癲癇是一種以反復發作的痙攣為特點的嚴重的神經系統疾病。它是由多種原因導致的,主要有遺傳因素、腦損傷及環境因素,但是具體發病機制還不清楚。遺傳性癲癇家族研究發現癲癇是由一些編碼離子通道以及神經遞質受體蛋白的基因突變導致的。隨著技術進步和研究深入,逐漸發現癲癇遺傳不僅由離子通道和神經遞質基因控制,還受突觸小泡轉運通路,染色質重塑和轉錄,mTOR蛋白信號通路等相關基因,染色體拷貝數變異及表觀遺傳學的影響。該文主要討論癲癇相關基因、染色體異常和表觀遺傳學對癲癇發生的影響。
引用本文： 胡子英, 王紅艷, 王藝. 癲癇遺傳學及表觀遺傳學研究進展. 癲癇雜志, 2016, 2(6): 515-522. doi: 10.7507/2096-0247.20160091 復制
癲癇是一種常見的神經系統疾病，是由于中樞神經系統異常放電導致的經常復發的不自主的痙攣。癲癇影響著世界將近3%的人，其發病機理還不清楚，被認為有：創傷、病毒感染、獲得性腦損傷、代謝變異、先天腦畸形等[1]，在對癲癇遺傳家族的研究中發現癲癇主要還受遺傳因素的控制。
1 癲癇與遺傳學的關系
自從1995年發現的第一個單基因突變開始，遺傳因素就在癲癇的發生機制中承擔著至關重要的角色。然而，盡管導致癲癇的原因多種多樣并具有基因異質性，癲癇已經被認為是一個高遺傳的疾病[2, 3]。流行病學關于癲癇家族和雙胞胎的研究為遺傳性癲癇提供了證據[4-8]。例如，一類先天性全身性癲癇病患者的第一代親屬的患病概率是8%～12%，而普通人的患病概率僅約0.5%[4]。自1980年遺傳學在癲癇病中重要地位被報道之后，對于致力于癲癇家族的致病原因和癲癇動物模型關于遺傳的重要作用研究有了強大的證據[5]。離子通道基因的鑒定也成為癲癇遺傳學研究的主要方面，但是在小鼠模型的癲癇遺傳學研究中，僅有1/4歸因于通道相關基因的病變[6]。最近的研究通過對大量癲癇患者全外顯子組或全基因組測序也發現除了離子通道相關基因外，多重通路相關基因突變也會導致癲癇發生，目前發現的主要有突觸小泡轉運通路，染色質重塑和轉錄，mTOR蛋白信號通路等。
1.1 離子通道和神經遞質受體基因對癲癇的影響
由于癲癇發生是由神經系統異常放電所致，所以研究者們首先基于神經系統對癲癇的發病機理進行研究。目前多項研究證實很多人類特發性癲癇是“離子通道病”[7],即編碼離子通道的基因發生突變，翻譯的離子通道蛋白有缺陷而致病。主要包括電壓門控離子通道(K+,Na+,Ca2+,Cl-和HCN)和受體門控離子通道(乙酰膽堿和GABA受體)。近十多年的研究中，研究者們發現很多編碼離子通道的基因與自發性癲癇相關。
良性家族性新生兒驚厥(Benign familial neonatal infantile seizures,BFNIS)是一種罕見的原發性全身性癲癇，是常染色體顯性遺傳。研究發現，BFNIS是由電壓門控鉀離子通道基因KCNQ2和KCNQ3突變所致[8, 9]。伴熱性驚厥的全身性癲癇(Generalized epilepsy with febrile seizures plus,GEFS+)也是一種常染色體顯性遺傳的原發性全身性癲癇，主要表現為嬰兒期伴熱驚厥，6歲以后無熱驚厥，青春期后將不再發病。在對GEFS+家族的研究中，鑒定出3個鈉離子通道亞基因(SCN1B,SCN1A,和 SCN2A)突變和2個GABA受體亞基因(GABRG2和GABRD)突變[10-14]，其中SCN1A的突變還與嚴重的嬰兒肌痙攣性癲癇(severe myoclonic epilepsy of infancy,SMEI)相關[15, 16]。而BFNIS,GEFS+和SMEI患者中鑒定出SCN2A有超過20個突變位點，并且多數突變與BFNIS相關。2012年首次發現另外一個鈉離子通道基因SCN8A突變也會導致嚴重的癲癇腦病[17]，大部分具有SCN8A突變的癲癇患兒具有相似的臨床特征：5個月時開始癲癇發作并伴隨發育遲緩和智力低下[18-21]。最近研究者們通過對3個家系中16例患兒研究發現SCN8A突變也會導致嬰兒痙攣和陣發性運動障礙[22]。
