SCN4A基因R669H變異的家族性低鉀性周期性麻痹1家系分析

李潔,王樂,黃雪霜,姜海鷗

低鉀性周期性麻痹(HOKPP)于1863年由Cavare首先報道,發病率約為1/100000[1]。該病是一種罕見的離子通道疾病,呈現不規則顯性遺傳模式,其外顯率存在男女性別差異,國內男性高于女性,國外二者基本相同[2]。HOKPP的主要臨床特點表現為周期性的骨骼肌弛緩性癱瘓,發作時伴有血鉀水平降低,血清肌酶升高[3]。目前,研究[4-5]發現SCN4A、CACNAIS和KCNE3基因是HOKPP的致病基因,分別編碼人骨骼肌Na+通道、Ca2+通道和K+通道蛋白。該病具有高度的臨床和遺傳異質性,即使相同的突變在不同種族或同一家系不同患者之間也會導致臨床表型差異。本研究報道一個HOKPP家系,并采用全外顯子組測序(WES)和Sanger測序技術進行突變分析[6],旨在明確此家系的致病基因變異位點和臨床表型之間的關系。

1 臨床資料

1.1 先證者 先證者,苗族,男,22歲,因“四肢無力9 h”入院。病情初發時尚可行走,約1 h后出現雙下肢軟癱,伴有肌痛,頭暈。直至目前,反復發作四肢無力14年,凌晨發作較多,發作誘因主要為酗酒和劇烈運動,每次均血鉀低(1～2 mmol/L),補鉀后恢復。近年來,發作頻次增多,每年發作3～5次,癥狀加重,出現雙下肢軟癱,伴有肌痛。既往有“低鉀血癥”病史,無甲狀腺功能亢進及高血壓病史。查體:雙下肢肌力Ⅱ級,肌張力正常,余未見明顯異常。實驗室檢查:血鉀1.48 mmol/L,血鈉、血鎂和血鈣正常。血氣分析、血生化、尿常規、腎功能及甲狀腺功能檢查均未見明顯異常。采用WES方法和Sanger測序驗證在SCN4A基因上發現1個雜合錯義突變c.2006G>A,該變異導致cDNA的第2006位堿基G被A替換(圖1),使其編碼的蛋白質多肽鏈中第669位精氨酸被組氨酸所取代(p.R669H),經美國醫學遺傳學和基因組學學會(ACMG)指南評估此變異為致病性變異。診斷:HOKPP。入院后給予補鉀,患者癥狀好轉。發作間期血鉀正常。

圖1 SCN4A基因反向測序的結果A:先證者、先證者表哥、先證者父親及先證者小姑為c.2006C>T變異;B:先證者大姑及叔叔為野生型。

1.2 家系分析 家系圖見圖2。該家系4代共有5人患病,均為男性,連續遺傳3代,呈現常染色體顯性遺傳模式。先證者發病年齡為8歲,表哥為10歲,父親為14歲,爺爺不詳(已故)。先證者父親經自身嚴格管理,避免誘發因素,起病至今僅發作2次;先證者表哥發作頻率為3～5次/年;先證者爺爺為2～3次/年。該家系發病年齡有提前的趨勢,發病頻次明顯增加。先證者表哥與先證者一樣,凌晨發作較多,表現為四肢無力,周期性癱瘓,發作時查血鉀極低(1～2 mmol/L),血氣分析、血生化、尿常規、腎功能及甲狀腺功能等檢查均未見異常。診斷:遺傳性HOKPP。PCR-Sanger測序驗證結果顯示,SCN4A基因上發現1個雜合錯義突變c.2006G>A存在于先證父親、小姑和表哥中,而其大姑及叔叔未發現該變異,其小姑尚無HOKPP臨床表現。

