癲癇型腦病的基因研究進(jìn)展

1、-作者xxxx-日期xxxx癲癇型腦病的基因研究進(jìn)展【精品文檔】癲癇型腦病的基因研究進(jìn)展 摘要：癲癇性腦?。╡pileptic encephalopathies，EEs）是癲癇性異常導(dǎo)致進(jìn)展性腦部功能障礙，是一種兒童期常見(jiàn)的腦部疾病，以多種嚴(yán)重的癲癇癥候群為特征的神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂性疾病。EES病因尚不明確，多數(shù)研究將病因指向癲癇基因，本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上綜述癲癇基因的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：癲癇型腦病;基因;突變Genetic research advances in epileptic encephalopathyAbstract: epileptic encephalopathy

2、(epileptic encephalopathies, EEs) is epileptic defect in advanced brain dysfunction, is a common childhood disease of the brain, is characterized by a variety of severe epilepsy syndrome function disorder of the nervous system.The etiology of EES is not clear. Most studies point to epilepsy genes. T

3、his paper reviews the research progress of epilepsy genes based on a large number of domestic and foreign literature.Keywords: epilepsy encephalopathy;Genes;mutationEEs是發(fā)生在嬰兒和兒童的嚴(yán)重痙攣性疾病，首次發(fā)病多見(jiàn)兒童、青年時(shí)期，男性高于女性1，癲癇兒童死亡率是成人的10倍2，然而癲癇型腦病的病因、發(fā)病機(jī)制仍不十分明確3，年齡依賴性是EES的共同特征，早發(fā)性癲癇性腦?。╡arly-onset epileptic encepha

4、lopathies，EOEE）包括早發(fā)性肌陣攣腦?。╡arly myoclonic epileptic encephalopathy，EMEE）、大田原綜合征（Ohtahara syndrome，OS）、嬰兒惡性游走性部分性癲癇（malignant migrating partial seizures in infancy，MMPSI）、West綜合征及Dravet綜合征。目前臨床仍局限于對(duì)癥治療，近年來(lái)的研究將癲癇病因指向基因突變和全基因拷貝數(shù)變異，雖然缺乏確切的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的基因型-表型關(guān)系，但是隨著基因檢測(cè)技術(shù)的不斷提高，對(duì)癲癇型腦病基因研究逐漸明朗，目前發(fā)現(xiàn)多種基因變異可導(dǎo)致癲癇型腦病的

5、發(fā)生。 EEs主要是由于癲癇發(fā)作或者癲癇間隙頻繁放電引起，嬰幼兒時(shí)期的癲癇型腦病影響大腦發(fā)育，突觸可塑性形成以及神經(jīng)環(huán)路形成，可導(dǎo)致認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)功能發(fā)育遲緩，智力發(fā)育遲緩、孤獨(dú)癥等嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥。有研究顯示70%的癲癇病因與遺傳因素有關(guān)4，目前癲癇基因研究進(jìn)展速度較快，有一部分基因篩查已經(jīng)在臨床開(kāi)展?；蜓芯考夹g(shù)從早期的微陣列技術(shù)發(fā)展到二代基因測(cè)序技術(shù)，現(xiàn)代的全外顯子測(cè)序（whole-exome sequencing，WES）與全基因組測(cè)序，加速了癲癇基因的檢出率，對(duì)癲癇基因研究提供有益的幫助，基于目標(biāo)捕獲的WES 技術(shù)將為EES基因研究提供有力證據(jù)5。從遺傳學(xué)的角度來(lái)看，有幾十個(gè)基因與EE

