青少年肌陣攣癲癇(Juvenile myoclonic epilepsy, JME)是特發性癲癇中常見的癲癇綜合征, 有明顯的遺傳和表型的異質性。遺傳因素在JME發病中起重要作用, 隨著JME相關基因不斷被發現, JME在分子層面的發病機制也在不斷進展, 基因型與表現型的關系也在進一步研究。目前發現的與青少年肌陣攣癲癇相關的基因有:CACNB4、GABRa1、GABRD、EFHC1、CASR、CPA6、BRD2、Cx-36、ME2。文章主要總結JME基因及其致病機制, 同時介紹基因型和表型關系的研究進展
引用本文： 高瑜, 王玉平. 青少年肌陣攣癲癇基因的研究. 癲癇雜志, 2016, 2(3): 229-232. doi: 10.7507/2096-0247.20160043 復制
青少年肌陣攣癲癇(Juvenile myoclonic epilepsy，JME)是特發性全面性癲癇中最常見的癲癇綜合征之一，個體之間臨床表型差異很大。遺傳因素在JME發病中起重要作用，個體之間存在遺傳異質性，隨著JME相關基因不斷被發現，JME在分子層面的發病機制也在不斷進展，基因型與表現型的關系也在進一步研究。檢索OMIM和Pubmed，就JME相關基因、基因相關致病機制的研究進展進行回顧總結，同時對基因型和表現型相關性的研究進展進行介紹。
1 致病基因及機制
JME的遺傳背景復雜且遺傳因素在疾病的發生中起決定性作用，少數是單基因遺傳，大多數是多基因遺傳，有很強的遺傳異質性。致病單基因有6個：CACNB4、GABRa1、GABRD、EFHC1、CASR、CPA6；JME相關易感基因有3個：BRD2、Cx-36、ME2，現就上述致病基因及其發病機制進行介紹。
1.1 單基因遺傳JME
CACNB4 (Calcium channel beta 4 subunit)定位于2q22-q23，編碼電壓門控鈣通道β4亞基，能增加電流的振幅和電壓依賴性，在小腦、海馬等組織中表達。CACNB4基因13號外顯子一處無義突變(arg482 to ter，RtoX)在一例JME患者中報道過。這個突變使C’端缺失了38個氨基酸，其中包含部分蛋白功能相關結構域。同期實驗證實突變型鈣通道的失活時間較正常縮短，還有報道稱通道通過Ca2+內流使細胞膜去極化并觸發β亞基特定位點偶聯磷酸酶，激活特定信號傳導通路來抑制一些基因表達，而上述突變正是阻斷了這一信號通路[1]。
GABRa1 (GABA receptoralpha one subunit)位于5q31.1-q33.2，編碼GABA-A型受體α1亞單位，在中樞神經系統廣泛分布，且隨著神經系統發育成熟，含量逐漸增多。2002年Cossette在一個常染色體顯性JME家系患者的該基因發現9號外顯子有一處雜合突變A322D (ala322-to-asp)。實驗發現，純合子突變受體活化時離子電流振幅減小、與GABA受體的親和力降低，推測其可能降低、縮短了抑制性突觸后電位，使細胞間抑制減弱，皮質興奮性增高[2]。進一步研究發現突變位點改變了受體耦聯離子通道作用部位的氨基酸的理化性質，影響了GABA與受體結合后解耦聯離子通道開放的過程，從而弱化了GABA受體功能[3, 4]。突變亞基在GABA受體空間位置不同，其對整個受體功能的影響程度也不同，推測突變位點還通過相鄰亞基的相互作用影響通道功能[3, 4]。同時，突變體還可在內質網中與正常的α1亞基或者GABA受體其他亞基結合，使其降解，抑制蛋白轉運，使膜表面正常的GABA受體減少[5]。因此，此位點突變不僅鈍化受體功能，也減少正常GABA受體的數量。
GABRD (GABA receptor delta subunit)位于1p36.33，編碼GABA-A型受體δ亞基。2004年Dibbens對全面性癲癇患者GABRD基因篩查時發現JME患者該基因6號外顯子有一純合突變R220H (Arg220His)。實驗證實突變體受體激動產生的電流振幅降低[6]。δ亞基構成的GABA受體介導緊張性抑制而增加細胞膜的電導率，突變弱化了受體介導緊張性抑制[7, 8]，但隨后進行的人群基因頻率分析發現上述突變在JME、其他IGE和普通人群中的基因頻率沒有顯著差異，推斷上述突變只是JME的一個促發因素或少見病因[6, 9]。
