鈉離子通道相關癲癇性腦病研究進展

袁啟鋒 余詩倩 姚寶珍

武漢大學人民醫(yī)院兒科（湖北武漢 430060）

癲癇性腦?。╡pileptic encephalopathy，EE）是由反復癲癇發(fā)作或發(fā)作間期癲癇性放電所引起的疾病，頻繁的癲癇活動本身導致認知和行為障礙。隨著時間推移，這種損害會愈加嚴重，故早期有效干預可改善發(fā)育結果。3 歲內首次癲癇發(fā)作的患兒40%為EE[1]，而其中30%～50%嚴重神經精神發(fā)育障礙患兒存在癲癇相關基因變異[2]。除頻繁癲癇活動本身所造成的認知障礙和行為異常外，致病基因變異也可能造成EE 患兒神經精神發(fā)育異常，如Dravet綜合征（Dravet syndrome，DS）患兒在1～2 歲時即出現(xiàn)神經精神發(fā)育滯后或停滯，但此時患兒腦電圖上癲癇樣放電并不頻繁[3]。電壓門控鈉離子通道（voltage-gated sodium channels，VGSCs）由形成孔的α 亞基和2 個β 亞基構成，根據α 亞基不同VGSCs 分為9 種亞型（Nav1.1～Nav1.9），其中Nav1.1、Nav1.2、Nav1.3、Nav1.6 在神經元動作電位產生和傳導中扮演著重要角色，其α 亞基分別由SCN 1 A、SCN 2 A、SCN 3 A、SCN8A編碼，SCN1B則編碼Navβ1亞基。雖已明確SCN1A、SCN2A、SCN3A、SCN8A、SCN1B變異會導致EE，但基因變異如何導致疾病的發(fā)生以及基因與臨床表型的關系仍是當前亟待弄清的問題。本文綜述VGSCs相關EE基因型和臨床表型的關系，為EE基因診斷和精準治療提供幫助。

1 SCN1A基因與EE

1.1 SCN1A與Nav1.1

SCN 1 A基因位于2 號染色體q 24.3，有31 個外顯子，編碼Nav1.1 的α亞基。Nav1.1 在興奮性神經元和抑制性神經元上均有表達，但主要存在于表達小白蛋白的抑制性中間神經元（parvalbumin positive interneurons，PV神經元），且成年大腦表達水平更高[4]。Nav1.1 功能下調可能與多種神經精神疾病相關，如SCN 1 A基因敲除雜合子小鼠大腦PV神經元Nav1.1低表達，導致阿茨海默癥發(fā)生[5]。與阿茨海默癥相似，SCN 1 A雜合變異DS 模型小鼠海馬CA 1 區(qū)PV神經元數量減少，且神經元上Nav1.1功能減弱[6]。提示SCN 1 A基因變異本身也可能會導致癲癇患者認知功能損害。

1.2 SCN1A相關EE

DS 是最典型的SCN 1 A相關EE，早期通常由高熱誘發(fā)，隨著年齡增長，部分DS 出現(xiàn)無熱性癲癇發(fā) 作[7]。目前臨床上應用較為廣泛的全外顯子測序技術只能發(fā)現(xiàn)DS患兒SCN1A外顯子變異，但實際SCN1A內含子區(qū)域發(fā)生變異，誘導毒性外顯子形成，進而SCN1A編碼的全長蛋白數量減少，也會導致DS[8]。除此之外，某些基因可能在SCN 1 A表達的調控過程中發(fā)揮重要作用，從而影響SCN1A相關EE嚴重程度[9]。當然，并非所有SCN1A變異相關EE均表現(xiàn)為DS。有報道，9例早期嬰兒SCN1A腦病中，8例為p.Thr226Met變異，1例為p.Pro1345Ser變異；9例患兒均有嚴重的發(fā)育障礙，無法行走和說話，甚至需通過胃造瘺方式進食[10]。p.Thr226Met位點變異時，Nav1.1離子通道功能增強，但這種功能獲得會導致PV神經元更容易發(fā)展為去極化阻滯，導致PV神經元釋放γ-氨基丁酸（GABA）減少，并且比DS因SCN1A變異導致單倍體劑量不足時釋放的GABA更少，即前者去抑制作用更強，這就能解釋早期嬰兒SCN1A腦病臨床表型較DS更嚴重[11]。見圖1。由此可見，SCN 1 A外顯子變異導致VGSCs功能受損程度越大，臨床表型越嚴重，且該基因內含子變異或調控表達過程的其他基因發(fā)生變異，均可導致EE。

