KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的研究進(jìn)展

付彬 閆露露 李海波 葉啟東

[摘要]?KCNQ2基因編碼電壓門控鉀離子通道亞基Kv7.2，該通道在穩(wěn)定神經(jīng)元、調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性中發(fā)揮重要作用。KCNQ2基因變異導(dǎo)致電壓門控鉀離子通道功能受損或功能異常，從而誘發(fā)癲癇發(fā)作。KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒的發(fā)病時(shí)間早，多發(fā)病于新生兒期或嬰兒早期，且臨床表現(xiàn)具有多樣性。本文對(duì)KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)、變異特點(diǎn)及臨床治療等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以便早期發(fā)現(xiàn)此類癲癇患兒，指導(dǎo)臨床診療工作。

[關(guān)鍵詞]?KCNQ2基因；基因變異；癲癇；電壓門控鉀離子通道

[中圖分類號(hào)]?R596????[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]?A????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.08.027

鉀離子通道主要參與靜息電位的形成及復(fù)級(jí)化過(guò)程中動(dòng)作電位頻率和幅度的調(diào)控[1]。遺傳性癲癇是兒童癲癇的主要類型。鉀離子通道相關(guān)基因是最常見(jiàn)的癲癇易感基因之一；而KCNQ2基因是這類基因的核心成員之一，是癲癇易感基因的研究熱點(diǎn)[2]。KCNQ2基因定位于染色體20q13.3，其長(zhǎng)度為80?427個(gè)堿基對(duì)，包含17個(gè)外顯子，負(fù)責(zé)編碼電壓門控鉀離子通道亞基Kv7.2。該通道在調(diào)控神經(jīng)元興奮性、促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等方面起至關(guān)重要的作用[3]。KCNQ2基因變異可導(dǎo)致電壓門控鉀離子通道功能受損或功能異常，神經(jīng)元的電生理特性發(fā)生改變，從而誘導(dǎo)癲癇發(fā)作[4]。Singh等[5]對(duì)1例良性家族性新生兒驚厥（benign?familial?neonatal?seizure，BFNS）患者進(jìn)行研究，首次發(fā)現(xiàn)染色體20q13.3上存在一微缺失現(xiàn)象，該區(qū)域可編碼電壓門控鉀離子通道蛋白。Biervert等[6]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，KCNQ2基因在大腦中表達(dá)。KCNQ2基因相關(guān)疾病表現(xiàn)為一系列癲癇譜系疾病[7]。KCNQ2基因變異導(dǎo)致的癲癇常發(fā)生于新生兒期或嬰兒早期，其癥狀表現(xiàn)出顯著的不一致性：輕者可只表現(xiàn)為病情穩(wěn)定、預(yù)后良好的BFNS；重者則可發(fā)展為早發(fā)性癲癇性腦?。╡arly-onset?epileptic?encephalopathy，EOEE），這類患兒以難以控制的癲癇發(fā)作及不同程度的智力運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后甚至倒退為主要特征，往往預(yù)后不佳。本文對(duì)KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)、變異特點(diǎn)及臨床治療等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1??KCNQ2蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

KCNQ2蛋白是一種跨膜蛋白，廣泛分布于大腦皮質(zhì)、小腦皮質(zhì)和海馬等部位，在神經(jīng)細(xì)胞軸突起始段和郎飛結(jié)處更為多見(jiàn)。該蛋白由6個(gè)相互連接的跨膜α-螺旋片段S1～S6及位于胞質(zhì)內(nèi)的N端和C端共同組成[3]?？缒て蜸1～S4共同構(gòu)成電壓門控區(qū)域，S4是該離子通道的電壓感受區(qū)域；而跨膜片段S5與S6之間的P環(huán)區(qū)域，即該離子通道的孔區(qū)，對(duì)鉀離子的通透性最佳。胞質(zhì)內(nèi)的C端包含4個(gè)α-螺旋結(jié)構(gòu)域A～D，其通過(guò)內(nèi)部的錨定蛋白G結(jié)合域與鈣調(diào)蛋白特異性結(jié)合，從而發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)定位作用。此外，C端結(jié)構(gòu)域還參與鉀離子通道的組裝和膜磷脂的調(diào)控過(guò)程。

