SCN1A基因突變相關(guān)癲癇研究進展

呂月 綜述，曹潔 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院，重慶 400014)

癲癇作為一種慢性腦功能障礙性疾病，對患者的發(fā)育、認知、行為等有著跨越年齡限制的重要影響，是兒童神經(jīng)系統(tǒng)常見的疾病之一，發(fā)病率為每年50/100 000～120/100 000[1]。由于兒童不同年齡腦發(fā)育背景及其與外界各種因素的相互作用，使得癲癇更具有異質(zhì)性。故遺傳性癲癇為預(yù)估癲癇臨床表型提供了可能性，其中SCN1A作為目前與散發(fā)及遺傳性癲癇最密切相關(guān)的基因，其編碼的電壓門控鈉離子通道α1亞單位在癲癇單基因病因研究中占據(jù)重要地位。

1 SCN1A基因

SCN1A基因位于2q24，在中樞及外周神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中均有表達，該基因編碼的電壓門控鈉通道廣泛存在于神經(jīng)元、骨骼肌細胞的細胞膜上，對動作電位的產(chǎn)生與傳播起著至關(guān)重要的作用，是許多抗癲癇藥物的靶向點，如卡馬西平、拉莫三嗪、托吡酯、丙戊酸鈉等。電壓門控鈉通道是一類跨膜蛋白復(fù)合體，由1個α亞基及數(shù)個β亞基構(gòu)成，其中α亞基是鈉離子通道的功能載體，β亞基主要起輔助作用，對離子通道的動力學(xué)以及電壓門控依賴性進行修飾。每個鈉通道由1個大成孔、糖基化亞基和2個小亞基組成。在哺乳動物基因中發(fā)現(xiàn)了9種電壓門控鈉離子通道α亞基(Nav1.1～Nav1.9)，不同亞基組織分布及生物物理屬性不同。α亞基由4個同源域構(gòu)成，每個結(jié)構(gòu)域又包含6個跨膜片段(S1～S6)，其中S4含有豐富的堿性氨基酸殘基，又被認為是鈉離子通道的電壓傳感器，在改變鈉離子通道構(gòu)象、打開通道中發(fā)揮了重要的功能。

電壓門控鈉離子通道負責(zé)可興奮細胞動作電位的上升階段，其功能獲得或缺失均可影響細胞動作電位的產(chǎn)生。SCN1A編碼的Nav1.1主要定位神經(jīng)細胞體，即γ-氨基丁酸(GABA)能間神經(jīng)元的起始段，在許多GABA能抑制神經(jīng)元中高度表達。嚙齒類動物在出生后第2周大致相當(dāng)于人類生命的第1年，Nav1.1逐漸取代Nav1.3[2]，且α亞單位蛋白高表達于生后7～9個月的海馬和顳葉等大腦神經(jīng)發(fā)育關(guān)鍵期，均提示SCN1A基因突變與年齡依賴性癲癇如Dravet綜合征等相關(guān)[3]。而在Nav1.1突變通道功能缺失的小鼠模型中凈效應(yīng)是抑制信號的減少，鈉電流密度增加，從而引起癲癇發(fā)作。

2 SCN1A突變相關(guān)癲癇表型

Escayg A等[4]首次在遺傳性癲癇伴熱性驚厥附加癥家族中發(fā)現(xiàn)SCN1A基因突變。此后，在嬰兒重癥肌陣攣癲癇(SMEI，也稱為Dravet綜合征)中大量SCN1A基因突變被發(fā)現(xiàn)，其基因突變位點進一步增多。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)超過 1 440個基因變異位點，其相關(guān)癲癇表型與Nav1.1通道功能喪失(單倍體功能不全)密切相關(guān)。其表型嚴重程度與突變導(dǎo)致的功能損害呈量相關(guān)，單個堿基突變(如錯義突變)造成鈉通道部分喪失與熱性驚厥、GEFS+相關(guān)，截短突變(如無義突變或移碼突變)致鈉通道功能完全喪失可導(dǎo)致Dravet綜合征等更嚴重表型[5]。家族遺傳性基因突變多與表型較輕的綜合征相關(guān)，而嚴重表型的基因突變則多為散發(fā)。

