KCNQ2基因相關(guān)癲癇臨床表型與基因型相關(guān)性研究

陳亞楠,何云燕,趙婷,周瑤,王娜,馮燕燕,韓雄

(1.河南省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,鄭州大學(xué)人民醫(yī)院,河南 鄭州 450003;2.青島大學(xué)附屬婦女兒童醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科,山東 青島 266000)

KCNQ2基因位于染色體20q13.3,包含17個外顯子,編碼電壓門控鉀通道,在胎兒和成人大腦中均有表達(dá)[1],是最常見的引起癲癇的基因之一。Singh等[2]于1998年首次報道了KCNQ2基因是良性家族性新生兒癲癇(benign familial neonatal epilepsy,BFNE)的致病基因。2003年Dedek等[3]首先報道了早發(fā)型癲癇性腦病(early onset epileptic encephalopathy,EOEE)患者中KCNQ2的致病突變。隨著基因檢測技術(shù)的發(fā)展,越來越多關(guān)于KCNQ2與癲癇相關(guān)的研究被報道。KCNQ2基因的突變已證明與多種類型癲癇相關(guān),如肌陣攣發(fā)作、局灶性發(fā)作、全面強直-陣攣發(fā)作、BFNE、良性家族性新生兒-嬰兒癲癇、良性家族性嬰兒癲癇(benign familial infantile epilepsy,BFIE)、早發(fā)癲癇性腦病(early infantile epileptic encephalopathy,EIEE)、嬰兒痙攣癥(west syndrome,WS)、大田原綜合征(ohtahara syndrome,OS)等[4-7]。目前報道的關(guān)于KCNQ2相關(guān)的突變已超過上百個,雖有文獻(xiàn)報道其基因型與癲癇發(fā)作的相關(guān)性,但缺乏比較全面的總結(jié)分析。本研究進一步系統(tǒng)總結(jié)了已知KCNQ2的突變及癲癇相關(guān)疾病,旨在闡明突變類型、突變位置(分子亞區(qū))與臨床表型之間的關(guān)系。

1 對象與方法

1.1 研究對象

從人類基因突變數(shù)據(jù)庫(Human Gene Mutation Database,HGMD)專業(yè)版(http://www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php)、PubMed數(shù)據(jù)庫(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/)、中國知網(wǎng)及萬方數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)檢索截至2022年9月的所有KCNQ2突變(451個)和對應(yīng)疾病及相關(guān)表型。同時根據(jù)UniProt數(shù)據(jù)庫收錄的人源KCNQ2蛋白對其結(jié)構(gòu)域進行劃分。

1.2 方法

為了探討突變類型和臨床表型之間的關(guān)系,本研究將KCNQ2突變分為兩大類,破壞性突變(無效突變)和錯義突變。無效突變是那些導(dǎo)致蛋白嚴(yán)重畸形并導(dǎo)致功能喪失和單倍功能不足的突變[8-9],包括截短突變(無義和框移)、經(jīng)典剪接位點突變(標(biāo)準(zhǔn)±1或2)、起始密碼子突變或單/多外顯子缺失。癲癇表型的譜系潛在范圍從輕度癲癇如局灶性癲癇到嚴(yán)重的發(fā)育性癲癇性腦病。將癲癇的表型分為輕表型與重表型。輕表型包括肌陣攣癲癇、全面性癲癇、良性嬰兒性癲癇、良性新生兒癲癇、良性新生兒-嬰兒癲癇和早發(fā)型癲癇;重表型包括癲癇合并神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙、癲癇合并孤獨癥、發(fā)育性癲癇性腦病、癲癇性腦病、早發(fā)性嬰兒性癲癇性腦病、新生兒癲癇性腦病、癲癇性腦病7型、WS和OS。為了便于分析分子亞區(qū)域與癲癇表型的關(guān)系,將KCNQ2的分子亞區(qū)分為N/C末端、S1～S3區(qū)、S4電壓感應(yīng)區(qū)(voltage-sensing domain,VSD)、D-Link區(qū)、孔區(qū)(S5～S6)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫及檢索到的KCNQ2相關(guān)的突變位點進行亞區(qū)分類,并對癲癇表型進行分類,從而進行統(tǒng)計分析。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計分析。采用χ2比較不同突變類型中癲癇輕重表型之間的差異、各分子亞區(qū)內(nèi)癲癇輕表型與重表型之間的差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 KCNQ2基因突變導(dǎo)致的疾病

