引用本文： 孟珩, 余璐, 李斌, 況耀鋆, 徐安定, 鄭金甌, 廖衛平. SCN1A基因突變導致部分性癲癇伴熱性驚厥附加征的分子特性分析. 癲癇雜志, 2015, 1(2): 101-105. doi: 10.7507/2096-0247.20150014 復制
癲癇是神經系統最常見的疾病之一，表現為發作性神經功能障礙，伴有腦電圖的異常。癲癇可以繼發于大腦受損或其它疾病，也可由基因異常所導致，迄今為止經臨床篩檢或動物實驗研究已明確與癲癇相關的易感基因有70多種，其中大部分表達的是離子通道或離子通道調節因子[1]。
SCN1A基因編碼蛋白I型電壓依賴型(Voltage-gated sodium channelα1-subunit, SCN1A)鈉通道(Nav1.1), 在中樞神經系統廣泛表達。Nav1.1是中樞神經系統中最重要的鈉通道之一，主要分布在神經元的胞體和樹突上[2]。作為神經系統興奮性活動的基礎，Nav1.1涉及不同生理行為活動、病理生理過程，主導著動作電位的產生和傳播，并且影響突觸整合和閾下電活動，也是多種中樞神經系統藥物作用的靶點，在以電活動異常為特征的發作性疾病(如癲癇、偏頭痛、神經痛等)中扮演了極為重要的角色[3-5]。目前已有多項研究證實SCN1A是多種癲癇綜合征的主要致病基因和重要的候選基因[6]。迄今為止，已有1 440例SCN1A基因突變攜帶患者報道，其中超過1 000個SCN1A基因突變與特發性癲癇綜合征有關[7]。
SCN1A基因的突變所導致的癲癇大多與熱性驚厥(Febrile seizure，FS)相關，最早在表型較輕的全面性癲癇伴熱性驚厥附加征(Generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+)患者中發現SCN1A基因突變[8, 9]。后來在嚴重的嬰兒重癥肌陣攣性癲癇(Severe myoclonic epilepsy in infancy, SMEI)中篩查出大量的SCN1A基因的突變[10, 11]。最近發現部分性癲癇伴熱性驚厥附加征(Partial epilepsy with febrile seizures plus，PEFS+)也和SCN1A基因突變有關[12-14]。SCN1A基因突變形式和突變位置多種多樣，與臨床表型的類型可能具有相關性。SCN1A基因突變導致的PEFS+臨床嚴重程度介于GEFS+和SMEI之間，它的分子特性是怎樣的，是否是SCN1A基因突變導致癲癇疾病譜中的一種中間型，目前仍不清楚，值得我們進一步研究。
資料與方法
1 數據庫的建立
在PubMed數據庫輸入關鍵詞“SCN1A”、“Nav1.1”和“sodium channelα1 subunit”搜索文獻，同時，通過學術交流及公開的SCN1A突變網站(http://www.molgen.ua.ac.be/SCN1AMutations)，查閱并收集相關數據，收集了1 257個2000年1月-2014年12月所有已報道的與癲癇相關的SCN1A基因突變，建立一個全面的SCN1A突變數據庫(http://www.gzneurosci.com/ SCN1Adatabase/)。為了避免重復收錄，突變數據將基因型和臨床信息相互參照對照，最終由研究組專人核對確定。考慮到一個突變致病性的復雜性，我們沒有進一步對“突變”和“變異”進行區分。單核苷酸多態性(Single nucleotide polymorphism，SNP)位點未被收錄。
2 PEFS+診斷標準
PEFS+患者診斷標準[13]：①起病前，患者運動精神及智力發育一般正常，起病后，患者無明顯的或僅有輕度異常的精神智力發育遲滯。②在3個月～6歲間出現FS，即由急性發熱所誘發的強直-陣攣發作(Generalized tonic-clonic seizures，GTCS)；隨后，患兒可出現無熱驚厥發作，或者6歲以后仍有FS發作(熱性驚厥附加征)。③除發熱誘發的GTCS(FS)外只表現為部分性發作或者部分繼發全面性發作(secondary generalized tonic-clonic seizures，sGTCS)，無肌陣攣發作、失神發作、強直發作以及失張力發作等一系列全面性發作形式。