6、s相關(guān)，而且到目前為止，很難找到一個(gè)共同機(jī)制來(lái)解釋EEs6。 STXBP1突觸融合蛋白結(jié)合蛋白1基因（STXBP1）位于9q34.1編碼STXBP1蛋白，遺傳方式為顯性遺傳，在神經(jīng)元中表達(dá)，調(diào)節(jié)神經(jīng)元鈣通道敏感性，負(fù)責(zé)突觸間神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，促進(jìn)突觸囊泡的沉淀與膜融合，參與突觸囊泡循環(huán)。STXBP1致EES機(jī)制為該蛋白質(zhì)通過(guò)結(jié)合syntaxin-1A（STX1A）調(diào)節(jié)突觸小泡融合和神經(jīng)遞質(zhì)釋放，改變其構(gòu)象并調(diào)節(jié)SNARE復(fù)合物【7】。在蛋白質(zhì)水平，該突變導(dǎo)致STXBP1的結(jié)構(gòu)域3b和結(jié)構(gòu)域2的部分完全喪失。STXBP1(munc18 - 1)突變與各種類型的癲癇有關(guān)，目前已發(fā)現(xiàn)的STXBP1基因

7、突變有32個(gè)雜合突變類型，主要發(fā)生在生命早期。Milh等8對(duì)52位早期癲癇腦病患兒進(jìn)行基因篩查，MRI腦皮質(zhì)檢查和陰性代謝篩查，記錄標(biāo)準(zhǔn)腦電圖和視頻腦電圖，52例患兒中包括38例Ohtahara綜合征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5種新的STXBP1突變，所有出現(xiàn)突變的患者都表現(xiàn)出Ohtahara綜合征，提示STXBP1基因突變是Ohtahara綜合征的可能病因。Saitsu9-10同樣在患有Ohtahara綜合征中發(fā)現(xiàn)STXBP1突變，另一項(xiàng)研究顯示Ohtahara綜合征患兒在嬰兒晚期癲癇發(fā)作停止、腦電圖表現(xiàn)為陣發(fā)性活動(dòng)繼而出現(xiàn)快節(jié)律，強(qiáng)烈提示STXBP1基因突變。然而Deprez等11在106例癲癇發(fā)作性腦病

8、患者中發(fā)現(xiàn)了6例STXBP1畸變，沒(méi)有一例STXBP1基因突變被診斷為Ohtahara綜合征，由此可見(jiàn)STXBP1在Ohtahara綜合征的特異性并不明確。1.2 CDKL5細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶樣-5（Cyclin-dependent kinase like 5，CDKL5)位于Xp22.13，其基因異常導(dǎo)致早期癲癇性腦病，主要累及女童，以生命早期難治性驚厥為特點(diǎn)，隨著年齡增加可出現(xiàn)Rett樣癥狀，例如咬手指等刻板動(dòng)作、自閉癥、大腦發(fā)育緩慢、睡眠障礙、過(guò)度換氣等，MRI可見(jiàn)白質(zhì)內(nèi)高強(qiáng)信號(hào)。CDKL5致EES機(jī)制目前尚無(wú)定論，CDKL5基因突變?cè)谂栽缙诎d癇腦病患兒中發(fā)病率為9-28%12

9、-13。Melani14對(duì)6例EEs患兒進(jìn)行視頻腦電圖監(jiān)測(cè)和基因檢測(cè)，其中2例患有癲癇性痙攣，4例患有固定型復(fù)雜的癲癇發(fā)作模式，5例患兒CDKL5基因異常，CDKL5異常患兒均為女童。雖然CDKL5為X染色體基因，但是在部分男性癲癇腦病患兒中也發(fā)現(xiàn)CDKL5基因突變，Liang Jao-Shwann15對(duì)125例EEs患者進(jìn)行基因檢測(cè)發(fā)現(xiàn)5%的男性患者和14%的癲癇性腦病女性患者有CDKL5改變， Bahi-Buisson12認(rèn)為表型異質(zhì)性與基因突變的性質(zhì)或位置無(wú)關(guān)，或與x染色體失活的模式有關(guān)，Liang Jao-Shwann15認(rèn)為女性CDKL5基因異常頻率高于男性原因可能為女性有兩個(gè)X染色

