KMT2E基因突變致癲癇機(jī)制探討*

繆勤飛, 馬紅霞, 翟瓊香, 張宇昕, 郭予雄, 陳志紅

廣東省人民醫(yī)院兒科、廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院、廣東省神經(jīng)研究所(廣東廣州 510080)

賴(lài)氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2E(基因ID：55904，lysine methyltransferase 2E，KMT2E)基因(下文稱(chēng)為KMT2E基因)屬于賴(lài)氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2(lysine methyltransferase 2，KMT2)家族，其之前被國(guó)際人類(lèi)基因組組織(HUGO Gene Nomenclature Committee，HGNC)命名為混合譜系白血病5(mixed-lineage leukemia 5，MLL5)基因，歸為混合譜系白血病(MLL)基因家族。當(dāng)前其位于染色體中的定位在7號(hào)染色體長(zhǎng)臂22區(qū)3帶上，外顯子計(jì)數(shù)為33個(gè)，編碼非活性組蛋白-賴(lài)氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2E的表達(dá)。KMT2E基因最初是在2002年由Emerling等[1]在從7號(hào)染色體長(zhǎng)臂22區(qū)尋找候選的髓系白血病腫瘤抑制基因的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，該基因及該基因所位于的7號(hào)染色體長(zhǎng)臂的缺失是在髓系惡性腫瘤中檢測(cè)到的最常見(jiàn)的細(xì)胞遺傳學(xué)異常。在既往國(guó)際的研究中，KMT2E基因突變和缺失多與細(xì)胞周期進(jìn)程，基因組穩(wěn)定性維持，成人造血和精子形成中的作用相關(guān)[2]。在近期廣東省人民醫(yī)院的1例癲癇患兒中，發(fā)現(xiàn)了KMT2E基因突變，且確定為可能致病基因，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，未見(jiàn)有國(guó)內(nèi)對(duì)KMT2E基因的相關(guān)突變案例，但在國(guó)外相關(guān)報(bào)道中，該基因在癲癇患者有少數(shù)報(bào)道。經(jīng)查詢(xún)國(guó)內(nèi)外各大數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)KMT2E基因的研究較少，對(duì)KMT2E的作用機(jī)制及生理功能知之甚少。本文對(duì)1例因確診“癲癇”并具有KMT2E基因突變的男性患兒進(jìn)行報(bào)道，并結(jié)合各數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)KMT2E基因的相關(guān)案例報(bào)道及機(jī)制的研究，以探討KMT2E基因突變同癲癇的相關(guān)性并擴(kuò)充該基因的相關(guān)基因突變譜。

1 資料與方法

1.1 病例資料 患兒，男孩，5歲1個(gè)月，因“反復(fù)抽搐7次”就診?；純浩鸪踉?歲時(shí)于發(fā)熱39℃時(shí)出現(xiàn)抽搐，表現(xiàn)為雙眼上翻，牙關(guān)緊閉，口唇發(fā)紫，雙手握拳，雙上肢伸直抖動(dòng)，全身肌肉僵硬，神志不清持續(xù)10余秒，此后反復(fù)發(fā)作6次。體格檢查見(jiàn)背部和腰部咖啡斑。相關(guān)輔助檢查：腦電圖：異常兒童腦電圖，睡眠期廣泛性棘慢波陣發(fā)，前頭部明顯；磁共振未見(jiàn)異常?；純簽榈谝惶サ谝划a(chǎn)，足月，順產(chǎn)，出生體重2.9 kg。生后生長(zhǎng)發(fā)育大致正常，3個(gè)月會(huì)抬頭，7個(gè)月會(huì)坐，1歲會(huì)走路。1歲左右叫“爸爸/媽媽”，5歲可參與學(xué)前班學(xué)習(xí)，并同周?chē)撕先骸８改阜墙H結(jié)婚。考慮診斷“癲癇”，予“左乙拉西坦”抗癲癇治療，現(xiàn)1年無(wú)發(fā)作。

由于患兒確診癲癇，為評(píng)估患兒未來(lái)的疾病及后續(xù)生育問(wèn)題發(fā)展情況，經(jīng)過(guò)家屬同意，運(yùn)用二代測(cè)序(next generation sequencing，NGS)的檢測(cè)方法對(duì)受檢者樣本及父母樣本進(jìn)行全外顯子捕獲檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)受檢者樣本中KMT2E基因發(fā)生突變(圖1)。既往該突變位點(diǎn)無(wú)相關(guān)致病性報(bào)道，生物信息學(xué)軟件(Mutation Taster)預(yù)測(cè)其致病。

