KMT2E基因突變致癲癇機制探討*

繆勤飛, 馬紅霞, 翟瓊香, 張宇昕, 郭予雄, 陳志紅

廣東省人民醫院兒科、廣東省醫學科學院、廣東省神經研究所(廣東廣州 510080)

賴氨酸甲基轉移酶2E(基因ID：55904，lysine methyltransferase 2E，KMT2E)基因(下文稱為KMT2E基因)屬于賴氨酸甲基轉移酶2(lysine methyltransferase 2，KMT2)家族，其之前被國際人類基因組組織(HUGO Gene Nomenclature Committee，HGNC)命名為混合譜系白血病5(mixed-lineage leukemia 5，MLL5)基因，歸為混合譜系白血病(MLL)基因家族。當前其位于染色體中的定位在7號染色體長臂22區3帶上，外顯子計數為33個，編碼非活性組蛋白-賴氨酸N-甲基轉移酶2E的表達。KMT2E基因最初是在2002年由Emerling等[1]在從7號染色體長臂22區尋找候選的髓系白血病腫瘤抑制基因的過程中發現的，該基因及該基因所位于的7號染色體長臂的缺失是在髓系惡性腫瘤中檢測到的最常見的細胞遺傳學異常。在既往國際的研究中，KMT2E基因突變和缺失多與細胞周期進程，基因組穩定性維持，成人造血和精子形成中的作用相關[2]。在近期廣東省人民醫院的1例癲癇患兒中，發現了KMT2E基因突變，且確定為可能致病基因，查閱相關數據庫，未見有國內對KMT2E基因的相關突變案例，但在國外相關報道中，該基因在癲癇患者有少數報道。經查詢國內外各大數據庫，對KMT2E基因的研究較少，對KMT2E的作用機制及生理功能知之甚少。本文對1例因確診“癲癇”并具有KMT2E基因突變的男性患兒進行報道，并結合各數據庫對KMT2E基因的相關案例報道及機制的研究，以探討KMT2E基因突變同癲癇的相關性并擴充該基因的相關基因突變譜。

1 資料與方法

1.1 病例資料 患兒，男孩，5歲1個月，因“反復抽搐7次”就診?；純浩鸪踉?歲時于發熱39℃時出現抽搐，表現為雙眼上翻，牙關緊閉，口唇發紫，雙手握拳，雙上肢伸直抖動，全身肌肉僵硬，神志不清持續10余秒，此后反復發作6次。體格檢查見背部和腰部咖啡斑。相關輔助檢查：腦電圖：異常兒童腦電圖，睡眠期廣泛性棘慢波陣發，前頭部明顯；磁共振未見異常?；純簽榈谝惶サ谝划a，足月，順產，出生體重2.9 kg。生后生長發育大致正常，3個月會抬頭，7個月會坐，1歲會走路。1歲左右叫“爸爸/媽媽”，5歲可參與學前班學習，并同周圍人合群。父母非近親結婚?？紤]診斷“癲癇”，予“左乙拉西坦”抗癲癇治療，現1年無發作。

由于患兒確診癲癇，為評估患兒未來的疾病及后續生育問題發展情況，經過家屬同意，運用二代測序(next generation sequencing，NGS)的檢測方法對受檢者樣本及父母樣本進行全外顯子捕獲檢測，發現受檢者樣本中KMT2E基因發生突變(圖1)。既往該突變位點無相關致病性報道，生物信息學軟件(Mutation Taster)預測其致病。

注：A:c.G2333C 堿基雜合改變;B:受檢者父親KMT2E的2333號位點；C:受檢者母親KMT2E的2333號位點

1.2 方法 應用Pubmed、萬方及中國知網等文獻數據庫，我們回顧了自2002年首次發現KMT2E基因突變型至今所報道的KMT2E基因相關突變型，并結合1例案例進行分析。期間先后應用了“KMT2E”、“MLL5”、 “NKp44L”、“myeloid leukemia”、“epilepsy”、 “O′Donnell-Luria-Rodan syndrome”、“ODLURO syndrome”、“髓系白血病”、“癲癇”等作為關鍵詞進行檢索。