10、體。1.3 SPTAN1SPTAN1基因位于9q33.3-q34.11，在調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、脊髓和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的髓鞘化發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用。SPTAN1異常在West syndrome（WS）中被發(fā)現(xiàn)，患兒伴有髓鞘形成減少，不良的視覺(jué)注意力，以及發(fā)育遲緩。Campbell16研究了10位9q34.11區(qū)域的DNA拷貝數(shù)丟失的兒童，10位患兒中4例為EES，10位兒童都表現(xiàn)出中重度語(yǔ)言障礙，3例出現(xiàn)斜視，10例肌張力減退，部分出現(xiàn)張力亢進(jìn)或共濟(jì)失調(diào)，10例患者均出現(xiàn)中至重度自閉傾向，6例MRI示腦部發(fā)育不良，其中1例髓鞘發(fā)育遲緩，2例小垂體，3例Chiari一類畸形，腦電圖顯示1例多病灶異常放電

11、，7例中度生理缺陷，1例小腦患者，1例胃腸道畸形，基因檢測(cè)顯示5位患兒9q34.11區(qū)域SPTAN1雜合子內(nèi)缺失，提示SPTAN1突變與早期的頑固性癲癇發(fā)作之間的因果關(guān)系。Saitsu17報(bào)道了日本兩例患有早期嚴(yán)重痙攣的兒童，兩名患兒的腦MRI顯示嚴(yán)重的腦血管萎縮，白質(zhì)減少，腦干、腦組織發(fā)育不全，胼胝體減少，在三個(gè)被試者中，1個(gè)SPTAN1和STXBP1雜合，臨床表現(xiàn)與STXBP1突變的患兒相似，如早期的痙攣，腦電圖抑制-爆發(fā)模式，之后過(guò)渡到West syndrome，嚴(yán)重發(fā)育遲緩，提示SPTAN1突變導(dǎo)致癲癇型腦病，可能的機(jī)制為病理聚合/血紅蛋白形成和異常軸突起始段完整性受損造成SPTAN1

12、突變。1.4 ARX ARX基因染色體位于，ARX蛋白不僅控制神經(jīng)節(jié)內(nèi)隆起的氨基丁酸能神經(jīng)元的切向遷移，而且還可以誘導(dǎo)從皮層下的腦室區(qū)的徑向遷移18。ARX基因變異主要累及男孩，至今已有44種不同的突變類型被報(bào)道，常見(jiàn)于Ohtahara綜合征或早期嬰兒癲癇性腦病(EIEE)抑制破裂，Ohtahara綜合征是最嚴(yán)重和最早的與年齡相關(guān)的癲癇性腦病，該綜合征的特點(diǎn)是早期發(fā)作性痙攣，與嚴(yán)重持續(xù)的突發(fā)活動(dòng)模式有關(guān)，導(dǎo)致了癲癇頑固性發(fā)作和嚴(yán)重的智力遲鈍。ARX致EES突變的機(jī)制尚不清楚，Pavone19在Ohtahara綜合征患兒中發(fā)現(xiàn)了至少4種基因的特異性突變，其蛋白產(chǎn)物在較低的大腦神經(jīng)元和神

13、經(jīng)元間發(fā)揮必不可少的功能，包括線粒體呼吸鏈在與EIEE無(wú)關(guān)的個(gè)體中被識(shí)別:(1)Xp22.13(EIEE - 1變異)的ARX(與aristaless關(guān)聯(lián)的)homeobox基因;(2)Xp22(eiee - 2變種)CDKL5(SYK9)基因;(3)11p15.5(eiee - 3變種)的SLC25A22(GC1)基因;(4)Stxbp1(munc18 - 1)基因9q34 - 1(eiee - 4變種)。Shin18研究了一個(gè)X連接無(wú)腦回伴有生殖器異常的嬰兒，發(fā)現(xiàn)該患兒大腦氨基丁酸能神經(jīng)元亞群中出現(xiàn)ARX基因突變，同時(shí)在神經(jīng)元細(xì)胞遷移標(biāo)志物化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)含有谷氨酸脫羧酶和鈣蛋白的細(xì)胞在