EFHC1 (EF-hand containing 1)位于6p12.2上，編碼一個能與Ca2+結合的EF手型結構域，在腦和多種組織中表達。EFHC1是目前與JME發病最相關的基因，墨西哥、日本分別有9%和3%患者攜帶此基因的突變[10, 11]。Suzuki首先在JME人群中發現了EFHC1致病突變：F229L (phe229-to-leu)、D210N (asp210-to-asn)、D253Y (asp253-to-tyr)、P77T (pro77-to-thr)和R221H (arg221-to-his)[12-14]。之后，Medina又發現5個新的變異：c.755C＞A、c.1523C＞G、c.829C＞T、C.789del, p. AV264fsx (核苷酸缺失導致的開放閱讀框架的改變)、-364_-362delGAT (上游堿基片段缺失)[10]。此后，在墨西哥JME家系患者中又發現3個新突變：R118C (arg118-to-cys)、R182L (arg182-to-leu)、R153Q (arg153-to-gln)。EFHC1蛋白有與Ca2+、微管蛋白作用的結構域，近年來的影像學研究發現JME患者的皮層結構存在微小的發育異常、皮層及皮層下聯系纖維分布異常，推測EFHC1基因突變可能通過影響神經元分裂、凋亡、遷移過程，導致皮層發育異常而引起癲癇[15, 16]。EFHC1可以影響Cav2.3(R型電壓門控鈣通道)和TRPM2(鈣離子通透性陽離子通道)的電流調控腦發育過程中神經元的凋亡過程。突變型通道鈣內流減少，使細胞凋亡減少，皮層神經元密度增加，可能導致興奮性增加和異常環路的產生[14, 17]。另有研究表明，EFHC1蛋白在室管膜細胞的纖毛中表達，室管膜細胞纖毛擺動引發的腦脊液流動可指引側腦室旁的成神經細胞的正常遷移到皮層相應位置，突變可能影響正常的神經元遷移導致發育異常[18]。EFHC1蛋白可在脈絡膜細胞中高度表達，脈絡膜細胞決定腦脊液中組分，因此，EFHC1突變可能通過改變腦脊液組分影響神經元的分化、遷移[19]。EFHC1表達一種微管相關蛋白，可調節腦發育過程中神經元的分裂和向皮層的遷移[20-22]。
CASR (Calciumchannel sensor receptor)位于3q12，編碼G蛋白偶聯的鈣敏受體，感受體內Ca2+濃度轉化為細胞信號調控甲狀旁腺激素分泌和腎臟對Ca2+的重吸收，維持體內鈣穩態。在JME患者中發現4個可疑致病突變，分別是E354A (Glu354-to-Ala)、I686V (Ile686-to-Val)、A988V (Ala988-to-Val)、A988G (Ala988-to-Gly)，但所有患者均無Ca2+濃度異常，推測突變可能通過影響Ca2+信號影響神經元的興奮性[23]。
另外，JME人群新發現CPA6 (carboxypeptidase A6)基因2個突變位點R36H (arg36-to-his)、N271S (asn271-to-ser)，CPA6基因位于8q13.2，編碼催化多肽分解的酶，在神經系統中參與神經多肽代謝，進一步實驗證實這2個突變位點均使酶的活性降低[24]。
1.2 JME易感基因
BRD2 (Bromodomain-containing 2)位于6p21.3，編碼與細胞分裂有關的轉錄調節因子。目前發現BRD2啟動子區域兩個SNP位點(rs3918148、rs3918150)與常染色體隱性JME發生高度相關。Greenberg等的研究中50%患者攜帶上述SNP位點[25]。BRD2基因敲除的純合子小鼠胚胎期即死亡，雜合子雖然可以正常發育，但是相比正常小鼠發生肌陣攣和強直的閾值降低，雜合子小鼠腦電圖(EEG)可見癲癇樣放電，進一步闡明BRD2基因的致癇性[26]。