排除診斷：①腫瘤、感染、外傷以及局灶性皮質發育異常等癥狀性癲癇的存在。②SMEI等癲癇綜合征。
3 統計學方法
利用SPSS 19.0統計軟件包進行分析。使用χ2檢驗檢測PEFS+和SMEI之間截短突變及孔區的錯義突變中的比例在是否存在統計學差異。根據Grantham公式[15]計算氨基酸置換的特性的差異(D值)，研究臨床表型和錯義突變的氨基酸殘基性質改變之間的關系，包括殘基疏水性或極性的改變，用秩和檢驗檢測比較PEFS+和SMEI的D值差異。P值＜0.05為有統計學意義。
結??果
1 數據庫總體情況
數據庫共收錄了1 257個SCN1A基因突變，其中1 248個來源于癲癇患者，7個家族性偏頭痛(1個伴隨癲癇)，5個孤獨癥(2個突變伴隨有癲癇)。對1 156個正式報道的癲癇相關突變行進一步數據分析，這些突變從1 727個不相關的病例中鑒定得出。其中1 537(89.0%)病例與FS相關；臨床表型為PEFS+的有32例，約占本次統計病例總數的2.1%，32例中，共收集到30個SCN1A基因突變位點。臨床表現為SMEI的1 012例。GEFS+、PEFS+、SMEI突變病例統計結果見表 1。
表1
GEFS+、PEFS+、SMEI突變病例統計結果(例)
2 PEFS+突變類型分布
收錄的臨床表型為PEFS+的30個SCN1A基因突變中，包括錯義突變23個(76.7%)、截短突變4個(13.3%)、剪切位點突變2個(6.7%)及同義突變1個(3.3%)。見表 2。
表2
PEFS+突變類型分布
3 PEFS+中各類型突變位點在蛋白結構上的分布
臨床表型為PEFS+的30個SCN1A基因突變，其在Nav1.1蛋白一級結構上的分布見圖 1，可以看到各類型突變分布分散，見于整個α亞基各區。
圖1
突變位點在α亞基上的分布
PEFS+的SCN1A基因中，錯義突變占76.7%，且位于孔區的突變導致功能喪失[13]。我們進一步分析其在功能區的分布。如表 2所示，可見在23個錯義突變中，位于孔區的突變最多，有11個(47.8%)，位于S1-S3區的有5個(21.7%)；位于電壓感受區的有4個(17.4%)；位于C-末端的有2個(8.7%)，位于N-末端的有1個(4.3%)。
4 SMEI和PEFS+突變的分子特征比較
SMEI是嬰兒期一種嚴重的癲癇性腦病。患兒出現多種多樣的發作類型，且藥物治療效果差，發作常持續到成年期，并有不同程度的智力損害。PEFS+與SMEI均為與熱相關的癲癇，但我們進一步分析發現兩者的分子特征不同。在截短突變的比例上，SMEI為42.3%，PEFS+為12.5% (均按病例數統計)，兩者具有統計學意義(P＜0.05)；在孔區的錯義突變比例上，SMEI為54.7%，PEFS+為44%，兩者差異無統計學意義。進一步將SMEI和PEFS+位于孔區的錯義突變的D值匯總分析，計算均值，以兩樣本非參數秩和檢驗進行兩組間的比較。SMEI的D值均值為99.9/97(n=159)；PEFS+的D值均值為61.1/64(n=11)。比較分析結果表明SMEI和PEFS+的D值差異有統計學意義(P=0.042)。
討??論
PEFS+是一類以部分性發作為主要發作形式的熱性驚厥相關疾病，表現出某些與GEFS+和SMEI相似的臨床特征。臨床中PEFS+并不少見，但由于過去被認為是一種以部分性癲癇為表現的GEFS+亞型，所以很少被單獨研究。PEFS+在遺傳方式、對鈉通道拮抗劑類抗癲癇藥物的反應以及預后等方面與GEFS+和SMEI都有不同[13]。與GEFS+相比，相當數量PEFS+患者表現為散發，無類似GEFS+的家族背景；發作形式單一，除GTCS外，無其它全面性發作；最重要的是治療上PEFS+與一般部分性癲癇不同，拉莫三嗪、卡馬西平等鈉通道拮抗劑類抗癲癇藥物可能加重發作。與SMEI相比，PEFS+缺乏SMEI特征性的肌陣攣發作和非典型失神發作等發作形式；發作頻率更低(早期階段一月或一年一次)；預后更好，無明顯精神發育遲滯或僅有輕度異常[13]。
本研究首次整理最新的SCN1A基因突變，發現了30個導致PEFS+的突變位點，提示此類患者可能需要做SCN1A基因檢測，尤其是那些伴有部分性發作、頑固性發作或抗癲癇藥物引起發作加重的患者。由于PEFS+臨床常見，因此預計在此類患者中可以篩查到較多的SCN1A突變。在我們最新的研究中，從PEFS+患者病例中再次發現了2個新的SCN1A基因剪切位點突變[16]。早期診斷和基因篩查，對于疾病的治療有重要的指導意義。