2 結果

2.1 二代測序結果 發現受檢者樣本在7號染色體上的KMT2E基因檢出新生雜合錯義突變(NM_018682.3: c.2333C>G，p.Thr778Ser)，導致KMT2E基因的2333號位點的堿基由胞嘧啶變為鳥嘌呤，導致KMT2E的778號位點的氨基酸由蘇氨酸轉變為絲氨酸。該基因在腦部有表達，編碼賴氨酸甲基轉移酶2E，該表達可抑制細胞周期進展。在線人類孟德爾遺傳(Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM)示該基因是 ODLURO 綜合征(O′Donnell-Luria-Rodan syndrome)的致病基因，表現為全身發育延遲、言語延遲、智力障礙、癲癇發作及輕微發育畸形等，為常染色體顯性遺傳；人類基因突變數據庫(Human Genome Mutation Database，HGMD)示在認知障礙與癲癇中有報道。據遺傳變異分類標準與指南(ACMG)評價，受檢者樣本中所檢測出的基因突變在其生物學父母樣本中皆未能檢測出，考慮為一個新發變異，歸類為強的致病證據，在ACMG評價標準中評為PS2級別證據，在各個基因變異有害性預測數據庫中(包括SIFT，Polyphen2，MutationTaster，MutationAssessor，FATHMM，PROVEAN，MetaSVM，MetaLR，LRT 等)，有4個數據庫評估該基因的突變為有害變異，在ACMG評價標準中評為PP3級別證據；該基因突變在千人基因組計劃、gnomAD(The Genome Aggregation Database)及gnomAD-EAS(EAS為東亞人數據)等數據庫中的人群頻率都在萬分之一以下；變異與臨床一致性評估，變異可能致病。結合患者表型，考慮該基因突變可能為致病性變異。

2.2KMT2E基因相關文獻檢索結果 共檢索到36種基因突變，這些突變預計會導致產生的RNA不穩定，被無義介導的RNA衰變降解或合成的蛋白質被截短降解。大多數致病變異導致蛋白質合成減少或產生部分或完全無功能的短蛋白。結合分析以上檢索出的KMT2E基因相關突變型，本例患兒的突變型尚未見報道。

3 討論

KMT2E基因突變最初于2002年由Emerling等[1]在尋找候選的髓系白血病腫瘤抑制基因的過程中發現的。KMT2E基因覆蓋174 071 bp的基因組DNA，由33個編碼外顯子組成，可翻譯為1 858個氨基酸殘基的哺乳動物三胸類(trithorax protein, TrxG)蛋白[3-4]。該基因是髓系/淋巴系或混合譜系白血病(MLL)家族的成員，編碼一種帶有N-末端PHD鋅指和中心SET結構域的蛋白。該蛋白的過表達或表達減少均會抑制細胞周期進程[5]。且據文獻報道，該基因在急性髓系惡性腫瘤的細胞遺傳學畸變中經常被刪除[5]。據既往的研究，KMT2E蛋白多因具有調節細胞周期進程及維持基因組穩定性的作用，而在白血病、實體腫瘤及其相關疾病中多有報道[6-10]。

在其他一些疾病中，如自閉癥障礙譜系、智力障礙、巨眼癥及冠心病等疾病，該基因亦有所報道，且發現相關性較大[2]。并且有越來越多的證據證明該基因突變與人類的幾種疾病有相關性，如癌癥、神經系統疾病、動脈粥樣硬化和冠狀動脈疾病[2,11-13]。其中根據蛋白結構分析，部分包含PHD結構域的突變與智力低下有關[14]，而KMT2E蛋白亦包含PHD結構域,因此對KMT2E基因突變在神經系統疾病中的作用的相關研究近年開始出現。而KMT2E基因突變在癲癇領域的相關研究較少，目前國內未見有報道，僅在國外的一篇2019年的案例報道[13]中有所記述。該篇文章對在 36 個家庭的 38 個人的基礎上描述了KMT2E相關的神經發育障礙，其中在30例具有蛋白質截短變異的患者中有4例明確診斷癲癇的患者，而在錯義突變的4例患者中都有癲癇的明確診斷[13]。因此，對KMT2E基因突變與癲癇的相關性及其致病機制的研究及探討顯得有趣且有意義。而根據當前的相關研究，未有此類的課題及報道。故在此針對KMT2E基因在生物體內的生物學功能進行總結。