注：A:c.G2333C 堿基雜合改變;B:受檢者父親KMT2E的2333號(hào)位點(diǎn)；C:受檢者母親KMT2E的2333號(hào)位點(diǎn)

1.2 方法 應(yīng)用Pubmed、萬(wàn)方及中國(guó)知網(wǎng)等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們回顧了自2002年首次發(fā)現(xiàn)KMT2E基因突變型至今所報(bào)道的KMT2E基因相關(guān)突變型，并結(jié)合1例案例進(jìn)行分析。期間先后應(yīng)用了“KMT2E”、“MLL5”、 “NKp44L”、“myeloid leukemia”、“epilepsy”、 “O′Donnell-Luria-Rodan syndrome”、“ODLURO syndrome”、“髓系白血病”、“癲癇”等作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索。

2 結(jié)果

2.1 二代測(cè)序結(jié)果 發(fā)現(xiàn)受檢者樣本在7號(hào)染色體上的KMT2E基因檢出新生雜合錯(cuò)義突變(NM_018682.3: c.2333C>G，p.Thr778Ser)，導(dǎo)致KMT2E基因的2333號(hào)位點(diǎn)的堿基由胞嘧啶變?yōu)轼B(niǎo)嘌呤，導(dǎo)致KMT2E的778號(hào)位點(diǎn)的氨基酸由蘇氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻z氨酸。該基因在腦部有表達(dá)，編碼賴(lài)氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2E，該表達(dá)可抑制細(xì)胞周期進(jìn)展。在線(xiàn)人類(lèi)孟德?tīng)栠z傳(Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM)示該基因是 ODLURO 綜合征(O′Donnell-Luria-Rodan syndrome)的致病基因，表現(xiàn)為全身發(fā)育延遲、言語(yǔ)延遲、智力障礙、癲癇發(fā)作及輕微發(fā)育畸形等，為常染色體顯性遺傳；人類(lèi)基因突變數(shù)據(jù)庫(kù)(Human Genome Mutation Database，HGMD)示在認(rèn)知障礙與癲癇中有報(bào)道。據(jù)遺傳變異分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)與指南(ACMG)評(píng)價(jià)，受檢者樣本中所檢測(cè)出的基因突變?cè)谄渖飳W(xué)父母樣本中皆未能檢測(cè)出，考慮為一個(gè)新發(fā)變異，歸類(lèi)為強(qiáng)的致病證據(jù)，在ACMG評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中評(píng)為PS2級(jí)別證據(jù)，在各個(gè)基因變異有害性預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中(包括SIFT，Polyphen2，MutationTaster，MutationAssessor，F(xiàn)ATHMM，PROVEAN，MetaSVM，MetaLR，LRT 等)，有4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)估該基因的突變?yōu)橛泻ψ儺悾贏CMG評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中評(píng)為PP3級(jí)別證據(jù)；該基因突變?cè)谇嘶蚪M計(jì)劃、gnomAD(The Genome Aggregation Database)及gnomAD-EAS(EAS為東亞人數(shù)據(jù))等數(shù)據(jù)庫(kù)中的人群頻率都在萬(wàn)分之一以下；變異與臨床一致性評(píng)估，變異可能致病。結(jié)合患者表型，考慮該基因突變可能為致病性變異。

2.2KMT2E基因相關(guān)文獻(xiàn)檢索結(jié)果 共檢索到36種基因突變，這些突變預(yù)計(jì)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的RNA不穩(wěn)定，被無(wú)義介導(dǎo)的RNA衰變降解或合成的蛋白質(zhì)被截短降解。大多數(shù)致病變異導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少或產(chǎn)生部分或完全無(wú)功能的短蛋白。結(jié)合分析以上檢索出的KMT2E基因相關(guān)突變型，本例患兒的突變型尚未見(jiàn)報(bào)道。

3 討論

KMT2E基因突變最初于2002年由Emerling等[1]在尋找候選的髓系白血病腫瘤抑制基因的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的。KMT2E基因覆蓋174 071 bp的基因組DNA，由33個(gè)編碼外顯子組成，可翻譯為1 858個(gè)氨基酸殘基的哺乳動(dòng)物三胸類(lèi)(trithorax protein, TrxG)蛋白[3-4]。該基因是髓系/淋巴系或混合譜系白血病(MLL)家族的成員，編碼一種帶有N-末端PHD鋅指和中心SET結(jié)構(gòu)域的蛋白。該蛋白的過(guò)表達(dá)或表達(dá)減少均會(huì)抑制細(xì)胞周期進(jìn)程[5]。且據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，該基因在急性髓系惡性腫瘤的細(xì)胞遺傳學(xué)畸變中經(jīng)常被刪除[5]。據(jù)既往的研究，KMT2E蛋白多因具有調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程及維持基因組穩(wěn)定性的作用，而在白血病、實(shí)體腫瘤及其相關(guān)疾病中多有報(bào)道[6-10]。