CX-36 (Connexin36)位于15q14，編碼結合素的一種亞型，組成神經元之間的電突觸。CX-36基因2號外顯子的SNP位點(rs3743123)與JME發生相關，攜帶588T多態性位點的純合子在JME人群中的比例明顯高于正常人。對相應的mRNA的二級結構和剪切效率進行預測，發現含有588T的mRNA結構不穩定、剪切效率降低，推測這可能導致相應的蛋白產物減少進而導致JME發生[27]。
ME2 (Malic enzyme2)位于18q21，編碼線粒體內催化蘋果酸轉化為丙酮酸酶，此反應參與GABA合成。有研究表明ME2基因的特定SNP單體型在特發性癲癇當中的比例明顯高于正常人[28]。另外兩項關聯分析發現5HTT (Solute carrier family 6, member4)、GRM4 (Glutamate receptor, metabotropic 4)基因多態性與JME發生相關[29]。
2 表現型、基因型的聯系
JME基因致病基因眾多，在今后的研究中可能還會不斷發現JME致病基因。而JME患者的臨床表型也有明顯的異質性。JME根據臨床表現可分為4種亞型[29, 30]：①經典型，15歲左右發病，有肌陣攣和全面強直陣攣，鮮少有失神發作；②兒童失神(Children absence epilepsy，CAE)演變為JME，兒童期出現CAE并演變為JME，失神發作在此亞型中常見；③伴失神的JME，肌陣攣和(或)全面強直陣攣的發病年齡早于失神發作；④JME合并跌倒發作。JME具有高度的表現型異質性，每例JME患者的臨床表型又有其各自特征，即使同一家族內也可有多種特發性癲癇表型[31]。
盡管JME基因型和臨床表型存在很強異質性，但目前關于JME表現型和基因型的關聯仍處于探索階段，僅有一項針對EHFCI基因的小樣本研究。研究發現攜帶F229L突變的患者表現為早發的全面強直陣攣，攜帶R294H突變的患者則表現為CAE演變成JME[30]。可見不同位點的基因突變可產生不同的臨床亞型，或可借此指導治療和預后。但這項研究的樣本量過少，仍需大樣本的臨床數據證實上述結論，而且忽略了其他基因在產生臨床表型中的作用。
結語
在JME發病過程中，遺傳基因扮演重要角色，隨著研究深入，會有更多的JME致病基因被發現。JME存在基因型和表現型的異質性，如何在復雜的臨床表型和基因型之間尋找并建立對應關系，通過基因表型預測臨床表型，進而進一步指導個體化的臨床治療是我們研究癲癇致病基因的另一個目的所在。
青少年肌陣攣癲癇(Juvenile myoclonic epilepsy，JME)是特發性全面性癲癇中最常見的癲癇綜合征之一，個體之間臨床表型差異很大。遺傳因素在JME發病中起重要作用，個體之間存在遺傳異質性，隨著JME相關基因不斷被發現，JME在分子層面的發病機制也在不斷進展，基因型與表現型的關系也在進一步研究。檢索OMIM和Pubmed，就JME相關基因、基因相關致病機制的研究進展進行回顧總結，同時對基因型和表現型相關性的研究進展進行介紹。
1 致病基因及機制
JME的遺傳背景復雜且遺傳因素在疾病的發生中起決定性作用，少數是單基因遺傳，大多數是多基因遺傳，有很強的遺傳異質性。致病單基因有6個：CACNB4、GABRa1、GABRD、EFHC1、CASR、CPA6；JME相關易感基因有3個：BRD2、Cx-36、ME2，現就上述致病基因及其發病機制進行介紹。
1.1 單基因遺傳JME
CACNB4 (Calcium channel beta 4 subunit)定位于2q22-q23，編碼電壓門控鈣通道β4亞基，能增加電流的振幅和電壓依賴性，在小腦、海馬等組織中表達。CACNB4基因13號外顯子一處無義突變(arg482 to ter，RtoX)在一例JME患者中報道過。這個突變使C’端缺失了38個氨基酸，其中包含部分蛋白功能相關結構域。同期實驗證實突變型鈣通道的失活時間較正常縮短，還有報道稱通道通過Ca2+內流使細胞膜去極化并觸發β亞基特定位點偶聯磷酸酶，激活特定信號傳導通路來抑制一些基因表達，而上述突變正是阻斷了這一信號通路[1]。