KCNQ2蛋白與KCNQ3基因編碼的Kv7.3亞基共同構(gòu)建異四聚體鉀離子通道（M通道），該通道可被緩慢激活，具有電壓門控性和時(shí)間依賴性等電生理特性。M通道可調(diào)控動(dòng)作電位后超極化電流（M電流），使膜電位恢復(fù)到靜息狀態(tài)，減少重復(fù)神經(jīng)沖動(dòng)的發(fā)放頻率[8]。因此，KCNQ2蛋白在細(xì)胞靜息電位的維持、神經(jīng)元興奮性和神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放的調(diào)控等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2??KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的發(fā)病機(jī)制

目前，KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。有學(xué)者認(rèn)為，KCNQ2基因變異可導(dǎo)致KCNQ2蛋白功能受損或異常功能，繼而誘導(dǎo)癲癇發(fā)作[4]。

KCNQ2蛋白功能受損：①KCNQ2蛋白表達(dá)量減少。KCNQ2基因變異導(dǎo)致該蛋白合成不足，產(chǎn)生的M電流減少，靜息電位更接近閾電位，神經(jīng)元興奮性增加，從而誘發(fā)癲癇發(fā)作。Biervert等[6]用非洲爪蟾卵母細(xì)胞構(gòu)建BFNS患兒KCNQ2基因的變異位點(diǎn)，通過(guò)雙電極電壓鉗技術(shù)監(jiān)測(cè)細(xì)胞膜的電壓改變，發(fā)現(xiàn)與野生型相比，突變型細(xì)胞M電流可減少25%～50%，表明KCNQ2基因變異導(dǎo)致其蛋白表達(dá)量不足，推測(cè)M電流減少25%便可導(dǎo)致癲癇發(fā)作。②Kv7.2通道發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)，KCNQ2基因p.R213W、p.R213Q和p.R214Q變異均可導(dǎo)致Kv7.2通道出現(xiàn)慢開放和快關(guān)閉等改變，顯著降低該通道激活狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定性和電壓敏感性，進(jìn)一步增加神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放頻率，最終使患兒出現(xiàn)BFNS或EOEE等表型[9-10]。③Kv7.2通道的穩(wěn)定性降低。Soldovieri等[11]研究發(fā)現(xiàn)，KCNQ2基因2043ΔT發(fā)生1個(gè)堿基對(duì)微缺失時(shí)，Kv7.2通道在細(xì)胞膜上的數(shù)量明顯減少，提示這類移碼變異可能可導(dǎo)致胞內(nèi)KCNQ2蛋白被降解，使最終定位于細(xì)胞膜的Kv7.2通道數(shù)量急劇減少。

KCNQ2蛋白異常功能增多：①Kv7.2通道分布異常。位于Kv7.2通道C端的錨定蛋白G結(jié)合域的KCNQ2基因變異可導(dǎo)致該通道在軸突起始段的分布減少，減弱對(duì)神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放的調(diào)控作用，繼而導(dǎo)致動(dòng)作電位沖動(dòng)發(fā)放頻率增加，患兒出現(xiàn)EOEE等嚴(yán)重臨床表型。Orhan等[12]通過(guò)分析攜帶KCNQ2基因p.A294V變異的突變型與野生型中Kv7.2通道分布情況，發(fā)現(xiàn)相比于野生型，突變型的Kv7.2通道在神經(jīng)元軸突起始部位的分布顯著減少，提示KCNQ2基因變異通過(guò)改變Kv7.2通道的分布增加癲癇的易感性。②Kv7.2通道易被激活。研究表明，表達(dá)KCNQ2基因p.R144Q、p.R201C和p.R201H變異的細(xì)胞在-60mv便能產(chǎn)生顯著外向電流，且最終形成的靜息電位更低[10]。因此，KCNQ2基因變異導(dǎo)致Kv7.2通道易被激活，繼發(fā)神經(jīng)元異常放電。