2.1 Dravet綜合征

Dravet綜合征屬于難治性癲癇綜合征，是目前研究最多的SCN1A相關(guān)癲癇綜合征，由Dravet等于1978年首次報道，其中85% Dravet綜合征患者存在SCN1A雜合突變[6]，95%為新發(fā)突變[7]。以多種癲癇發(fā)作類型及頻繁的癲癇持續(xù)狀態(tài)為主要表現(xiàn)，多在1歲內(nèi)由發(fā)熱或疫苗接種誘發(fā)起病，1歲前發(fā)育多正常，后逐漸出現(xiàn)非癲癇癥狀，如認知障礙、共濟失調(diào)、自閉癥、睡眠障礙等，其反復(fù)癲癇持續(xù)狀態(tài)也可導(dǎo)致急性腦病發(fā)生，嚴重影響預(yù)后。其發(fā)病與多種病理生理機制相關(guān)，最為人們普遍接受的是中間神經(jīng)元假說。

Nav1.1功能缺失的雜合突變小鼠在生命早期出現(xiàn)自發(fā)的熱敏性癲癇發(fā)作，在產(chǎn)后25 d左右死亡[8]。在相關(guān)SCN1A突變的小鼠模型中，表達GABA的抑制神經(jīng)元亞群鈉離子密度降低，激發(fā)活性降低，最終導(dǎo)致突觸抑制和錐體神經(jīng)元興奮性增高[9]。不同GABA神經(jīng)元鈉離子的減少與癲癇發(fā)生、光敏性、睡眠障礙及共濟失調(diào)等相關(guān)。鈉離子的減少，進一步損害浦肯野細胞，導(dǎo)致共濟失調(diào)及相關(guān)功能障礙[10-11]，如行為問題和認知障礙[9]，嚴重影響患者生活質(zhì)量。同時，一種細胞自主的類似于穩(wěn)態(tài)的機制在改變錐體神經(jīng)元興奮性方面起著重要作用，如SCN9A、CACNA等突變可能加重或改變Dravet綜合征的臨床表型[12-14]，鈉通道的SCN3A的補償性上調(diào)可能減輕Nav1.1缺乏的影響，SCN8A在SCN1A突變的情況下恢復(fù)正常的發(fā)作閾值[15]。也可通過藥物來人為地平衡興奮與抑制性，如替加賓及氯硝西泮，通過增加GABA能神經(jīng)傳遞來有效防止熱敏性癲癇發(fā)作。

Dravet綜合征對兒童的認知、心理健康、睡眠等均有重大的影響。目前癲癇猝死(SUDEP)已逐漸替代癲癇持續(xù)狀態(tài)(SE)成為該病的第一死亡原因[16]。在Dravet綜合征小鼠中，癲癇發(fā)作后副交感神經(jīng)系統(tǒng)過度活躍導(dǎo)致心臟致命性電功能障礙被認為是猝死的主要原因，且其猝死風(fēng)險高低與SCN1A突變嚴重程度間無明顯相關(guān)性。鑒于SUDEP的兩個高峰期在13歲和18歲[17]，有專家共識提出為降低其猝死率，減少年齡較大兒童及青少年的夜間發(fā)作將成為今后治療重點[18]。

2.2 發(fā)熱相關(guān)性驚厥

SCN1A突變的患者往往會經(jīng)歷較長時間的早期發(fā)熱相關(guān)性驚厥發(fā)作，且多數(shù)人認為該病由疫苗接種導(dǎo)致，因為大多數(shù)無家族史及重大疾病患兒在接種疫苗后不久出現(xiàn)癲癇發(fā)作、并隨之出現(xiàn)智力發(fā)育障礙甚至倒退。而在針對疫苗接致發(fā)病的臨床回顧性分析中發(fā)現(xiàn)，這些具有相似情況的患兒中大部分可臨床診斷為Dravet綜合征，且大部分存在SCN1A突變[19]，只能表明疫苗接種可能早期誘發(fā)SCN1A基因相關(guān)癲癇發(fā)作，使該疾病提前表現(xiàn)。目前沒有任何數(shù)據(jù)證明疫苗接種會影響患兒預(yù)后，故對于此類基因突變的兒童不被提倡停止疫苗接種。

