非離子通道基因與癲癇

李威威綜述， 王夢陽， 劉興洲審校

癲癇的產生是神經元興奮性和抑制性通路失衡的結果。神經元電位的產生與離子通道密切相關，離子通道功能障礙可直接導致神經元興奮，引起癲癇發作［1］。有研究發現40%的特發性癲癇與遺傳相關［2］，迄今已發現14個基因突變，其中大多編碼離子通道，包括電壓門控通道(Na+、Ca2+、K+、Cl-)和配體門控通道(GABA受體、煙堿乙酰膽堿受體)。典型的例子為Dravet綜合征，約70%患者可以檢測到SCN1A(編碼電壓門控鈉離子通道α-1亞基)突變，SCN1A突變已成為Dravet綜合征診斷和治療的重要證據之一［3］。然而，大多數特發性癲癇遺傳方式復雜，近年來有學者在癲癇家系中發現非離子通道基因，為癲癇病因學的研究開辟了新的領域。

1 LGI1與家族性顳葉外側型癲癇(ADPEAF)

1995年Kalachikov［4］等對 ADPEAF家系進行連鎖分析時將致病基因定位于10q24。并于2002年在他們報道的5個ADPEAF家系所有患者中均發現該位點LGI1的雜合突變，外顯率最高達71%。隨后另有西班牙學者在其所報道的2個家系病例中發現LGI1相關突變［5］。LGI1相關突變并非最先在癲癇患者中得到證實。早在1998年Chernova等曾發現高級別膠質瘤LGI1的表達出現缺失或下調;而低級別膠質瘤正常，推測LGI1可加速神經膠質瘤的惡化。

LGI1可能參與編碼跨膜蛋白，其5’端為信號肽，中間為3個功能性富含亮氨酸的重復序列(LRR)，兩端為富含半胱氨酸重復序列。該跨膜蛋白的細胞外部分是緊密排列的一組蛋白質，與神經元生長發育相關，但功能并不明確，其中Slit蛋白、tartan蛋白或其他LRR粘連蛋白可能在神經細胞遷移和神經軸突生長中起重要作用。推測可能當正常的LGI1丟失一個單基因拷貝會影響正常神經元的發育，導致ADPEAF的局灶性發作。而丟失兩個LGI1的拷貝可能失去對膠質細胞增生和分化的抑制，導致神經膠質細胞過度生長［4］。

目前，有關LGI1致癇機制的研究結果尚不完全一致，有以下不同觀點:(1)LGI1編碼獨特的抗癲癇分泌蛋白，通過自身形成的突觸前或突觸后蛋白復合體調節突觸傳遞［6］;(2)LGI1編碼Kv1.1的亞單位，通過胞質調節蛋白抑制通道失活，仍將LGI1歸于離子通道基因［7］。

2 MASS1與癲癇

1998年Skradski等研究發現 Frings小鼠癲癇發作與MASS1相關，Frings小鼠在高頻聲音刺激下出現強直等發作類型［8］。MASS1與LGI1的編碼序列有共同特征，均包含與癲癇相關的重復序列(epilepsy-associated repeat，EAR)，且兩者引起的癲癇均對聲音刺激敏感，提示EAR對癲癇的產生可能起重要作用［9］。MASS1是巨G蛋白偶聯受體的一個片段，其中EAR為配體結合區域的一部分。推測EAR可能與未知的抗癲癇配體結合，或參與軸突生長或突觸合成。有報道MASS1與熱性發作存在連鎖，但在25個熱性發作家系中僅一個家系發現無義突變，故MASS1與熱性發作的關系并不確定［10］。

3 EFHC1與青少年肌陣攣癲癇(JME)

2004年Suzuki等［11］在JME患者6p12-p11研究中發現EFHC1突變。44個墨西哥家系中6個家系EFHC1與癲癇或多棘波產生共分離。進一步研究發現散發和家族性洪都拉斯和日本患者出現新的突變，突變率在3% ～9%，相對于其他JME相關基因比例是最高的［12］。此外，也有研究發現其他種族EFHC1的突變率很低［13］。EFHC1編碼含640個氨基酸的蛋白，其結構包括一個未知功能的序列、EF-hand、Ca2+綁定序列［11］。據發現EF-hand與R型電壓依賴Ca通道相關，可以增加Ca離子流，相反，EFHC1過度表達則減少Ca離子流，導致神經元凋亡被抑制及神經元密度增加［11］。2009年Nijs等［14］認為EFHC1是微管相關蛋白質，可以調節發育中的皮質細胞分裂和遷移，EFHC1功能障礙將阻礙有絲分裂M期，誘導微管成束，增加細胞凋亡。事實上，有研究者通過定量核磁分析發現特發性癲癇患者腦內存在細微異常，主要表現在神經元密度增加和神經元異位［15］。