圖1 SCN1A 相關EE 發(fā)病機制

1.3 SCN1A相關EE治療

減少持續(xù)的癲癇發(fā)作和癲癇持續(xù)狀態(tài)是治療DS首先考慮的事情，因為反復癲癇發(fā)作或長時間癲癇發(fā)作會影響患兒神經精神發(fā)育，導致預后較差。從大麻中可提取大麻二酚和Δ9-四氫大麻酚，這兩種藥物均可有效緩解SCN1A相關DS模型小鼠癲癇發(fā)作，且兩種藥物小劑量靜脈注射可產生協(xié)同效應[12-13]。大多數DS均由SCN1A雜合功能喪失性變異所引起，故VGSCs阻滯劑類抗癲癇藥如卡馬西平、拉莫三嗪、奧卡西平等無效，甚至會加重病情[14]，而Nav1.1 高選擇性激活劑蜘蛛毒液肽Hm 1 a 則可通過作用于大腦CA1區(qū)PV神經元，顯著降低DS小鼠癲癇發(fā)作次數和死亡率[15]。由此可見，激活PV神經元抑制功能，可有效治療DS。司替戊醇和氯巴占可增強GABA 能神經傳導，控制癲癇發(fā)作。北美一項DS 治療管理共識建議，一線抗癲癇藥效果不佳時，可采用司替戊醇/丙戊酸鹽/氯巴占合用方案[16]，DS患兒長期維持該方案安全有效，且成年后仍可從該方案獲益[14]。此外，已從SCN1A變異DS患者獲取皮膚成纖維細胞，并將其成功誘導為多能干細胞[17]，這將為SCN1A相關EE新藥物研發(fā)及篩選帶來極大可能。

2 SCN2A基因與EE

2.1 SCN2A與Nav1.2

SCN 2 A位于2 號染色體q 24.3，有33 個外顯子，編碼Nav1.2 的α亞基。生命早期，Nav1.2 在有髓神經纖維的軸突起始節(jié)段和Ranvier節(jié)點中表達，到1～2歲時逐漸被Nav1.6取代。成人時期，Nav1.2主要在興奮性神經元軸突起始段及未髓鞘化軸突部位表達，此時Nav1.2 的作用是增大而非啟動成熟神經元動作電位。丹麥調查發(fā)現(xiàn)，SCN2A基因在人群中變異率約為1/78608[18]。

2.2 SCN2A相關EE

SCN2A變異會導致多種神經精神綜合征，其嚴重程度從自限性癲癇到伴神經精神發(fā)育障礙的EE。即使SCN 2 A不同位點發(fā)生變異，導致神經元上Nav1.2生物物理特性不同，也可能會出現(xiàn)相同的臨床表 型[19]，反之，相同位點的變異臨床表型也可能不同，說明EE 的臨床表型還可能受環(huán)境因素影響。有報道1例大田原綜合征女性患兒及其同父異母兄弟均攜帶SCN 2 A上p.Q 383 E 變異，但其兄弟為良性家族性新生兒癲癇而非大田原綜合征[20]。此外，變異來源也可能影響EE嚴重程度，胚系變異較新生變異Nav1.2電生理功能障礙更小，臨床癥狀更輕[21]。SCN2A變異相關EE的Nav1.2電生理變化較為復雜。出生后3個月內首次癲癇發(fā)作患兒VGSCs功能增強，并且發(fā)育障礙更嚴重，而出生3個月后首次癲癇發(fā)作患兒VGSCs功能喪失，發(fā)育障礙相對較輕[22]。選擇性剪接異變體可加重SCN2A基因變異相關EE臨床癥狀，并且在出生前3 個月表達更高[23]。這或許能部分解釋SCN 2 A基因相關EE 首次癲癇發(fā)作時間越早，患兒癥狀越嚴重的現(xiàn)象。