14、新皮質(zhì)中明顯減少。1.5 PCDH19粘附蛋白19基因（Protocadherin 19，PCDH19，OMIM number 300460），在神經(jīng)元高度表達(dá)的跨膜蛋白，可能參與調(diào)節(jié)鈣離子依賴細(xì)胞粘附和神經(jīng)元的連接，至今作用機(jī)制不明。PCDH19和SCN1A突變的患者有非常相似的臨床特征，包括早期發(fā)熱或不伴發(fā)熱，發(fā)育緩慢和語(yǔ)言、行為障礙，認(rèn)知退化，可導(dǎo)致多態(tài)性癲癇發(fā)作，特別是罕見(jiàn)的肌陣痙攣，主要累及女性，男性也可發(fā)病。Depienne Christel20在Dravet綜合征(Dravet syndrome,DS)患兒中發(fā)現(xiàn)一名男性患兒PCDH19基因的染色體Xq22.1的半合子缺失，同時(shí)在

15、11名女性患者中發(fā)現(xiàn)9個(gè)不同的點(diǎn)PCDH19基因突變(4個(gè)錯(cuò)義和5個(gè)剪切突變)，提示PCDH19在癲癇性腦病中起著重要的作用。2.其它基因 KCNQ2和KCNQ3基因突變對(duì)家族性新生癲癇(BFNS)具有一定的影響，Sarah21對(duì)80例不明原因癲癇發(fā)作及相關(guān)精神運(yùn)動(dòng)阻滯患者進(jìn)行KCNQ2和KCNQ3突變分析，8例（10%，8/80）出現(xiàn)異合KCNQ2突變。SCN1A基因是一種最常見(jiàn)的突變的人類癲癇基因，盡管有超過(guò)1200種不同的突變報(bào)告，但仍然很難畫(huà)出清晰的基因型表型關(guān)系圖。Harkin22在188名患有Dravet綜合征患者中發(fā)現(xiàn)隱源性多灶性癲癇（22%）的特殊子組（共5例）中有3例發(fā)生SC

16、N1A突變，SCN1A突變表現(xiàn)型的特征是早期的多焦點(diǎn)發(fā)作和認(rèn)知能力下降，提示Dravet綜合征的診斷增加SCN1A檢測(cè)。Usluer23等人在土耳其SCN1A基因的突變篩查中發(fā)現(xiàn)兩名不明原因癲癇型腦病患者中存在SCN1A突變，提示SCN1A突變與多種表型之間存在聯(lián)系，SCN1A為建立了一種快速有效的大基因突變檢測(cè)方法提供可能。田小娟24等人對(duì)547例Dravet綜合征患兒進(jìn)行進(jìn)行SCN1A基因突變篩查，69.3%患兒SCN1A基因發(fā)生突變，其中92.9%為新生突變，僅7.1%位遺傳性突變，提示SCN1A基因突變與Dravet綜合征的發(fā)生有密切骨關(guān)系，該基因突變以新生突變?yōu)橹?，在Dravet綜合

17、征患兒中應(yīng)進(jìn)行SCN1A基因突變檢測(cè)，有助于早期診斷。SCN2A基因突變可導(dǎo)致Dravet綜合征，嬰兒痙攣癥、新生兒良性家族性驚厥、全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥等多種癲癇綜合征。SCN8A、CACNB4和SCN9A被認(rèn)為發(fā)揮調(diào)節(jié)子的作用，這些基因的突變通常和其他癲癇表型相關(guān)，溶質(zhì)載體家族 25 / 22、膜關(guān)聯(lián)鳥(niǎo)苷酸激酶反轉(zhuǎn) 2（ MAGI2)、叉頭框G1基因(FOXG1、肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C（MEF2C）、GRIN1、GRIN2A、STK9等編碼的蛋白參與前腦發(fā)育和突觸傳遞功能，與EEs表型存在密切的關(guān)系，但是由于基因突變的多效性及異質(zhì)性，缺乏靈敏度和特異性報(bào)道。3.全基因組拷貝數(shù)變異（rare