本研究檢索到的451個突變所致疾病中,非神經(jīng)系統(tǒng)疾病3例(肌張力障礙1例,擴張型心肌病1例,先天性心臟病1例),非癲癇的神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病12例(周圍神經(jīng)高興奮性1例,神經(jīng)系統(tǒng)異常2例,神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙9例)。癲癇相關(guān)的突變436例(96.67%,其中癲癇輕表型223例,重表型213例)。

2.2 KCNQ2基因突變類型與癲癇臨床表型的相關(guān)性

KCNQ2基因突變類型中癲癇相關(guān)的錯義突變255個(58.49%),框內(nèi)突變20個(4.59%),無義突變26個(5.96%),拷貝數(shù)突變(copy number variation,CNV)51個(11.70%),移碼突變59個(13.53%),剪切位點突變25個(5.73%,其中經(jīng)典剪切位點突變20個,非經(jīng)典剪切位點突變5個)(見表1)。錯義突變中癲癇輕表型有94個,重表型有161個,在錯義突變中更常見表型為癲癇重表型(P<0.05)(見圖1A)。在破壞性突變(無效突變)中癲癇輕表型112個,重表型44個,在無效突變中更容易出現(xiàn)輕表型,且出現(xiàn)輕表型的概率與重表型之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(見圖1B)。

A為KCNQ2基因錯義突變與癲癇表型的相關(guān)性;B為KCNQ2無效突變與癲癇表型的相關(guān)性;***P<0.001。

表1 無效突變中各種突變類型的數(shù)量

2.3 KCNQ2基因分子亞區(qū)與癲癇表型的關(guān)系

在錯義突變方面,輕表型患者中50%(47/94)位于N/C末端,重表型患者中31.05%(50/161)位于N/C末端,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。輕表型患者中25.53%(24/94)位于S5～S6區(qū),重表型患者中43.48%(70/161)位于S5～S6區(qū),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。其余3個區(qū)分布情況相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 KCNQ2基因分子亞區(qū)與癲癇表型的關(guān)系[n(%)]

3 討論

在目前已知的遺傳性癲癇中,同一基因的致病突變可能導(dǎo)致不同甚至相反的癲癇表型,例如,KCNQ2基因可以導(dǎo)致自限性癲癇(也稱為良性癲癇表型)[10]或發(fā)育性癲癇(嚴(yán)重癲癇表型)[11-12]。目前出現(xiàn)這種現(xiàn)象的機制尚不明確。臨床上最常見的例子就是BFNE和KCNQ2相關(guān)的發(fā)育性癲癇性腦病,這兩者均由KCNQ2基因引起[13]。

KCNQ2相關(guān)疾病代表了由KCNQ2雜合致病突變引起的一系列疾病。KCNQ2相關(guān)疾病的臨床特征包括從輕度KCNQ2相關(guān)的BFNE,到重度KCNQ2相關(guān)的新生兒癲癇性腦病[13]。其中也包含少數(shù)的非神經(jīng)系統(tǒng)疾病及非癲癇的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,本文總結(jié)了目前所報道的關(guān)于KCNQ2的451個突變,在所致疾病中,癲癇相關(guān)的突變占96.67%,非神經(jīng)系統(tǒng)疾病占0.66%,非癲癇的神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病占2.67%。