2.3 SCN2A相關EE治療

有報道12例SCN 2 A基因變異相關EE 患兒使用苯妥英后，癥狀得到有效控制；但納入更多研究對象后發(fā)現(xiàn)，出生3 個月內首次癲癇發(fā)作腦病患兒在使用VGSCs 阻滯劑（苯妥英、卡馬西平）后癲癇發(fā)作頻率明顯減少甚至完全控制；相反，出生3 個月后首次癲癇發(fā)作腦病患兒使用VGSCs阻滯劑，癲癇控制效果甚微，甚至會加劇癲癇發(fā)作[24]。這與SCN2A相關EE發(fā)病機制相一致，也說明研究VGSCs功能變化對于該類疾病的治療至關重要。此外，部分SCN 2 A變異EE 患兒的父親或母親為嵌合體變異，其下一個孩子可能有患EE的風險，故備孕前遺傳咨詢對預防EE的發(fā)生是必要的[25-26]。

3 SCN8A與EE

3.1 SCN8A與Nav1.6

SCN 8 A位于12 號染色體q 13.13，有28 個外顯子，編碼Nav1.6的α亞基。微管相關蛋白MAP1B與Nav1.6 胞內N 末端結合，使得Nav1.6 不被內吞并在神經元軸突起始段穩(wěn)定存在[27]。磷酸化是一種強大的可逆的離子通道功能調節(jié)機制，鈣離子/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II可通過調節(jié)Nav1.6磷酸化，進而影響神經元興奮性[28]。同樣，Janus激酶2通過使細胞內成纖維細胞因子14磷酸化，調節(jié)Nav1.6功能，從而抑制Janus激酶2活性，導致海馬CA1區(qū)錐體神經元興奮性降低[29]?？梢?，磷酸化可調節(jié)Nav1.6功能，而Nav1.6功能變化則會影響錐體神經元興奮性。

3.2 SCN8A變異相關EE

SCN8A相關EE一般是由2個雜合變異親代遺傳所致，子代為雙等位基因變異，并且這2個變異都表現(xiàn)為VGSCs 活性降低[30]。嚴重SCN 8 A相關EE 的特征是在出生后最初幾個月出現(xiàn)頑固性癲癇，通常表現(xiàn)為長時間的局灶性運動減退，并成串發(fā)作，伴有明顯的植物神經癥狀（呼吸暫停、發(fā)紺、瞳孔擴大），演變?yōu)殛嚁伝螂p側強直-陣攣表現(xiàn)[31]。內側內嗅皮層接收頂葉、枕葉所傳入的信息，并將其傳出到海馬錐體神經元，SCN8A基因變異導致該區(qū)域神經元Nav1.6鈉離子通道失活障礙、鈉離子電流增大[32]。巧合地是，SCN8A基因變異相關EE小鼠海馬CA1區(qū)錐體神經元也會出現(xiàn)過度興奮[33]，這兩種現(xiàn)象之間或許存在因果關系，并可解釋SCN 8 A基因變異相關EE 的發(fā)病機制，即SCN8A基因變異導致內側內嗅皮層神經元Nav1.6鈉離子通道失活障礙，進而海馬CA1區(qū)神經元過度興奮，EE發(fā)生。此外，前腦（大腦皮層和間腦）興奮性神經元Nav1.6鈉離子通道失活障礙也會導致SCN8A基因變異相關EE發(fā)生[34]。由此可見，神經元Nav1.6鈉離子通道失活障礙在SCN8A基因變異相關EE發(fā)生過程中扮演重要角色。然而，EE的發(fā)生發(fā)展并非僅由Nav1.6功能變化所影響。癲癇發(fā)作后，一些其他基因在前腦表達水平的繼發(fā)性變化也可能會導致腦病進展[35]。

3.3 SCN8A變異相關EE治療

VGSCs 阻滯劑對SCN 8 A相關EE 發(fā)作有較好的控制作用，尤其是高選擇性拮抗Nav1.6和Nav1.2、保留Nav1.1功能且容易透過血腦屏障的鈉離子拮抗劑，對SCN8A基因相關EE的治療具有重大意義。GS967是一種新型VGSCs 阻滯劑，高選擇性減少鈉離子電流。研究發(fā)現(xiàn)，GS 967 抑制錐體神經元自發(fā)放電，降低海馬Nav1.6蛋白水平，但不影響PV神經元動作電位放電頻率，可有效緩解SCN 8 A相關EE 癥狀[36-37]。Prax330是另一種新型鈉離子拮抗劑，可減小VGSCs持續(xù)電流和復活電流，抑制動作電位爆發(fā)，并降低下丘腦神經元興奮性，對SCN 8 A相關EE 也有較好的療效[38]。此外，基因治療在將來也會是一個很好的選擇，如反義寡核苷酸將SCN 8 A基因轉錄豐度降低25%～50%，可有效減少EE 小鼠癲癇發(fā)作次數，延長小鼠生存時間[39]。