3??KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的臨床表現(xiàn)

3.1??BFNS

BFNS是一種常染色體顯性遺傳性疾病，以局灶性發(fā)作或局灶性繼發(fā)全面性發(fā)作為臨床特征，患兒通常預(yù)后良好[13]。BFNS是一系列癲癇譜系疾病中癥狀最輕的一類，KCNQ2基因相關(guān)BFNS患兒通常會(huì)在出生后2～9d內(nèi)發(fā)病，發(fā)作形式多樣，如局灶性強(qiáng)直發(fā)作、局灶性陣攣發(fā)作或自動(dòng)癥等。大多數(shù)患兒發(fā)作持續(xù)時(shí)間只有1～2min，很少發(fā)展為癲癇持續(xù)狀態(tài)。此外，BFNS驚厥多成簇發(fā)作，發(fā)作頻率可從每日數(shù)次到數(shù)十次不等。但這類患兒可在生后數(shù)周或數(shù)月內(nèi)自行緩解，通常不會(huì)伴有智力和運(yùn)動(dòng)發(fā)育異常，患兒在發(fā)作間期檢測(cè)的腦電圖基本正常[2]。

3.2??EOEE

EOEE又稱早發(fā)嬰兒癲癇性腦病7型。EOEE是指胎兒出生后6個(gè)月以內(nèi)的癲癇腦病，臨床特征包括反復(fù)且難以控制的癲癇發(fā)作，發(fā)作間期腦電圖異常及智力、運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后或倒退。攜帶KCNQ2基因變異的EOEE患兒常在出生后1周內(nèi)發(fā)病，發(fā)作形式與BFNS患兒相似，發(fā)病初期抗癲癇藥物難以控制這類患兒的癲癇發(fā)作，大多數(shù)患兒可在9月齡～4歲癲癇停止發(fā)作?；純喊d癇性腦病表現(xiàn)可在其出生后不久出現(xiàn)，患兒通常不會(huì)獨(dú)走、不能聽(tīng)懂指令、只會(huì)說(shuō)個(gè)別單詞等；同時(shí)，這類患兒并發(fā)癲癇共患病的可能性較高，如孤獨(dú)癥、注意缺陷障礙和抑郁癥等。EOEE患兒發(fā)作期腦電圖可監(jiān)測(cè)到爆發(fā)-抑制、高度失律或多灶性癲癇樣放電等，發(fā)作間期腦電圖呈現(xiàn)異?；顒?dòng)，如背景活動(dòng)減慢等[14]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)伴有發(fā)育落后的KCNQ2基因相關(guān)EOEE患兒，其顱腦磁共振成像常表現(xiàn)出不同程度的異常，如髓鞘化延遲、胼胝體變薄、皮質(zhì)減少和腦溝增深等改變[15]。

少數(shù)KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒的發(fā)病時(shí)間相對(duì)較晚。張平平等[16]報(bào)道2例非嬰兒期發(fā)病的KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒，1例攜帶KCNQ2基因p.P335L錯(cuò)義變異的癲癇性腦病患兒在2歲時(shí)發(fā)病，表現(xiàn)為強(qiáng)直陣攣發(fā)作伴中度智力運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后；另外1例攜帶KCNQ2基因p.A335S錯(cuò)義變異的良性癲癇患者在青少年期發(fā)病，也出現(xiàn)強(qiáng)直陣攣發(fā)作，但智力運(yùn)動(dòng)等正常。此外有研究表明，KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇嬰幼兒患者的病死率高。謝涵等[17]報(bào)道攜帶KCNQ2基因變異相關(guān)嬰幼兒癲癇患兒22例，5例患兒死亡，其中1例為意外墜落生亡，其他4例為癲癇不明原因猝死。

4??KCNQ2基因相關(guān)癲癇的變異特點(diǎn)