18、 copy number variants, CNVs）CNVs(刪除和重復(fù))已經(jīng)成為癲癇的重要危險(xiǎn)因素,CNVs可導(dǎo)致最具破壞性且往往是病因不明的癲癇。Heather等25對(duì)315例癲癇病患者進(jìn)行了評(píng)估，并對(duì)其進(jìn)行了高密度、外聚焦、全基因組寡核苷酸陣列的研究發(fā)現(xiàn)25例(7.9%)攜帶罕見(jiàn)的CNVs，可能導(dǎo)致其表型，至少有50%明顯或有可能致病性,在7q21和2例相同重復(fù)的患者中發(fā)現(xiàn)了2例有重疊缺失的患者，其重復(fù)部位為16p11.2，同樣在沒(méi)有患有癲癇性腦病的突變?nèi)巳褐邪l(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)的CNVs，提示罕見(jiàn)的CNVs在癲癇性腦病中的重要性。WES技術(shù)是利用序列捕獲技術(shù)將全基因組外顯子區(qū)域DNA捕捉并富集

19、后進(jìn)行高通量測(cè)序的基因組分析方法,WES徹底改變了診斷癲癇性腦病的方式26,用于確定未分類的EOEEs致病基因突變27。WES技術(shù)不僅有利于神經(jīng)發(fā)育疾病的診斷，還有助于發(fā)現(xiàn)癲癇型腦病的發(fā)生機(jī)制，明確致病的突變基因。由于EEs的臨床分型和基因分型繁多、復(fù)雜，同種基因突變可致多種臨床表型，同樣同一臨床表型可能由多種突變基因?qū)е?。因此EEs診斷基因檢測(cè)基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)認(rèn)真篩選臨床分型，臨床上若出現(xiàn)生命早期癲癇性痙攣，肌陣攣性發(fā)作、抗藥性癲癇，不明原因癲癇持續(xù)狀態(tài)、發(fā)育緩慢甚至停止，癲癇伴運(yùn)動(dòng)障礙，生殖器、器官畸形，腦電圖呈爆發(fā)抑制、高度失律，影像檢查無(wú)腦回，胼胝體、髓鞘化異常、腦萎縮應(yīng)考慮基因突變。綜上，

20、EEs與多種相關(guān)基因變異存在密切、復(fù)雜的關(guān)系，由于目前技術(shù)局限仍然缺乏對(duì)基因-臨床表型的認(rèn)知，EEs在臨床分型和基因檢測(cè)時(shí)存在諸多困難，加之醫(yī)療診斷水平、技術(shù)、設(shè)備的不完善，EEs患兒仍有多數(shù)得不到有效救治。因此，注重對(duì)EEs病因、病機(jī)的研究、加強(qiáng)產(chǎn)前檢查、圍產(chǎn)期檢查、降低EEs患兒出生率可有效降低患兒家庭負(fù)擔(dān)和社會(huì)負(fù)擔(dān)，相信隨著基因檢測(cè)技術(shù)，如高通量基因檢測(cè)技術(shù)、WES技術(shù)的不斷提高，為EEs患兒基因背景提供進(jìn)一步加深了解的可能，基因變異的機(jī)制和種類會(huì)逐漸被發(fā)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)：1Sillanpää M1, Lastunen S, Helenius H,&#

21、160;Schmidt D.Regional differences and secular trends in the incidence of epilepsy in Finland: a nationwide 23-year registry studyJ.Epilepsia.2011, 52 (10)：1857-67.2Elizabeth J. Donner,Peter Camfield,Linda Brooks，et al.Understanding Death in Children With EpilepsyJ.Pediatric Neurology.2017,70:7-15.3

22、Brittany Gerald,Keri Ramsey,Newell Belnap,et al.Neonatal epileptic encephalopathy caused by de novo GNAO1 mutation misdiagnosed as atypical Rett syndrome: Cautions in interpretation of genomic test resultsJ.Seminars in Pediatric Neurology.2017.4Thomas RH，Berkovic SF. The hidden genetics of epilepsya