在其他一些疾病中，如自閉癥障礙譜系、智力障礙、巨眼癥及冠心病等疾病，該基因亦有所報(bào)道，且發(fā)現(xiàn)相關(guān)性較大[2]。并且有越來(lái)越多的證據(jù)證明該基因突變與人類(lèi)的幾種疾病有相關(guān)性，如癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、動(dòng)脈粥樣硬化和冠狀動(dòng)脈疾病[2,11-13]。其中根據(jù)蛋白結(jié)構(gòu)分析，部分包含PHD結(jié)構(gòu)域的突變與智力低下有關(guān)[14]，而KMT2E蛋白亦包含PHD結(jié)構(gòu)域,因此對(duì)KMT2E基因突變?cè)谏窠?jīng)系統(tǒng)疾病中的作用的相關(guān)研究近年開(kāi)始出現(xiàn)。而KMT2E基因突變?cè)诎d癇領(lǐng)域的相關(guān)研究較少，目前國(guó)內(nèi)未見(jiàn)有報(bào)道，僅在國(guó)外的一篇2019年的案例報(bào)道[13]中有所記述。該篇文章對(duì)在 36 個(gè)家庭的 38 個(gè)人的基礎(chǔ)上描述了KMT2E相關(guān)的神經(jīng)發(fā)育障礙，其中在30例具有蛋白質(zhì)截短變異的患者中有4例明確診斷癲癇的患者，而在錯(cuò)義突變的4例患者中都有癲癇的明確診斷[13]。因此，對(duì)KMT2E基因突變與癲癇的相關(guān)性及其致病機(jī)制的研究及探討顯得有趣且有意義。而根據(jù)當(dāng)前的相關(guān)研究，未有此類(lèi)的課題及報(bào)道。故在此針對(duì)KMT2E基因在生物體內(nèi)的生物學(xué)功能進(jìn)行總結(jié)。

據(jù)既往的研究，因?yàn)镵MT2E基因突變多與白血病相掛鉤，其在腫瘤方面的相關(guān)研究較多且有所發(fā)現(xiàn)。KMT2E基因在細(xì)胞分裂及基因組穩(wěn)定性的維持中起著重要的作用[2]。據(jù)一篇新加坡的研究，發(fā)現(xiàn)KMT2E基因通過(guò)編碼TrxG蛋白參與多個(gè)細(xì)胞周期的調(diào)控[4]。TrxG是進(jìn)化上保守的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，可在發(fā)育過(guò)程中在表觀(guān)遺傳水平上保持同源異型盒(homeobox, HOX)基因的表達(dá)。TrxG基因包含一個(gè)功能多樣的基團(tuán)，其中包括轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子和延伸調(diào)控子，以維持基因的表達(dá)[15]。據(jù)Marco的2018年的文章發(fā)現(xiàn)TrxG基因可編碼幾種具有專(zhuān)門(mén)功能的蛋白質(zhì)同工型，且目前已檢測(cè)到至少3種不同的蛋白質(zhì)產(chǎn)物[15-16]。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，TrxG基因所表達(dá)的產(chǎn)物可通過(guò)刺激一個(gè)或多個(gè)蛋白酪氨酸激酶(BAP)亞基的重組人泛素(SUMO)偶聯(lián)酶促進(jìn)蛋白質(zhì)的裝配、募集或重塑功能，進(jìn)而影響B(tài)AP復(fù)合物和其他一般轉(zhuǎn)錄因子靶標(biāo)介導(dǎo)的基因表達(dá)[16]。