圖2 HOKPP家系系譜圖

2 討 論

HOKPP是一種罕見的遺傳性神經肌肉病,呈現散發性和家族性。與歐洲國家相比,亞洲各國以散發性為主[7],陽性家族史很少。家族性HOKPP通常表現為不規則顯性遺傳,其外顯率因致病基因突變位點而不同,國外報道男性外顯率與女性基本相同,而國內報道男性高于女性[2]。本研究報道HOKPP一家系,有明確的陽性家族史,家族中無隔代遺傳現象,連續三代均有發病,其遺傳方式為常染色體顯性遺傳。此家系與國內報道一致,發病者均為男性,但根據系譜圖推測先證者小姑應為致病突變攜帶者,基因檢測結果也得到了證實,可見該家系符合不規則顯性遺傳,存在外顯不全。

HOKPP患者在誘發因素、起病年齡、電生理、發作頻次及病理表型等方面具有高度異質性,但典型臨床癥狀基本相似,發病時均表現為周期性骨骼肌弛緩性癱瘓,伴有明顯血鉀降低,臨床通過補鉀可有效治療[8]。HOKPP嚴重時可導致肌無力、氣促、胸悶,甚至肌肉變性[9],最終患者可死于低鉀造成的惡性心律失常或呼吸肌麻痹。該家系患者在飲酒和劇烈運動之后,出現不同程度的血鉀降低,雙下肢軟癱,而且發病年齡有提前的趨勢,發病頻次明顯增加,表現為高度的臨床異質性。預防HOKPP發生的主要措施包括盡量防止誘發因素,胰島素、腎上腺素、糖皮質激素等藥物慎用;避免低鈉和低碳水化合物及低鉀飲食;對于頻繁發作者可長期服用氯化鉀等藥物進行預防[10]。本家系中先證者父親日常生活中通過避免誘發因素,至今發作2次,提示HOKPP進行積極管理可有效預防發作。

目前發現的與HOKPP相關的已知基因主要包括CACNA1S、SCN4A和KCNE3,分別編碼人骨骼肌的Ca2+通道、Na+通道和K+通道蛋白。在美國和歐洲國家,導致HOKPP的主要原因是CACNA1S基因突變[11]。在中國,導致HOKPP最常見的原因是SCN4A基因突變,其次是KCNE3突變,CACNA1S突變發生率相對較低[11-12]。本家系通過WES和Sanger測序檢測到3例男性患者和1位正常女性存在SCN4A基因雜合錯義突變c.2006G>A,導致該基因編碼的蛋白質多肽鏈第669位精氨酸被組氨酸所取代(p.R669H),根據ACMG指南評估該變異具有明確的致病性。據報道[13],R669H變異雖然對Na+通道的激活或快速失活無顯著影響,但對慢速失活有增強作用,從而使Na+通道的連續電流增加2～5倍,導致患者Na+通道的功能異常,不能引起骨骼肌興奮-收縮偶聯并產生肌無力。該變異的主要臨床特征[14]:發作時四肢反射消失;發病后出現肌痛;血鉀水平偏低;補鉀治療有效,乙酰唑胺治療卻不能改善患者臨床癥狀,甚至加重,這可能與SCN4A基因不同突變位點相關[10,15]。該家系患者與以上臨床表現基本類似,但國外研究[16]表明家系中男女性外顯率均為100%,而該家系的基因測序發現男性攜帶者完全外顯,但女性攜帶者(Ⅲ3)未發病。我國HOKPP家系已報道過SCN4A基因R669H變異,但未明確女性是否為攜帶者[8]。本研究首次在中國HOKPP家系中發現了R669H變異在女性中可存在臨床表型不外顯。

總之,本研究不但為該家系的疾病診斷和遺傳咨詢提供了理論依據,而且證實在亞洲種族人群中SCN4A基因突變可造成女性為攜帶者,而男性完全外顯,進一步豐富了HOKPP的臨床表型和基因型之間的關系資料庫。

作者貢獻說明李潔完成實驗操作、采集、統計分析數據;王樂指導文章修改,提供技術材料;黃雪霜指導選題、設計研究,提供研究經費;姜海鷗提出選題,設計、實施研究,提供研究經費,撰寫、修改文章