本研究的PEFS+病例其SCN1A突變類型不同于一般的GEFS+和SMEI特征：①PEFS+患者的SCN1A基因突變類型主要以錯義突變為主(76.7%)，和前期研究基本相符。同時，在PEFS+的患者中進一步發現還有其他多種類型突變，如剪切位點突變、截短突變以及無義突變。②GEFS+絕大多數以錯義突變為主，極少有剪切位點突變和截短突變，目前尚未發現有基因組重排。③SMEI患者SCN1A基因突變類型主要以截短突變和剪切位點突變為主，同時，我們發現越來越多的基因組重排突變導致的SMEI患者病例。截短突變、剪切位點突變以及基因組重排都會導致嚴重的蛋白功能喪失，從而導致嚴重的表型。這和臨床癥狀相符合。從三種疾病的臨床表型上來看，GEFS+最輕，SMEI最重，而PEFS+處于一種中間型，這與其各自主要的SCN1A突變類型導致的功能損害程度相符。此外，本研究發現，PEFS+患者的SCN1A基因錯義突變在蛋白結構域上的各個區域上均有分布，相比之下SMEI和GEFS+分布相對比較集中。
PEFS+病例其SCN1A基因錯義突變在分子水平上的氨基酸殘基性質的改變與突變類型不同于SMEI。鑒于氨基酸殘基性質(疏水性和極性)在蛋白質的折疊和電壓門控通道的功能上起關鍵作用[17]，我們分析了PEFS+和SMEI位于孔區上錯義突變的殘基性質變化的差異。利用Grantham公式來計算氨基酸的變化值(D值，同時考慮了氨基酸的極性、組成和摩爾體積等多方面因素)，結果發現，PEFS+氨基酸置換的D值明顯低于SMEI氨基酸置換的D值，提示PEFS+中氨基酸的變化沒有SMEI變化那么明顯，同時提示二者在分子水平的損害程度不一樣。這也從另一個層面說明二者臨床嚴重程度的差異是與分子水平上的氨基酸殘基性質的改變有關的。
綜上所述，我們認為PEFS+可能是SCN1A突變引起的一種特殊表現類型的癲癇，其臨床和生理學特征都不同于GEFS+和SMEI。由于臨床中有抗癲癇藥物加重PEFS+患者發作的現象(包括常用于部分性發作的卡馬西平)，因此，對于這部分患者，臨床上應慎用此類藥物。
癲癇是神經系統最常見的疾病之一，表現為發作性神經功能障礙，伴有腦電圖的異常。癲癇可以繼發于大腦受損或其它疾病，也可由基因異常所導致，迄今為止經臨床篩檢或動物實驗研究已明確與癲癇相關的易感基因有70多種，其中大部分表達的是離子通道或離子通道調節因子[1]。
SCN1A基因編碼蛋白I型電壓依賴型(Voltage-gated sodium channelα1-subunit, SCN1A)鈉通道(Nav1.1), 在中樞神經系統廣泛表達。Nav1.1是中樞神經系統中最重要的鈉通道之一，主要分布在神經元的胞體和樹突上[2]。作為神經系統興奮性活動的基礎，Nav1.1涉及不同生理行為活動、病理生理過程，主導著動作電位的產生和傳播，并且影響突觸整合和閾下電活動，也是多種中樞神經系統藥物作用的靶點，在以電活動異常為特征的發作性疾病(如癲癇、偏頭痛、神經痛等)中扮演了極為重要的角色[3-5]。目前已有多項研究證實SCN1A是多種癲癇綜合征的主要致病基因和重要的候選基因[6]。迄今為止，已有1 440例SCN1A基因突變攜帶患者報道，其中超過1 000個SCN1A基因突變與特發性癲癇綜合征有關[7]。
SCN1A基因的突變所導致的癲癇大多與熱性驚厥(Febrile seizure，FS)相關，最早在表型較輕的全面性癲癇伴熱性驚厥附加征(Generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+)患者中發現SCN1A基因突變[8, 9]。后來在嚴重的嬰兒重癥肌陣攣性癲癇(Severe myoclonic epilepsy in infancy, SMEI)中篩查出大量的SCN1A基因的突變[10, 11]。最近發現部分性癲癇伴熱性驚厥附加征(Partial epilepsy with febrile seizures plus，PEFS+)也和SCN1A基因突變有關[12-14]。SCN1A基因突變形式和突變位置多種多樣，與臨床表型的類型可能具有相關性。SCN1A基因突變導致的PEFS+臨床嚴重程度介于GEFS+和SMEI之間，它的分子特性是怎樣的，是否是SCN1A基因突變導致癲癇疾病譜中的一種中間型，目前仍不清楚，值得我們進一步研究。