4 BRD2與JME

2003年，Pal等［16］發現20個 EJM1+家系在 BRD2編碼區及其啟動子區出現明顯的連鎖不平衡，BRD2及其鄰近基因編碼區未發現任何基因突變或基因多態性，但在啟動子區發現2個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)。據此認為BRD2可能是JME致病候選基因。一項多中心研究發現BRD2變異在不同種族間有異質性［17］。BRD2屬于BET(bromodomain-extraterminal)家族，它具有2個溴區結構域，在羧基終端有一個單獨的ET結構域。Shang等發現BRD2-老鼠在胚胎11.5d死亡。死亡前，純合胚胎所有器官均顯著減小，尤其在腦和神經組織，并出現神經血管異常。BRD2缺陷鼠胚胎成纖維細胞生長較對照組緩慢，而且細胞死亡也增多。此研究充分說明BRD2對胚胎發育的重要性，證實BRD2在中樞神經系統高度表達，缺乏BRD2將導致腦結構產生微小異常［18］。光發作反應(photoparoxysmal response，PPR)在特發性癲癇中很常見，見于30% ～35%JME患者中。2006年，Lorenz等研究發現PPR家系BRD2的3個核苷酸顯示出明顯的連鎖不平衡。但SNP未出現在啟動子區，可能與基因異質性或表型差異有關。JME與PPR都存在BRD2變異，可能存在相同的致病機制［19］。

5 ELP4與伴中央顳區棘波的兒童良性癲癇(BECTS)

2009年Lisa等［20］對美國38個家系的68個BECTS患者進行關聯分析，第一次發現中央顳區棘波連鎖基因位于11p13，并證實變異位于 Elongator蛋白，似然比最高的是ELP4中內含子5和9，另一組加拿大病例通過上述研究方法得出相同結論。這是第一個關于特發局灶性癲癇基因的報道，也是第一個與ELP4相關的人類疾病。他們認為ELP4內含子9插入的假性基因可能導致ELP4 mRNA選擇性剪接，產生了新的剪接體，導致外顯子10或11的變異。ELP4是Elongator復合體的組成部分，Elongator復合體可以調節基因的轉錄，而這些基因對神經細胞的生長、軸索的生長、神經元的遷移起重要作用。此機制可解釋中央-顳區棘波(CTS)、語言障礙、注意力不集中等細微的生長發育障礙。BECTS患者中語音障礙(speech sound disorder，SSD)發生率較高，在BECTS的家族中有部分無發作者可單獨出現SSD。2010年Pal等發現CTS伴語音障礙較僅有CTS的LOD值增加2倍，認為SSD和CTS可能具有同源性。SSD的產生與語言運用障礙相關，而語言運用障礙與掌控語音的顳葉異常相關，間接證實BECTS為腦神經發育障礙的結果［21］。

6 編碼ME2基因與特發性全部性癲癇(IGE)

2005年Greenberg等［22］在先前研究基礎上在156個IGE患者與126個健康對照者D18S474中35個SNPs測序中發現兩者之間存在明顯差異，其中在ME2區域及其啟動子區域發現9個SNP。ME2為腦內線粒體核基因編碼的酶。主要功能是催化NADP-和NADPH依賴的蘋果酸鹽脫羧反應，使之轉變為丙酮酸鹽和二氧化碳。它還可以通過提供氨基丁酸間接參與GABA的合成。GABA是腦內主要的抑制性神經遞質，GABA濃度改變可以調節皮質興奮性閾值，為導致癲癇發作的重要影響因素。然而，曾有研究結果不支持編碼ME2的基因與IGE的關聯性，其樣本含量為初始研究的4倍，然而相對危險因素僅為 1.77［23］。

7 展望

上述6個基因中，除ME2參與GABA合成外，其余5個均為調節神經元生長、遷移相關基因。這些非離子通道基因的作用主要集中在對中樞神經系統發育影響，其突變或變異將導致神經結構異常，進而引起癲癇發作，這與離子通道基因突變的作用機制完全不同。但目前對非離子通道基因的研究僅處于初步探索階段，仍需要多種族、多中心的研究，關鍵是建立動物模型以證實這些基因的作用及病理機制［24］。

大多數特發性癲癇為多基因遺傳，很多機制尚未明了，例如某些癲癇綜合征只在特定年齡發病，某個基因異常只導致特定表型等［25］，而非離子通道基因的發現為癲癇病因學的研究提供了新的思考方式和探索途徑。

［1］Lerche H，Jurkat-rott K，Lehmann-horn F.Ion Channels and Epilepsy［J］.American Journal of Medical Genetics，2001，106:146-159.

［2］Robinson R，Gardiner M.Genetics of childhood epilepsy［J］.Arch Dis Child，2000，82:121-125.

［3］Sisodiya S，Cross J，Blumcke I，etal.Genetics of epilepsy:Epilepsy Research Foundation workshop report［J］.Epileptic Disord，2007，9(2):194-236.