據既往的研究，因為KMT2E基因突變多與白血病相掛鉤，其在腫瘤方面的相關研究較多且有所發現。KMT2E基因在細胞分裂及基因組穩定性的維持中起著重要的作用[2]。據一篇新加坡的研究，發現KMT2E基因通過編碼TrxG蛋白參與多個細胞周期的調控[4]。TrxG是進化上保守的轉錄調節因子，可在發育過程中在表觀遺傳水平上保持同源異型盒(homeobox, HOX)基因的表達。TrxG基因包含一個功能多樣的基團，其中包括轉錄啟動子和延伸調控子，以維持基因的表達[15]。據Marco的2018年的文章發現TrxG基因可編碼幾種具有專門功能的蛋白質同工型，且目前已檢測到至少3種不同的蛋白質產物[15-16]。據研究發現，TrxG基因所表達的產物可通過刺激一個或多個蛋白酪氨酸激酶(BAP)亞基的重組人泛素(SUMO)偶聯酶促進蛋白質的裝配、募集或重塑功能，進而影響BAP復合物和其他一般轉錄因子靶標介導的基因表達[16]。

在另一項美國的癌癥中心的研究中，KMT2E的一種特異亞型作為自然殺傷細胞44號受體的配體(NKp44L)調控NKp44-NKp44L介導的人類自然殺傷細胞和其他的固有淋巴樣細胞[17]。據《人類蛋白質圖譜》記錄，該蛋白作為NKp44-NKp44L介導的免疫反應的激活因素在大腦和前額葉皮層、脊髓以及小腦都有表達。且據2013年的美國國立衛生及研究所的研究進一步證實，該NKp44L由缺乏KMT2E最后5個外顯子且含有獨特C末端的外顯剪接變體編碼[17]。相對于作為核蛋白的KMT2E，這種特異亞型主要存在于細胞質和細胞表面[17]。在目前的研究中，該種KMT2E的特異亞型主要觸發癌癥細胞及病毒感染細胞的NKp44介導的細胞毒性[17]。在Giannina Gaslini研究所的2015年的一篇研究中，證明了NKp44可在輔助性固有淋巴樣細胞中表達[18]。并在NKp44L的介導下調控細胞因子的水平，進而參與組織重塑、炎癥和屏障完整性的維持[19]。

通過本研究前期的案例收集及對既往相關報道的分析，在1例癲癇患兒中發現了ACMG指南支持的新的1個可疑致病基因：在7號染色體上的KMT2E基因檢出新生雜合錯義突變(NM_018682.3: c.2333C>G，p.Thr778Ser)，導致KMT2E基因的2333號位點的堿基由胞嘧啶變為鳥嘌呤，導致KMT2E的778號位點的氨基酸由蘇氨酸轉變為絲氨酸。對癲癇相關基因突變譜進行了擴充。

KMT2E基因突變最初于2002年由Emerling等[1]在尋找候選的髓系白血病腫瘤抑制基因的過程中發現的。在國內外的相關研究中，關于該基因突變相關的癲癇報道極少。但在2019年的1篇案例報道中，有4例存在KMT2E基因錯義突變的癲癇患兒，因此，對KMT2E基因突變同癲癇的相關性及其致病機制的研究及探討顯得有趣且有意義。故對既往該基因在其他領域的相關機制進行總結分析，得出對癲癇的相關機制。

KMT2E基因通過編碼TrxG蛋白參與多個細胞周期的調控[4]，且據Marco的2018年的文章發現TrxG基因可編碼幾種具有專門功能的蛋白質同工型[15-16]，所表達的產物可通過刺激一個或多個BAP亞基的SUMO偶聯酶促進蛋白質的裝配、募集或重塑功能[16]。結合以上分析，可認為KMT2E基因突變后極可能表達出失去了對某些離子通道裝配、募集或重塑功能的KMT2E，進而引起該離子通道部分功能的喪失，從而導致神經細胞膜電位的失衡，繼而誘發腦電波的異常發放，進而產生了癲癇。這一點可在本病例中體現，在應用選擇性地抑制癲癇樣突發放電的左乙拉西坦后，患兒癥狀得到明顯控制。

另一方面，NKp44作為NKp44-NKp44L介導的免疫反應的激活因素在大腦和前額葉皮層、脊髓以及小腦都有表達。結合以上分析，有可能性為突變的KMT2E基因突變表達出的NKp44L在神經元細胞表面大量表達，誘發了NKp44-NKp44L介導的免疫反應，進而誘發了腦電波的異常放電。

總結本文內容，我們得出了KMT2E基因突變導致癲癇的兩種可能機制：一是KMT2E基因突變極可能通過三胸類組蛋白影響下游蛋白的表達進而導致癲癇；一是KMT2E基因突變誘發NKp44-NKp44L介導的免疫反應進而導致癲癇。并發現了KMT2E基因的c.2333C>G (p.Thr778Ser)突變極可能是導致癲癇的原因之一。