資料與方法
1 數據庫的建立
在PubMed數據庫輸入關鍵詞“SCN1A”、“Nav1.1”和“sodium channelα1 subunit”搜索文獻，同時，通過學術交流及公開的SCN1A突變網站(http://www.molgen.ua.ac.be/SCN1AMutations)，查閱并收集相關數據，收集了1 257個2000年1月-2014年12月所有已報道的與癲癇相關的SCN1A基因突變，建立一個全面的SCN1A突變數據庫(http://www.gzneurosci.com/ SCN1Adatabase/)。為了避免重復收錄，突變數據將基因型和臨床信息相互參照對照，最終由研究組專人核對確定。考慮到一個突變致病性的復雜性，我們沒有進一步對“突變”和“變異”進行區分。單核苷酸多態性(Single nucleotide polymorphism，SNP)位點未被收錄。
2 PEFS+診斷標準
PEFS+患者診斷標準[13]：①起病前，患者運動精神及智力發育一般正常，起病后，患者無明顯的或僅有輕度異常的精神智力發育遲滯。②在3個月～6歲間出現FS，即由急性發熱所誘發的強直-陣攣發作(Generalized tonic-clonic seizures，GTCS)；隨后，患兒可出現無熱驚厥發作，或者6歲以后仍有FS發作(熱性驚厥附加征)。③除發熱誘發的GTCS(FS)外只表現為部分性發作或者部分繼發全面性發作(secondary generalized tonic-clonic seizures，sGTCS)，無肌陣攣發作、失神發作、強直發作以及失張力發作等一系列全面性發作形式。
排除診斷：①腫瘤、感染、外傷以及局灶性皮質發育異常等癥狀性癲癇的存在。②SMEI等癲癇綜合征。
3 統計學方法
利用SPSS 19.0統計軟件包進行分析。使用χ2檢驗檢測PEFS+和SMEI之間截短突變及孔區的錯義突變中的比例在是否存在統計學差異。根據Grantham公式[15]計算氨基酸置換的特性的差異(D值)，研究臨床表型和錯義突變的氨基酸殘基性質改變之間的關系，包括殘基疏水性或極性的改變，用秩和檢驗檢測比較PEFS+和SMEI的D值差異。P值＜0.05為有統計學意義。
結??果
1 數據庫總體情況
數據庫共收錄了1 257個SCN1A基因突變，其中1 248個來源于癲癇患者，7個家族性偏頭痛(1個伴隨癲癇)，5個孤獨癥(2個突變伴隨有癲癇)。對1 156個正式報道的癲癇相關突變行進一步數據分析，這些突變從1 727個不相關的病例中鑒定得出。其中1 537(89.0%)病例與FS相關；臨床表型為PEFS+的有32例，約占本次統計病例總數的2.1%，32例中，共收集到30個SCN1A基因突變位點。臨床表現為SMEI的1 012例。GEFS+、PEFS+、SMEI突變病例統計結果見表 1。
表1
GEFS+、PEFS+、SMEI突變病例統計結果(例)
2 PEFS+突變類型分布
收錄的臨床表型為PEFS+的30個SCN1A基因突變中，包括錯義突變23個(76.7%)、截短突變4個(13.3%)、剪切位點突變2個(6.7%)及同義突變1個(3.3%)。見表 2。
表2
PEFS+突變類型分布
3 PEFS+中各類型突變位點在蛋白結構上的分布
臨床表型為PEFS+的30個SCN1A基因突變，其在Nav1.1蛋白一級結構上的分布見圖 1，可以看到各類型突變分布分散，見于整個α亞基各區。
圖1
突變位點在α亞基上的分布
PEFS+的SCN1A基因中，錯義突變占76.7%，且位于孔區的突變導致功能喪失[13]。我們進一步分析其在功能區的分布。如表 2所示，可見在23個錯義突變中，位于孔區的突變最多，有11個(47.8%)，位于S1-S3區的有5個(21.7%)；位于電壓感受區的有4個(17.4%)；位于C-末端的有2個(8.7%)，位于N-末端的有1個(4.3%)。
4 SMEI和PEFS+突變的分子特征比較