GABRa1 (GABA receptoralpha one subunit)位于5q31.1-q33.2，編碼GABA-A型受體α1亞單位，在中樞神經系統廣泛分布，且隨著神經系統發育成熟，含量逐漸增多。2002年Cossette在一個常染色體顯性JME家系患者的該基因發現9號外顯子有一處雜合突變A322D (ala322-to-asp)。實驗發現，純合子突變受體活化時離子電流振幅減小、與GABA受體的親和力降低，推測其可能降低、縮短了抑制性突觸后電位，使細胞間抑制減弱，皮質興奮性增高[2]。進一步研究發現突變位點改變了受體耦聯離子通道作用部位的氨基酸的理化性質，影響了GABA與受體結合后解耦聯離子通道開放的過程，從而弱化了GABA受體功能[3, 4]。突變亞基在GABA受體空間位置不同，其對整個受體功能的影響程度也不同，推測突變位點還通過相鄰亞基的相互作用影響通道功能[3, 4]。同時，突變體還可在內質網中與正常的α1亞基或者GABA受體其他亞基結合，使其降解，抑制蛋白轉運，使膜表面正常的GABA受體減少[5]。因此，此位點突變不僅鈍化受體功能，也減少正常GABA受體的數量。
GABRD (GABA receptor delta subunit)位于1p36.33，編碼GABA-A型受體δ亞基。2004年Dibbens對全面性癲癇患者GABRD基因篩查時發現JME患者該基因6號外顯子有一純合突變R220H (Arg220His)。實驗證實突變體受體激動產生的電流振幅降低[6]。δ亞基構成的GABA受體介導緊張性抑制而增加細胞膜的電導率，突變弱化了受體介導緊張性抑制[7, 8]，但隨后進行的人群基因頻率分析發現上述突變在JME、其他IGE和普通人群中的基因頻率沒有顯著差異，推斷上述突變只是JME的一個促發因素或少見病因[6, 9]。
EFHC1 (EF-hand containing 1)位于6p12.2上，編碼一個能與Ca2+結合的EF手型結構域，在腦和多種組織中表達。EFHC1是目前與JME發病最相關的基因，墨西哥、日本分別有9%和3%患者攜帶此基因的突變[10, 11]。Suzuki首先在JME人群中發現了EFHC1致病突變：F229L (phe229-to-leu)、D210N (asp210-to-asn)、D253Y (asp253-to-tyr)、P77T (pro77-to-thr)和R221H (arg221-to-his)[12-14]。之后，Medina又發現5個新的變異：c.755C＞A、c.1523C＞G、c.829C＞T、C.789del, p. AV264fsx (核苷酸缺失導致的開放閱讀框架的改變)、-364_-362delGAT (上游堿基片段缺失)[10]。此后，在墨西哥JME家系患者中又發現3個新突變：R118C (arg118-to-cys)、R182L (arg182-to-leu)、R153Q (arg153-to-gln)。EFHC1蛋白有與Ca2+、微管蛋白作用的結構域，近年來的影像學研究發現JME患者的皮層結構存在微小的發育異常、皮層及皮層下聯系纖維分布異常，推測EFHC1基因突變可能通過影響神經元分裂、凋亡、遷移過程，導致皮層發育異常而引起癲癇[15, 16]。EFHC1可以影響Cav2.3(R型電壓門控鈣通道)和TRPM2(鈣離子通透性陽離子通道)的電流調控腦發育過程中神經元的凋亡過程。突變型通道鈣內流減少，使細胞凋亡減少，皮層神經元密度增加，可能導致興奮性增加和異常環路的產生[14, 17]。另有研究表明，EFHC1蛋白在室管膜細胞的纖毛中表達，室管膜細胞纖毛擺動引發的腦脊液流動可指引側腦室旁的成神經細胞的正常遷移到皮層相應位置，突變可能影響正常的神經元遷移導致發育異常[18]。EFHC1蛋白可在脈絡膜細胞中高度表達，脈絡膜細胞決定腦脊液中組分，因此，EFHC1突變可能通過改變腦脊液組分影響神經元的分化、遷移[19]。EFHC1表達一種微管相關蛋白，可調節腦發育過程中神經元的分裂和向皮層的遷移[20-22]。