23、clinically important new paradigmJ. Nat Rev Neurol，2014，10（5）：283-292.5Martin HC，Kim GE，Pagnamenta AT，et al. Clinical whole-genome sequencing in severe early- onset epilepsy reveals newgenes and improves molecular diagnosisJ. Hum Mol Genet，2014，23（12）：3200-3211.6.Severe neonatal seizures: From molec

24、ular diagnosis to precision therapy?J.Revue Neurologique.2016，172（3）：171-173.7 Gerber SH, Rah JC, Min SW, Liu X, de Wit H, Dulubova I, et al.Conformational switch of syntaxin-1 controls synaptic vesiclefusionJ. Science. 2008;321:150710.8Milh Mathieu,Villeneuve Nathalie,Chouchane Mondher,et al.Epilep

25、tic and nonepileptic features in patients with early onset epileptic encephalopathy and STXBP1 mutationsJ.Epilepsia, 2011,52 (10):1828-1834.9Saitsu H, Kato M, Mizuguchi T, et al. De novo mutations in the gene encoding STXBP1 (MUNC18-1) cause early infantile epileptic encephalopathyJ.Nat Genet.2008,4

26、0:782788.10SaitsuH,KatoM,OkadaI,et al. STXBP1 mutations in early infantile epileptic encephalopathy with suppression-burst patternJ. Epilepsia.2010,51:23972405.11Deprez L,Weckhuysen S,Holmgren P etal.Clinical spectrum of early-onset epileptic encephalopathies associated with STXBP1 mutationsJ.Neurol

27、ogy.2010,75:11591165.12Bahi-Buisson N, Nectoux J, Rosas-Vargas H, et al.Key clinical features to identify girls with CDKL5 mutationsJ.Brain.2008,131:26472661.13Nemos C, Lambert L, Giuliano F, et al.Mutational spectrum of CDKL5 in early-onset encephalopathies: a study of a large collection of French

28、patients and review of the literatureJ.ClinGenet.2009,76:357371.14Melani Federico,Mei Davide,Pisano Tiziana，et al.CDKL5 gene-related epileptic encephalopathy: electroclinical findings in the first year of lifeJ.Developmental Medicine and Child Neurology, 2011,53 (4):354-360.15Liang Jao-Shwann,Shimoj

29、ima Keiko,Takayama Rumiko,et al.CDKL5 alterations lead to early epileptic encephalopathy in both gendersJ.Epilepsia.2011,52 (10):1835-1842.16Campbell Ian M,  Yatsenko Svetlana A,  Hixson Patricia, et al.Novel 9q34.11 gene deletions encompassing combinations of four Mendelian disease g

30、enes: STXBP1, SPTAN1, ENG, and TOR1AJ.Genetics in Medicine, 2012,14(10):868-76.17Saitsu H,TohyamaJ,KumadaT,et al.Dominant-negative mutations in alpha-II spectrin cause West syndrome with severe cerebral hypomyelination,spastic quadriplegia, and developmental delayJ. Am J Hum Genet.2010,86:881891.18S

31、hin Okazaki，Maki Ohsawa，Ichiro Kuki，et al.Aristaless-related homeobox gene disruption leads to abnormal distribution of GABAergic interneurons in human neocortex: evidence based on a case of X-linked lissencephaly with abnormal genitalia (XLAG)J.Acta Neuropathologica.2008, 116 (4):453

32、-462.19Pavone Piero,Spalice Alberto,Polizzi Agata,et al.Ohtahara syndrome with emphasis on recent genetic discoveryJ.Brain & Development. 2012,34(6): 459468.20Depienne Christel,Bouteiller Delphine,Keren Boris,et al.Sporadic infantile epileptic encephalopathy caused by mutations in PCDH19 resembles Dravet syndrome but mainly affects femalesJ.PLOS Genetics (Online), 2009,.5 (2):e1000381.21Sarah Weckhuyse