在另一項(xiàng)美國(guó)的癌癥中心的研究中，KMT2E的一種特異亞型作為自然殺傷細(xì)胞44號(hào)受體的配體(NKp44L)調(diào)控NKp44-NKp44L介導(dǎo)的人類(lèi)自然殺傷細(xì)胞和其他的固有淋巴樣細(xì)胞[17]。據(jù)《人類(lèi)蛋白質(zhì)圖譜》記錄，該蛋白作為NKp44-NKp44L介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的激活因素在大腦和前額葉皮層、脊髓以及小腦都有表達(dá)。且據(jù)2013年的美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生及研究所的研究進(jìn)一步證實(shí)，該NKp44L由缺乏KMT2E最后5個(gè)外顯子且含有獨(dú)特C末端的外顯剪接變體編碼[17]。相對(duì)于作為核蛋白的KMT2E，這種特異亞型主要存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞表面[17]。在目前的研究中，該種KMT2E的特異亞型主要觸發(fā)癌癥細(xì)胞及病毒感染細(xì)胞的NKp44介導(dǎo)的細(xì)胞毒性[17]。在Giannina Gaslini研究所的2015年的一篇研究中，證明了NKp44可在輔助性固有淋巴樣細(xì)胞中表達(dá)[18]。并在NKp44L的介導(dǎo)下調(diào)控細(xì)胞因子的水平，進(jìn)而參與組織重塑、炎癥和屏障完整性的維持[19]。

通過(guò)本研究前期的案例收集及對(duì)既往相關(guān)報(bào)道的分析，在1例癲癇患兒中發(fā)現(xiàn)了ACMG指南支持的新的1個(gè)可疑致病基因：在7號(hào)染色體上的KMT2E基因檢出新生雜合錯(cuò)義突變(NM_018682.3: c.2333C>G，p.Thr778Ser)，導(dǎo)致KMT2E基因的2333號(hào)位點(diǎn)的堿基由胞嘧啶變?yōu)轼B(niǎo)嘌呤，導(dǎo)致KMT2E的778號(hào)位點(diǎn)的氨基酸由蘇氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻z氨酸。對(duì)癲癇相關(guān)基因突變譜進(jìn)行了擴(kuò)充。

KMT2E基因突變最初于2002年由Emerling等[1]在尋找候選的髓系白血病腫瘤抑制基因的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的。在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究中，關(guān)于該基因突變相關(guān)的癲癇報(bào)道極少。但在2019年的1篇案例報(bào)道中，有4例存在KMT2E基因錯(cuò)義突變的癲癇患兒，因此，對(duì)KMT2E基因突變同癲癇的相關(guān)性及其致病機(jī)制的研究及探討顯得有趣且有意義。故對(duì)既往該基因在其他領(lǐng)域的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行總結(jié)分析，得出對(duì)癲癇的相關(guān)機(jī)制。

KMT2E基因通過(guò)編碼TrxG蛋白參與多個(gè)細(xì)胞周期的調(diào)控[4]，且據(jù)Marco的2018年的文章發(fā)現(xiàn)TrxG基因可編碼幾種具有專(zhuān)門(mén)功能的蛋白質(zhì)同工型[15-16]，所表達(dá)的產(chǎn)物可通過(guò)刺激一個(gè)或多個(gè)BAP亞基的SUMO偶聯(lián)酶促進(jìn)蛋白質(zhì)的裝配、募集或重塑功能[16]。結(jié)合以上分析，可認(rèn)為KMT2E基因突變后極可能表達(dá)出失去了對(duì)某些離子通道裝配、募集或重塑功能的KMT2E，進(jìn)而引起該離子通道部分功能的喪失，從而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞膜電位的失衡，繼而誘發(fā)腦電波的異常發(fā)放，進(jìn)而產(chǎn)生了癲癇。這一點(diǎn)可在本病例中體現(xiàn)，在應(yīng)用選擇性地抑制癲癇樣突發(fā)放電的左乙拉西坦后，患兒癥狀得到明顯控制。

另一方面，NKp44作為NKp44-NKp44L介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的激活因素在大腦和前額葉皮層、脊髓以及小腦都有表達(dá)。結(jié)合以上分析，有可能性為突變的KMT2E基因突變表達(dá)出的NKp44L在神經(jīng)元細(xì)胞表面大量表達(dá)，誘發(fā)了NKp44-NKp44L介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，進(jìn)而誘發(fā)了腦電波的異常放電。

總結(jié)本文內(nèi)容，我們得出了KMT2E基因突變導(dǎo)致癲癇的兩種可能機(jī)制：一是KMT2E基因突變極可能通過(guò)三胸類(lèi)組蛋白影響下游蛋白的表達(dá)進(jìn)而導(dǎo)致癲癇；一是KMT2E基因突變誘發(fā)NKp44-NKp44L介導(dǎo)的免疫反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致癲癇。并發(fā)現(xiàn)了KMT2E基因的c.2333C>G (p.Thr778Ser)突變極可能是導(dǎo)致癲癇的原因之一。