導(dǎo)致KCNQ2單倍體功能不全的突變與自限性家族性新生兒癲癇相關(guān)[14],而更嚴(yán)重的通道功能抑制和/或軸突亞細(xì)胞定位的預(yù)防與導(dǎo)致新生兒發(fā)病和癲癇性腦病表型的致病突變有關(guān)[15]。本研究中將不同突變類型中出現(xiàn)癲癇輕表型與重表型的概率進行總結(jié)分析,其中錯義突變最常見,與之前文獻(xiàn)報道的突變類型[16-18]一致。一般來說,由單個KCNQ2等位基因(無義、剪接或移碼突變)功能喪失引起的單倍劑量不足是家族性KCNQ2-BFNE最常見的原因,單倍體劑量不足常導(dǎo)致電壓門控鉀通道出現(xiàn)輕度功能喪失,從而更容易表現(xiàn)為癲癇輕表型[19]。迄今為止,KCNQ2-NEE中發(fā)現(xiàn)的致病性突變均為新生錯義變體,而錯義突變被認(rèn)為可能導(dǎo)致電壓門控鉀通道出現(xiàn)更嚴(yán)重的功能缺陷從而更容易出現(xiàn)癲癇重表型[20]。本研究也發(fā)現(xiàn)錯義突變導(dǎo)致的癲癇重表型概率更高,在移碼突變與整個基因的缺失或重復(fù)所導(dǎo)致的突變中癲癇輕表型出現(xiàn)的概率較高。

兩個KCNQ2和兩個KCNQ3亞單元組裝成1個M型鉀通道,產(chǎn)生M電流,M電流是一種超極化電流,其活性通過除極增強,從而防止多種動作電位的失控[21]。KCNQ2的結(jié)構(gòu)由1個短的胞質(zhì)N端(91個氨基酸)、6個跨膜段(S1～S6)和1個P環(huán),以及1個長C端(559個氨基酸)與磷脂酰肌醇二磷酸酯和鈣調(diào)蛋白結(jié)合域組成。S4段包含通道的VSD,S5和S6段以及它們之間的P環(huán)(也稱H5)形成了離子通道的孔區(qū),它們的構(gòu)象變化調(diào)節(jié)了異四聚體選擇性的開放[18],目前認(rèn)為胞內(nèi)C端參與了Kv2的細(xì)胞內(nèi)定位、鉀通道組裝和膜磷脂調(diào)控,與鈣調(diào)蛋白等蛋白之間相互作用[22]。

本研究中錯義突變位點在S1～S3、D-Link區(qū)、S4區(qū)域中的突變出現(xiàn)癲癇輕表型與癲癇重表型的概率無明顯差異,在N/C末端更容易出現(xiàn)癲癇輕表型,而在S5～S6區(qū)域出現(xiàn)重表型的概率高于輕表型,這可能與孔區(qū)特殊的功能相關(guān)。有文獻(xiàn)報道在S4、孔區(qū)、C末端等特殊功能處的突變可能會導(dǎo)致較重的癲癇表型,如早發(fā)性癲癇性腦病等[18]。曾琦等[22]報道在攜帶KCNQ2基因點突變的患兒中,智力運動發(fā)育正常的患兒多位于跨膜區(qū)外,而位于跨膜區(qū)S4、S5、S6和P環(huán)區(qū)的突變導(dǎo)致的表型均伴智力落后。KCNQ2引起的BFNE可分布在其蛋白各個結(jié)構(gòu)域,而早發(fā)性癲癇腦病相關(guān)的突變多分布于S4、P環(huán)區(qū)域以及C端蛋白結(jié)合域等重要區(qū)域[23]。本研究錯義突變在S4區(qū)、N/C末端出現(xiàn)癲癇輕表型與重表型概率無明顯差異,需要更多的研究進一步證實其相關(guān)性。

4 小結(jié)

KCNQ2突變所引起的癲癇臨床表型輕重不一,其基因突變類型和突變位置均與臨床表型存在相關(guān)性。相比于無效突變,錯義突變更容易出現(xiàn)較重的癲癇表型;孔區(qū)突變所引起的癲癇的突變重表型更為多見,而C末端蛋白結(jié)合區(qū)的表型相對較輕。雖然本研究已經(jīng)總結(jié)了常用數(shù)據(jù)庫的KCNQ2相關(guān)突變,但仍可能存在病例的遺漏情況。隨著KCNQ2突變致癲癇基因突變譜和疾病譜不斷豐富,突變與表型的相關(guān)性將進一步被揭示。