CASR (Calciumchannel sensor receptor)位于3q12，編碼G蛋白偶聯的鈣敏受體，感受體內Ca2+濃度轉化為細胞信號調控甲狀旁腺激素分泌和腎臟對Ca2+的重吸收，維持體內鈣穩態。在JME患者中發現4個可疑致病突變，分別是E354A (Glu354-to-Ala)、I686V (Ile686-to-Val)、A988V (Ala988-to-Val)、A988G (Ala988-to-Gly)，但所有患者均無Ca2+濃度異常，推測突變可能通過影響Ca2+信號影響神經元的興奮性[23]。
另外，JME人群新發現CPA6 (carboxypeptidase A6)基因2個突變位點R36H (arg36-to-his)、N271S (asn271-to-ser)，CPA6基因位于8q13.2，編碼催化多肽分解的酶，在神經系統中參與神經多肽代謝，進一步實驗證實這2個突變位點均使酶的活性降低[24]。
1.2 JME易感基因
BRD2 (Bromodomain-containing 2)位于6p21.3，編碼與細胞分裂有關的轉錄調節因子。目前發現BRD2啟動子區域兩個SNP位點(rs3918148、rs3918150)與常染色體隱性JME發生高度相關。Greenberg等的研究中50%患者攜帶上述SNP位點[25]。BRD2基因敲除的純合子小鼠胚胎期即死亡，雜合子雖然可以正常發育，但是相比正常小鼠發生肌陣攣和強直的閾值降低，雜合子小鼠腦電圖(EEG)可見癲癇樣放電，進一步闡明BRD2基因的致癇性[26]。
CX-36 (Connexin36)位于15q14，編碼結合素的一種亞型，組成神經元之間的電突觸。CX-36基因2號外顯子的SNP位點(rs3743123)與JME發生相關，攜帶588T多態性位點的純合子在JME人群中的比例明顯高于正常人。對相應的mRNA的二級結構和剪切效率進行預測，發現含有588T的mRNA結構不穩定、剪切效率降低，推測這可能導致相應的蛋白產物減少進而導致JME發生[27]。
ME2 (Malic enzyme2)位于18q21，編碼線粒體內催化蘋果酸轉化為丙酮酸酶，此反應參與GABA合成。有研究表明ME2基因的特定SNP單體型在特發性癲癇當中的比例明顯高于正常人[28]。另外兩項關聯分析發現5HTT (Solute carrier family 6, member4)、GRM4 (Glutamate receptor, metabotropic 4)基因多態性與JME發生相關[29]。
2 表現型、基因型的聯系
JME基因致病基因眾多，在今后的研究中可能還會不斷發現JME致病基因。而JME患者的臨床表型也有明顯的異質性。JME根據臨床表現可分為4種亞型[29, 30]：①經典型，15歲左右發病，有肌陣攣和全面強直陣攣，鮮少有失神發作；②兒童失神(Children absence epilepsy，CAE)演變為JME，兒童期出現CAE并演變為JME，失神發作在此亞型中常見；③伴失神的JME，肌陣攣和(或)全面強直陣攣的發病年齡早于失神發作；④JME合并跌倒發作。JME具有高度的表現型異質性，每例JME患者的臨床表型又有其各自特征，即使同一家族內也可有多種特發性癲癇表型[31]。
盡管JME基因型和臨床表型存在很強異質性，但目前關于JME表現型和基因型的關聯仍處于探索階段，僅有一項針對EHFCI基因的小樣本研究。研究發現攜帶F229L突變的患者表現為早發的全面強直陣攣，攜帶R294H突變的患者則表現為CAE演變成JME[30]。可見不同位點的基因突變可產生不同的臨床亞型，或可借此指導治療和預后。但這項研究的樣本量過少，仍需大樣本的臨床數據證實上述結論，而且忽略了其他基因在產生臨床表型中的作用。
結語
在JME發病過程中，遺傳基因扮演重要角色，隨著研究深入，會有更多的JME致病基因被發現。JME存在基因型和表現型的異質性，如何在復雜的臨床表型和基因型之間尋找并建立對應關系，通過基因表型預測臨床表型，進而進一步指導個體化的臨床治療是我們研究癲癇致病基因的另一個目的所在。