［4］Kalachikov S，Evgrafov O，Ross B，etal.Mutations in LGI1 cause autosomal-dominant partial epilepsy with auditory features［J］.Nat Genet March，2002，30(3):335-341.

［5］Morante-Redolat J，Gorostidi-Pagola A，Piquer-Sirerol S，etal.Mutations in the LGI1/Epitempin gene on 10q24 cause autosomal dominant lateral temporal epilepsy［J］.Human Molecular Genetics，2001，11:1119-1128.

［6］Fukataa Y，Lovero K，Iwanaga T，etal.Disruption of LGI1-linked synaptic complex causes abnormal synaptic transmission and epilepsy［J］.PNAS，2010，107:3799-3804.

［7］Schulte U，Thumfart JO，Klocker N，etal.The epilepsy-linked Lgi1 protein assembles into presynaptic Kv1 channelsand inhibits inactivation by Kvbeta1［J］.Neuron，2006，49:697-706.

［8］Skradski S，White H，Ptacek L.Genetic mapping of a locus(mass1)causing audiogenic seizures in Mice［J］.Genomics，1998，49:188-192.

［9］Scheel H，Tomiuk S，Hofmann K.A common protein interaction domain links two recently identied epilepsy genes［J］.Human Molecular Genetics，2002，11:1757-1762.

［10］Nakayama J，Fu YH，Clark AM，etal.A nonsense mutation of the MASS1 gene in a family with febrile and a febrile seizures［J］.Ann Neurol，2002，52(5):654-657.

［11］Suzuki T，Delgado-Escueta AV，Aguan K，etal.Mutations in EFHC1 cause juvenile myoclonic epilepsy［J］.Nature Genetics，2004，36:842-849.

［12］Medina MT，Suzuki T，Duron RM，etal.Novelmutations in Myoclonin1/EFHC1 in sporadic and familial juvenile myoclonic epilepsy［J］.Neurology，2008，70:2137-2144.

［13］Ma SC，Blair MA，Abou-Khalil B，etal.Mutations in the GABRA1 and EFHC1 genes are rare in familial juvenile myoclonic epilepsy［J］.Epilepsy Research，2006，71:129-134.

［14］Nijs L，Leon C，Nguyen LD，etal.EFHC1 interactswithmicrotubules to regulate cell division and cortical development［J］.Nature neuroscienceNeurosci，2009，12:1266-1274.

［15］Woermann FG，Sisosiya SM，Free SL etal.Quantitative MRI in patients with idiopathic generalized epilepsy-Evidence of widespread cerebral structural changes［J］.Brain，1998，121:1661-1667.

［16］Pal DK，Evgrafov OV，Tabares P，etal.BRD2(RING3)is a probable major susceptibility gene for common juvenile myoclonic epilepsy［J］.American Journal of Human Genetics，2003，73:261-270.

［17］Cavalleri GL，Walley NM，Soranzo N，etal.A Multicenter study of BRD2 as a risk Factor for iuvenile myoclonic epilepsy［J］.Epilepsia，2007，48(4):706-712.

［18］Shang EY，Wang XY，Wen DC，etal.Double bromo domain-containing gene Brd2 isessential for embryonic development inmouse［J］.Developmental Dynamics，2009，238:908-917.

［19］Lorenz S，Taylor KP，Gehrmann A，etal.Association of BRD2 polymorphismswith photoparoxysmal response［J］.Neuroscience Letters，2006，400:135-139.

［20］Strug LJ，Clarke T，Chiang T，etal.Centrotemporal sharp wave EEG trait in rolandic epilepsymaps to elongator protein complex 4(ELP4)［J］.European Journal of Human Genetics，2009，17:1171-1181.

［21］Pal DK，LiW，Clarke T，etal.Pleiotropic effects of the 11p13 locus on developmental verbal dyspraxia and EEG centrotemporal sharp waves［J］.Genes，Brain and Behavior，2010，9:1004-1012.

［22］Greenberg DA，Cayanis E，Strug L，etal.Malic enzyme 2 may underlie susceptibility to adolescent-onset Idiopathic generalized Epilepsy［J］.Am JHum Genet，2005，76:139-146.

［23］Lenzen KP，Heils A，Lorenz S，etal.Association analysis ofmalic enzyme 2 gene polymorphisms with Idiopathic generalized epilepsy［J］.Epilepsia，2005，46(10):1637-1641.

［24］Turnbull J，Lohi H，Kearney JA，etal.Sacred disease secrets revealed:the geneticsof human epilepsy［J］.Human Molecular Genetics，2005，14:2491-2500.

［25］Callenbach P，Maagdenberg，Frants RR，etal.Clinical and genetic aspects of idiopathic epilepsies in childhood［J］.European Journal of Paediatric Neurology，2005，9:91-103.