8歲男童FOXG1基因中，發(fā)現(xiàn)了新生錯義突變(c.559A>G；p.Asn187Asp)，表明該基因可能為LGS的致病基因之一。

3 轉(zhuǎn)運體相關基因

既往研究表明，SLC6A1基因突變可導致肌陣攣失張力性癲癇[21]。Cai等[22]的最新研究發(fā)現(xiàn)，SLC6A1基因的錯義突變(c.700G>A/p.Gly234Ser)與LGS相關。人類的SLC6A1基因位于3p24～p25上，全長46.5 kb，包含16個外顯子，主要表達于大腦皮質(zhì)和小腦的GABAergic神經(jīng)元的神經(jīng)末梢，可編碼GABA轉(zhuǎn)運蛋白1(GAT-1)。該轉(zhuǎn)運體通過清除和再攝取GABA來維持GABAergic神經(jīng)元的正常生理功能[23]，當SLC6A1基因發(fā)生致病性突變時，GAT-1功能喪失，影響突觸前膜從細胞外再攝取GABA，從而誘發(fā)癲癇。

4 突觸傳遞相關基因

4.1 STXBP1 STXBP1基因定位于9q34.11，它可以編碼STXBP1蛋白，而該蛋白通過與對N-乙酰馬來酰亞胺敏感的附著蛋白受體(SNARE)相互作用，參與突觸囊泡的胞吐及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放過程[24]。Allen等[9]發(fā)現(xiàn)了LGS患者STXBP1基因的新生突變。STXBP1基因突變減少了STXBP1蛋白及SNARE的表達，導致抑制性神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少約50%，神經(jīng)網(wǎng)絡興奮性增高，從而引起癲癇發(fā)作。相關研究證實，與STXBP1基因突變有關的癲癇發(fā)作，對丙戊酸鈉及左乙拉西坦治療反應良好[9，24]。

4.2 IQSEC2 IQSEC2又稱作BRAG1基因，定位于Xp11.22上，包含15個外顯子，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要表達于大腦皮質(zhì)、海馬及小腦等部位，可編碼IQ模體和Sec7結構域蛋白2，參與由AMPA受體介導的中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性突觸傳遞[25]。Choi等[26]在對LGS患者進行全外顯子測序中發(fā)現(xiàn)了IQSEC2基因的新生突變(c.1048G>A)，并指出由于其X連鎖遺傳的特征，男性患兒較女性患兒臨床癥狀更為嚴重。IQSEC2基因的突變類型包括錯義突變、無義突變、移碼突變、插入突變、染色體易位等。關于該基因突變導致癲癇發(fā)作的機制有待進一步闡明。

4.3 DNM1 DNM1基因位于9q34.11上，可以編碼一種叫做Dynamin 1的GTP酶，該蛋白廣泛存在于神經(jīng)元中，參與突觸囊泡的內(nèi)吞和突觸囊泡膜的循環(huán)過程。DNM1基因發(fā)生致病性突變時，會顯著影響神經(jīng)元突觸囊泡的形成，且對抑制性神經(jīng)元的影響更大，從而引起癲癇發(fā)作[27]。Dhindsa等[27]在3例LGS患者中發(fā)現(xiàn)了DNM1基因的3個新生錯義突變，即c.529G>C(p.Ala177Pro)、c.618G>C(p.Lys206Asn)及c.1076G>C(p.Gly359Ala)，患者的診斷均由West綜合征變?yōu)長GS，且存在嚴重的智力障礙、明顯的肌張力減退和失語。另一項研究也得出了相似的結果，攜帶DNM1基因突變的5例LGS患者中，有4例先前被診斷為West綜合征，5例均存在嚴重的智力障礙、肌張力減退和失語，且智力障礙出現(xiàn)在癲癇發(fā)作之前[28]，以上臨床表現(xiàn)可能是DNM1基因突變所致LGS的特點。

4.4 SHANK3 Holder等[29]在全外顯子組測序中發(fā)現(xiàn)2例LGS患者攜帶有SHANK3基因突變，并將其定位在22q13上，該基因編碼的蛋白是位于興奮性突觸的突觸后膜上的一種支架蛋白，它對突觸的形成、維持以及突觸功能都有重要作用。Lund等[30]研究發(fā)現(xiàn)了22q13.3缺失導致LGS，這說明SHANK3基因的拷貝數(shù)變異也是導致LGS的原因之一。

5 其他基因

5.1 DCX DCX基因定位于Xq22.3～q23，其表達產(chǎn)物為雙皮質(zhì)素，當DCX基因的表達量減少時，表現(xiàn)為神經(jīng)干細胞的遷移受損、分化延遲、軸突形成不足，進而導致皮質(zhì)發(fā)育畸形，引起癲癇發(fā)作[31]。Lawrence等[32]在對一個家系進行基因測序時發(fā)現(xiàn)，有2例患者攜帶DCX基因的錯義突變(c.4G>A)，其中1例表現(xiàn)為LGS。

5.2 ALG13 ALG13基因定位于X染色體上，ALG14基因的表達產(chǎn)物是構成N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶(OGT)的兩個亞基，在真核生物細胞質(zhì)中蛋白N端糖基化的過程中起著重要的調(diào)控作用[33]。有研究者在1例LGS男性患兒的X染色體中發(fā)現(xiàn)了致病性剪接位點突變(c.374-5C>T)，并證實了該突變遺傳自母親，但患兒母親并未表現(xiàn)出LGS的臨床癥狀[34]。除遺傳性突變外，有學者[35]通過對87例癲癇及發(fā)育遲緩的患兒進行靶向二代測序發(fā)現(xiàn)，1例診斷為LGS的患兒其ALG13基因發(fā)生了新生致病性突變(c.320A>G/p.Asn107Ser)。目前關于ALG13基因突變導致癲癇的作用機制尚不明確。

總之，盡管已有多個基因被證明與LGS的發(fā)病相關，但每個致病基因?qū)е翷GS的癲癇發(fā)作類型以及嚴重程度是否存在差異，尚需更多研究來歸納和總結。隨著基因檢測技術在臨床工作中的應用，會有更多致病基因及突變位點被發(fā)現(xiàn)。研究致病基因及其導致癲癇發(fā)作的發(fā)病機制，對于LGS患者的精準治療、預后評價及遺傳咨詢均有重大意義。