4 SCN3A與EE

由SCN3A編碼的Nav1.3主要在兒童發(fā)育過程中表達。發(fā)育階段，SCN 3 A富集在基底/外向徑的神經膠質細胞群和正在遷徙的新生神經元群中。SCN3A變異可能導致神經元異位，MRI 可發(fā)現(xiàn)大腦結構缺陷，如外側裂周邊區(qū)多微腦回或雙側額頂葉多微腦回伴小腦畸形[40]，且患兒表現(xiàn)為神經精神發(fā)育異常[41]。

首例報道SCN 3 A基因變異相關EE 患兒在出生后幾周內即表現(xiàn)為頑固性癲癇和嚴重的智力殘疾，VGSCs 功能分析顯示明顯的功能獲得性效應，緩慢失活電流顯著增加；苯妥英和拉科酰胺選擇性減少緩慢失活電流，能有效緩解患兒的臨床癥狀[42]。另1例SCN3A基因相關EE患兒純外顯子測序未發(fā)現(xiàn)基因變異，但外顯子組隱馬爾可夫模型發(fā)現(xiàn)患兒存在SCN3A基因位點缺失[43]。隨著基因檢測技術的發(fā)展，未來可能發(fā)現(xiàn)更多EE與SCN3A變異相關。

5 SCN1B與EE

Navβ 1 亞基在神經系統(tǒng)廣泛表達，由SCN 1 B基因編碼，與VGSCs 在細胞表面定位密切相關。該基因雜合變異可表現(xiàn)為熱性驚厥附加癥等非腦病性癲 癇[44]，純合隱形變異則表現(xiàn)為DS 樣EE 癥狀，且這類患兒生命早期死亡率較高[45-46]。與典型DS 相比，SCN 1 B基因純合變異患兒臨床癥狀更符合早期嬰兒發(fā)育和癲癇性腦?。╠evelopmental and epileptic encephalopathy,DEE），后者比DS更嚴重[47]。與野生型細胞相比，SCN1B基因變異（p.Arg85Cys）細胞表面鈉離子通道β 1 亞基表達并無差異，但由β 1 亞基調控的Nav1.1鈉離子電流消失，表明SCN1B該位點變異是功能喪失性的[44]。高選擇性激活Nav1.1 或許可有效緩解該類EE癥狀。Na+-K+-2 Cl-同向轉運體1型（Na+-K+-2Cl-co-transporter-1，NKCC1）和K+-Cl-同向轉運體2 型（K+-Cl-co-transporter-2，KCC 2）是錐體神經元上2 種主要的Cl-通道，前者介導Cl-內流，后者介導Cl-外流，在大腦發(fā)育早期，細胞表面NKCC1表達為主，神經元內Cl-濃度高，當GABA受體被激活，胞內Cl-外流，神經元去極化，隨著神經元成熟，細胞表面NKCC1表達逐漸減少，而KCC2表達逐漸增多，神經元外Cl-濃度高，此時激活GABA受體則表現(xiàn)為神經元超極化。研究發(fā)現(xiàn)，SCN1B變異相關EE小鼠的大腦GABA能抑制作用成熟延遲，神經元過度興奮，導致癲癇發(fā)生[48]（圖2）。研發(fā)NKCC1抑制劑有望治療SCN1B相關EE。

圖2 SCN1B 變異EE 小鼠GABA 能抑制系統(tǒng)成熟延遲示意圖

綜上，理解VGSCs基因變異和EE 的生物學概念有助于闡明其基因異質性和表型異質性，并為臨床實踐提供指導。如果能根據臨床表型明確致病基因，則進行特異性基因測序將有助于診斷。但是，由于同一基因發(fā)生變異可能表現(xiàn)為不同的臨床特征，相同的臨床表型也可能由不同基因變異所致，那么，從遺傳學角度定義描述EE 將是一種趨勢。隨著基因診斷在臨床上逐漸推廣，其指導理解腦病發(fā)病機制和治療策略的潛力不可忽視。在VGSCs 相關EE 的治療中，根據基因型對治療分類，將使之朝著精準醫(yī)療的方向邁進。