目前人類基因突變數(shù)據(jù)庫(kù)中已收錄超過(guò)370個(gè)KCNQ2基因的變異位點(diǎn)。KCNQ2基因變異類型以錯(cuò)義變異為主，還包括剪接變異、無(wú)義變異、移碼變異及部分外顯子甚至整個(gè)基因缺失或重復(fù)等[16]。研究表明，KCNQ2基因的變異類型和變異位點(diǎn)與臨床表型具有關(guān)聯(lián)性[4]。KCNQ2基因相關(guān)BFNS患兒以KCNQ2蛋白跨膜片段S2和S3胞內(nèi)區(qū)域的錯(cuò)義變異最為常見(jiàn)，無(wú)義變異、剪接變異和移碼變異也有報(bào)道，變異來(lái)源多見(jiàn)于家族遺傳[18]。而EOEE患兒往往以新發(fā)的錯(cuò)義變異為主，少數(shù)來(lái)源于表型正常的嵌合體父親或母親，熱點(diǎn)變異位點(diǎn)是Kv7.2通道的4個(gè)重要功能域：電壓傳感器S4、孔區(qū)、跨膜片段S6及C端錨定蛋白G結(jié)合域[19]。

5??KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的臨床治療

KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的治療目標(biāo)：除控制癲癇發(fā)作外，還應(yīng)改善癲癇患兒的精神、運(yùn)動(dòng)、發(fā)育等其他非癲癇癥狀。

鈉離子通道阻滯劑作為治療KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒的首選藥物，通過(guò)抑制鈉離子內(nèi)流增加細(xì)胞膜靜息電位與閾電位之間的差異，進(jìn)而降低神經(jīng)元興奮性，達(dá)到抗癲癇作用。Kim等[20]研究13例KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇性腦病患兒的臨床特征并分析不同抗癲癇藥物的治療效果，發(fā)現(xiàn)鈉離子通道阻滯劑在11例患兒的治療中有效。曾琦等[15]報(bào)道40例KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒，22例患兒曾使用奧卡西平抗癲癇治療，其中20例有效，1例發(fā)作次數(shù)無(wú)明顯減少，1例病情加重。因此，推薦奧卡西平作為鈉離子通道阻滯劑中的首選抗癲癇藥物應(yīng)用于攜帶KCNQ2基因變異癲癇患兒的治療中。

γ-氨基丁酸激動(dòng)劑也廣泛應(yīng)用于KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒的治療中。γ-氨基丁酸激動(dòng)劑主要通過(guò)促進(jìn)γ-氨基丁酸的合成并抑制其降解，從而提高組織中抑制性神經(jīng)遞質(zhì)水平，發(fā)揮抗癲癇作用。γ-氨基丁酸激動(dòng)劑主要包括丙戊酸鈉和苯巴比妥等。對(duì)217例由KCNQ2基因變異導(dǎo)致的EOEE和良性癲癇患兒的治療信息進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)苯巴比妥在大多數(shù)良性癲癇患兒中療效明顯，但其在EOEE患兒中的治療效果并不如鈉離子通道阻滯劑，提示γ-氨基丁酸激動(dòng)劑可優(yōu)先用于KCNQ2基因變異相關(guān)良性癲癇患兒的治療[21]。

鉀離子通道開放劑目前主要應(yīng)用于KCNQ2基因功能缺失型變異的癲癇性腦病患兒的治療中，如瑞替加濱和依佐加濱等[22]。此外，有學(xué)者提出少數(shù)KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇患兒可能存在磷酸吡哆醛依賴性。陳俊等[23]首次報(bào)道2例分別攜帶KCNQ2基因p.T771I和p.R291S變異的難治性癲癇性腦病患兒病例，在使用常規(guī)抗癲癇藥物治療的基礎(chǔ)上，均應(yīng)用大劑量維生素B6，發(fā)現(xiàn)其癲癇發(fā)作的持續(xù)時(shí)間及頻率逐漸減少。