常染色體顯性夜發性額葉癲癇(Autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy,ADNFLE)為常染色體顯性遺傳的原發性部分癲癇，外顯率為75%。發病年齡不等，兒童期和成年期均有可能發病。研究發現乙酰膽堿受體基因CHRNA4和CHRNB2突變將導致ADNFLE發生[23]。據報道，GABA受體亞基因(GANRA1、GABRB3、GABRG2和GABRD)與遺傳性癲癇綜合征包括兒童失神癲癇(Childhood absence epilepsy,CAE)、青少年肌陣攣性癲癇(JME)、高熱驚厥(FS)、GEFS+和SMEI具有相關性[24-30]。2004年，Chen Y等首次在漢族人群中鑒定出與CAE相關的12個稀有雜合錯義突變[31]。到目前為止，已經鑒定出在基因CACNA1H上有超過30個突變位點與特發性全身性癲癇(Idiopathic generalized epilepsy,IGE)相關[32]。但是進一步的研究證明，CACNA1H的突變雖然能導致CAE、青少年失神癲癇(JAE)、JME、FS和顳葉癲癇(TLE)的易感性，但是還不足以說明它們的發病機理[27-32]。CLCN2基因編碼電壓門控氯離子通道蛋白，它的突變也會影響包括CAE、JAE、JME和清醒中癲癇大發作這4類常見的特發性全身性癲癇[33]。CLCN4編碼2Cl-/H+交換器ClC-4，在大腦中顯著表達。最近的研究通過對16個家庭中的52個CLCN4相關病例詳細分析，揭露CLCN4的突變能夠引起X-連鎖的癲癇和智力缺陷[34]。
1.2 突觸小泡轉運通路基因對癲癇的影響
早期嬰兒癲癇腦病爆發抑制(Early infantile epilepsy encephalopathy,EIEE)又稱大田原綜合征，是一種嚴重的早期癲癇發作形式，研究證明它的發生與STXBP1基因的突變相關，而STXBP1編碼的蛋白還涉及突出小泡的釋放[35]。對于許多癲癇相關狀況可能的情況，STXBP1遠不止于對EIEE的影響。已經有報道在一個智力缺陷的癲癇病人中STXBP1雜合子突變，這個表征更加證明STXBP1不止針對EIEE[36]。SCN1A,SCN1B 和 GABRG2已經被鑒定會導致伴隨或不伴隨癲癇的FS，最近的研究又發現STX1B(編碼突觸融合蛋白1B)，它的突變會導致FS并伴隨癲癇發生[37]。在動物模型中SNAP25突變會導致焦慮、運動失調和痙攣，在對1例患有全身性癲癇并有智力缺陷的患兒測序發現她也存在原發性SNAP25突變，但是要證明SNAP25突變能夠導致癲癇還需要更多的證據[38]。NECAP1編碼網格調節蛋白，研究發現NECAP1的功能缺失可能會導致嚴重的嬰幼兒癲癇腦病[39]。DNM1編碼動力蛋白1，調節突觸傳導，對突觸小泡的釋放起重要作用。在對356例孩子患有癲癇腦病、嬰兒點頭痙攣和Lennox Gastaut綜合征的三口之家全外顯子測序發現5例患兒具有DNM1原發性突變，統計分析發現DNM1也是癲癇腦病的致病基因[40]。
1.3 染色質重塑與轉錄，mTOR信號通路基因對癲癇的影響
CHD2編碼的染色質解旋酶DNA結合蛋白2，是一個染色質重塑因子。到今天為止，已經鑒定出超過20例癲癇患者具有CHD2的突變，并且大部分突變是原發性的[41-46]。這些癲癇患者大部分表現為多重痙攣大發作、肌痙攣和光敏性[42]。mTOR是一種非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可整合細胞外信號，磷酸化下游靶蛋白核糖體激酶，影響基因轉錄和蛋白翻譯，參與調控細胞生長、增殖、生存、運動和新陳代謝。mTOR信號通路失調會導致許多疾病，包括結節狀硬化(TSC1，TSC2基因突變)，半側巨腦畸形(AKT3，PIK3CA,MTOR)和集中性皮質發育不良(DEPDC5，AKT3，MTOR)[47, 48]。mTOR信號通路失調還會導致難治性癲癇，智力缺陷和孤獨癥。DEPDC5是GATOR復合體的一個成員，對mTOR通路具有負調控作用。兩個研究組同時發現DEPDC5突變會導致集中性癲癇[49, 50]。后來的研究還發現DEPDC5突變會增加癲癇中突然致死的風險[51]。研究發現MTOR基因突變導致Ⅱ型皮質發育不良從而引發難治性癲癇[52]。
1.4 其他功能基因對癲癇的影響