2.2.1 熱性驚厥(FS) FS是兒童時期驚厥最常見的原因，相比單純性FS，繼發(fā)癲癇概率更高的復(fù)雜性FS占30%[20]。SCN1A基因功能喪失性突變與家族性簡單型FS相關(guān)，至今已有10余個家族性FS易感基因或致病基因被發(fā)現(xiàn)，SCN1A被認為是其中最重要的癲癇致病基因[21]。SCN1A突變的小鼠GABA能抑制神經(jīng)元選擇性興奮喪失，在刺激海馬局部誘發(fā)癲癇樣放電的試驗中，攜帶SCN1A錯義突變的小鼠驚厥誘發(fā)閾值明顯低于對照組，發(fā)熱可加重GABA通道功能障礙，同時升高的溫度也可減少GABA受體的表達，兩者相互影響，故SCN1A突變相關(guān)癲癇綜合征具“熱敏性”[21]。我國一項對8個家系家族性熱性驚厥的基因序列測序研究中發(fā)現(xiàn)，SCN1A基因第884位的甘氨酸在進化上高度保守，提示其在電壓門控鈉通道功能中起著重要作用，再次證實了其與FS的相關(guān)性，且該通道α亞基電壓感受區(qū)(S4)及通道孔(S5～S6)外區(qū)突變引起的癲癇綜合征表型相對較輕[22]。導(dǎo)致FS的特定的基因缺陷至今未確定，其基因型與表型之間的關(guān)系仍有待進一步的動物模型及實驗研究，但SCN1A基因與FS之間的關(guān)系不容置疑。

2.2.2 遺傳性癲癇伴熱性驚厥附加癥(GEFS+) 隨著年齡增長，6歲后仍有熱性驚厥發(fā)作，且家族史陽性的患兒可診斷熱性驚厥附加癥(FS+)，與GEFS+同為SCN1A相關(guān)臨床表型較輕的癲癇綜合征。但GEFS+可伴有失神、肌陣攣或失張力等發(fā)作類型，由錯義突變引起，約10%的GEFS+家族中存在該基因突變[5]，屬家族遺傳性癲癇綜合征。在非神經(jīng)元細胞表達和電壓鉗位分析研究中發(fā)現(xiàn)，該基因突變改變其通道的多種生物物理學(xué)特性，通道功能缺失和功能增加均可見，而在神經(jīng)元細胞中發(fā)現(xiàn)癲癇發(fā)作與GABA能的選擇性興奮受損相關(guān)[11]。僅少數(shù)報道GEFS+癲癇發(fā)作與功能增加型SCN1A突變相關(guān)[23]。其癲癇發(fā)作的機制、基因型與表型之間的關(guān)系目前尚無明確定論。但該綜合征目前抗癲癇藥物控制效果較好，極少數(shù)發(fā)作延續(xù)至成年，預(yù)后可。

3 治療

目前癲癇治療仍以藥物控制為主，如丙戊酸、氯巴占、司替戊醇、托吡酯均有較高應(yīng)答率，頻繁癲癇發(fā)作期也可選用生酮飲食，但癲癇患者藥物治療反應(yīng)的不可控因素較多。2017年國際抗癲癇聯(lián)盟(ILAE)正式將遺傳性病因從癲癇病因分類中單獨提出，表明遺傳病因在癲癇中的位置得到進一步地肯定，這也將驅(qū)動癲癇治療向遺傳病因?qū)W治療發(fā)展。為了提高對SCN1A癲癇機制及促進新療法的開發(fā)能力，多種模型被用來探索不同SCN1A突變引起的癲癇發(fā)生的細胞機制及進行藥物篩選。如外源表達系統(tǒng)、小鼠、斑馬魚、果蠅、血清素系統(tǒng)及遺傳調(diào)節(jié)等。其中，患者特異性誘導(dǎo)多能干細胞(iPSCS)來源的神經(jīng)元允許使用患者特有的細胞來進行機制探索及藥物篩選，對于了解SCN1A相關(guān)癲癇的細胞機制、個性化用藥及細胞移植均具有很大價值[24]。

針對Nav1.1單倍體功能不全的基因療法將允許恢復(fù)GABA能神經(jīng)元的正常功能，在改善癲癇癥狀的同時改善其他非癲癇癥狀，滿足人們控制癲癇及改善長期預(yù)后的需求。諸如rs6730344、rs6732655和rs10167228等SCN1A基因位點的單核苷酸多態(tài)性[25]為預(yù)測患者癲癇藥物反應(yīng)表型提供可能性，這些藥物遺傳學(xué)數(shù)據(jù)也將為臨床預(yù)測患者藥物反應(yīng)表型、制定個性化癲癇治療方案、提高患者生活質(zhì)量提供重要幫助。