6??小結(jié)與展望

KCNQ2基因是新生兒和嬰兒早期遺傳性癲癇中最常見(jiàn)的致癇基因之一，該基因變異以錯(cuò)義變異為主。KCNQ2基因變異導(dǎo)致Kv7.2通道功能受損或異常功能增多，從而誘發(fā)癲癇發(fā)作。攜帶KCNQ2基因變異的癲癇患兒臨床表型具有高度異質(zhì)性，從輕型BFNS到重型EOEE不等。關(guān)于抗癲癇藥物的應(yīng)用，首選鈉離子通道阻滯劑尤其奧卡西平，其次是γ-氨基丁酸激動(dòng)劑。同時(shí)，治療過(guò)程中需加強(qiáng)嬰幼兒照護(hù)、注重改善患兒的其他非癲癇癥狀。未來(lái)，期望有更多的病例報(bào)道及更深入的基礎(chǔ)和臨床研究結(jié)果，以進(jìn)一步闡述KCNQ2基因變異相關(guān)癲癇的發(fā)病機(jī)制、臨床表型和基因型二者的相關(guān)性。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻(xiàn)]

[1] LIU?X?W，?WU?H?M，?BAI?Y，?et?al.?Potassium?channel?shaker?play?a?protective?role?against?cardiac?aging?in?Drosophila[J].?Yi?Chuan，?2021，?43（1）：?94–99.

[2] 甘靖，?張金秀.?KCNQ鉀通道功能障礙相關(guān)遺傳性癲癇的研究進(jìn)展[J].?重慶醫(yī)學(xué)，?2023，?52（6）：?919–923，?928.

[3] MUSELLA?S，?CAROTENUTO?L，?IRACI?N，?et?al.?Beyond?retigabine：?Design，?synthesis，?and?pharmacological?characterization?of?a?potent?and?chemically?stable?neuronal?Kv7?channel?activator?with?anticonvulsant?activity[J].?J?Med?Chem，?2022，?65（16）：?11340–11364.

[4] 許艷，?楊琳，?程國(guó)強(qiáng).?KCNQ2基因及其相關(guān)疾病[J].?國(guó)際兒科學(xué)雜志，?2020，?47（4）：?255–258.

[5] SINGH?N?A，?CHARLIER?C，?STAUFFER?D，?et?al.?A?novel?potassium?channel?gene，?KCNQ2，?is?mutated?in?an?inherited?epilepsy?of?newborns[J].?Nat?Genet，?1998，?18（1）：?25–29.

[6] BIERVERT?C，?SCHROEDER?B?C，?KUBISCH?C，?et?al.?A?potassium?channel?mutation?in?neonatal?human?epilepsy[J].?Science，?1998，?279（5349）：?403–406.

[7] 屈曉旋，?謝涵，?姜玉武.?KCNQ2基因相關(guān)癲癇：?一種譜系疾病[J].?中國(guó)醫(yī)師雜志，?2017，?19（8）：?1134–1138.

[8] LIU?Y，?BIAN?X，?WANG?K.?Pharmacological?activation?of?neuronal?voltage-gated?Kv7/KCNQ/M-channels?for?potential?therapy?of?epilepsy?and?pain[J].?Handb?Exp?Pharmacol，?2021，?267（5）：?231–251.

[9] CASTALDO?P，?DEL?GIUDICE?E?M，?COPPOLA?G，?et?al.?Benign?familial?neonatal?convulsions?caused?by?altered?gating?of?KCNQ2/KCNQ3?potassium?channels[J].?J?Neurosci，?2002，?22（2）：?RC199.

[10] MICELI?F，?SOLDOVIERI?M?V，?AMBROSINO?P，?et?al.?Early-onset?epileptic?encephalopathy?caused?by?gain-of-?function?mutations?in?the?voltage?sensor?of?Kv7.?2?and?Kv7.?3?potassium?channel?subunits[J].?J?Neurosci，?2015，?35（9）：?3782–3793.

[11] SOLDOVIERI?M?V，?CASTALDO?P，?IODICE?L，?et?al.?Decreased?subunit?stability?as?a?novel?mechanism?for?potassium?current?impairment?by?a?KCNQ2?C?terminus?mutation?causing?benign?familial?neonatal?convulsions[J].?J?Biol?Chem，?2006，?281（1）：?418–428.