SMEI是嬰兒期一種嚴重的癲癇性腦病。患兒出現多種多樣的發作類型，且藥物治療效果差，發作常持續到成年期，并有不同程度的智力損害。PEFS+與SMEI均為與熱相關的癲癇，但我們進一步分析發現兩者的分子特征不同。在截短突變的比例上，SMEI為42.3%，PEFS+為12.5% (均按病例數統計)，兩者具有統計學意義(P＜0.05)；在孔區的錯義突變比例上，SMEI為54.7%，PEFS+為44%，兩者差異無統計學意義。進一步將SMEI和PEFS+位于孔區的錯義突變的D值匯總分析，計算均值，以兩樣本非參數秩和檢驗進行兩組間的比較。SMEI的D值均值為99.9/97(n=159)；PEFS+的D值均值為61.1/64(n=11)。比較分析結果表明SMEI和PEFS+的D值差異有統計學意義(P=0.042)。
討??論
PEFS+是一類以部分性發作為主要發作形式的熱性驚厥相關疾病，表現出某些與GEFS+和SMEI相似的臨床特征。臨床中PEFS+并不少見，但由于過去被認為是一種以部分性癲癇為表現的GEFS+亞型，所以很少被單獨研究。PEFS+在遺傳方式、對鈉通道拮抗劑類抗癲癇藥物的反應以及預后等方面與GEFS+和SMEI都有不同[13]。與GEFS+相比，相當數量PEFS+患者表現為散發，無類似GEFS+的家族背景；發作形式單一，除GTCS外，無其它全面性發作；最重要的是治療上PEFS+與一般部分性癲癇不同，拉莫三嗪、卡馬西平等鈉通道拮抗劑類抗癲癇藥物可能加重發作。與SMEI相比，PEFS+缺乏SMEI特征性的肌陣攣發作和非典型失神發作等發作形式；發作頻率更低(早期階段一月或一年一次)；預后更好，無明顯精神發育遲滯或僅有輕度異常[13]。
本研究首次整理最新的SCN1A基因突變，發現了30個導致PEFS+的突變位點，提示此類患者可能需要做SCN1A基因檢測，尤其是那些伴有部分性發作、頑固性發作或抗癲癇藥物引起發作加重的患者。由于PEFS+臨床常見，因此預計在此類患者中可以篩查到較多的SCN1A突變。在我們最新的研究中，從PEFS+患者病例中再次發現了2個新的SCN1A基因剪切位點突變[16]。早期診斷和基因篩查，對于疾病的治療有重要的指導意義。
本研究的PEFS+病例其SCN1A突變類型不同于一般的GEFS+和SMEI特征：①PEFS+患者的SCN1A基因突變類型主要以錯義突變為主(76.7%)，和前期研究基本相符。同時，在PEFS+的患者中進一步發現還有其他多種類型突變，如剪切位點突變、截短突變以及無義突變。②GEFS+絕大多數以錯義突變為主，極少有剪切位點突變和截短突變，目前尚未發現有基因組重排。③SMEI患者SCN1A基因突變類型主要以截短突變和剪切位點突變為主，同時，我們發現越來越多的基因組重排突變導致的SMEI患者病例。截短突變、剪切位點突變以及基因組重排都會導致嚴重的蛋白功能喪失，從而導致嚴重的表型。這和臨床癥狀相符合。從三種疾病的臨床表型上來看，GEFS+最輕，SMEI最重，而PEFS+處于一種中間型，這與其各自主要的SCN1A突變類型導致的功能損害程度相符。此外，本研究發現，PEFS+患者的SCN1A基因錯義突變在蛋白結構域上的各個區域上均有分布，相比之下SMEI和GEFS+分布相對比較集中。
PEFS+病例其SCN1A基因錯義突變在分子水平上的氨基酸殘基性質的改變與突變類型不同于SMEI。鑒于氨基酸殘基性質(疏水性和極性)在蛋白質的折疊和電壓門控通道的功能上起關鍵作用[17]，我們分析了PEFS+和SMEI位于孔區上錯義突變的殘基性質變化的差異。利用Grantham公式來計算氨基酸的變化值(D值，同時考慮了氨基酸的極性、組成和摩爾體積等多方面因素)，結果發現，PEFS+氨基酸置換的D值明顯低于SMEI氨基酸置換的D值，提示PEFS+中氨基酸的變化沒有SMEI變化那么明顯，同時提示二者在分子水平的損害程度不一樣。這也從另一個層面說明二者臨床嚴重程度的差異是與分子水平上的氨基酸殘基性質的改變有關的。
綜上所述，我們認為PEFS+可能是SCN1A突變引起的一種特殊表現類型的癲癇，其臨床和生理學特征都不同于GEFS+和SMEI。由于臨床中有抗癲癇藥物加重PEFS+患者發作的現象(包括常用于部分性發作的卡馬西平)，因此，對于這部分患者，臨床上應慎用此類藥物。