ARX是一個X-連鎖基因，它與腦畸形、痙攣和智力障礙相關性很強的一個基因，ARX的突變在West綜合征[53, 54]和大田原綜合征[55, 56]中檢測到腦電圖(EEG)高度節律失常和爆發抑制。ARX基因突變還會導致特發性嬰兒痙攣、X連鎖的肌陣攣癲癇、智力障礙伴癲癇、Partington綜合征等不伴畸形痙攣，以及X連鎖無腦回或積水性無腦畸形伴生殖器異常、Pround綜合征等伴畸形的綜合征[57]。ARX基因突變多見于男性，但是女性病例也有報道，并且女性ARX基因突變還有可能導致焦慮癥、抑郁癥、精神分裂癥、學習障礙的精神疾病[58]。CDKL5定位于Xp22，是一個傳統的Rett綜合征類似表型相關的基因，診斷說明CDKL5的突變與小頭畸形和嬰兒點頭式痙攣相關[59, 60]。目前，具有CDKL5突變的癲癇腦病也稱為CDKL5相關腦病，Bahi-Buisson等對病例總結發現，CDKL5-相關腦病的發作分為3個階段：第一階段為出生后3個月內出現癲癇發作，發作比較頻繁但EEG 正常；第二階段發展為嬰兒痙攣，EEG 出現高度失律；第三階段發展為難治性強直或肌陣攣癲癇[61, 62]。另一個X-連鎖基因是PCDH19，它編碼的蛋白是細胞黏附蛋白的鈣黏素家族成員。PCDH19突變會導致女性癲癇伴精神發育遲滯(Epilepsy andmental retardation limited to females，EFMR)[63]。隨后研究發現，PCDH19突變與Dravet綜合征以及現在的多種癲癇相關[64]。
UFM1(Ubiquitin-fold modifier1)是最近鑒定出來的一個泛素類似蛋白，UBA5是編碼UFM1的E1激活酶的基因。UBA5雙等位基因的突變可以導致UFM1串聯結構的破壞從而導致早發型癲癇腦病[65]。MBOAT7是一個編碼溶血磷脂酰基醇酰基轉移酶1(LPIAT1)的基因，Johansen等通過對6個近親結婚的家庭分析，發現MBOAT7的純合突變可以導致癲癇伴智力缺陷和孤獨癥[66]。FARS2位于6p25.1上，編碼線粒體苯丙酰胺tRNA合成酶。臨床研究發現FARS2的突變能夠導致嬰兒早發性癲癇腦病[67]。TBC1D24是在大腦中大量表達的蛋白，編碼連接TBC結構域和TLDc結構域之間的唯一的連接蛋白[68]。TBC1D24的突變可以導致嚴重的早發型癲癇伴隨智力缺陷[69-75]、耳聾[76-79]肌陣攣和小腦萎縮[80] ，以及DOORS(Deafness,onychodystrophy,osteodystrophy,mental retardation and seizures)綜合征[81]。最近研究證明，skywalker-TBC1D24的一個脂質結合口袋突變影響磷酸肌醇的結合從而導致癲癇[82]。
2 染色體拷貝數變異對癲癇發生的影響
拷貝數變異(Copy number variants,CNVs)是指1 kb的染色體中的缺失和重復。CNVs是正常基因組變異的重要來源，并且很多變異都有導致疾病的風險。在癲癇遺傳學領域中，對大量先天性癲癇患者(不伴有抑郁癥、智力缺失和同質異型綜合征)關于染色體拷貝數異常的研究已有一些成果。一個北歐的研究小組在對1 234例先天性全身癲癇患者研究時，運用高密度單核苷酸多態性排列技術鑒定出2%的患者具有基因微缺失，主要發生在15q11.2和16p13.11這兩個位置[83]。研究還顯示，先天性全身性癲癇患者中還存在15q13.3的微缺失，并且15q13.3的微缺失對癲癇發生有最嚴重風險[84]。而15q11.2和16q13.11這兩處微缺失還在集中性癲癇和其他類型的癲癇患者中被發現[85]。最近，一些罕見的位于神經元基因外顯子上的缺失被發現，這些基因包括NRXN1[23]、RBFOX1[86]和GPHN[87]，它們的缺失可以增加先天性全身性癲癇的發病風險。位于15q26處的CHD2基因缺失，將導致肌陣攣性、光敏性和發育遲緩性癲癇腦病[88, 89]。最近研究發現，CHD2在15q26.1-q26.2處的缺失也會導致癲癇伴隨中等智力缺陷[90]。SLC6A1是一個GABA受體相關蛋白，負責將突觸上的GABA再吸收。在4%的無定向肌陣攣性癲癇病人中發現位于3q25處SLC6A1基因具有微缺失[91]。
3 癲癇與表觀遺傳學的關系
表觀遺傳學是指DNA序列不發生改變，而基因表達卻發生可遺傳改變，并最終導致表型改變。表觀遺傳基因組可以迅速的對環境做出反應，是控制基因表達的重要的內在機制[92]，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA三種形式。并且由于表觀遺傳不依賴于DNA序列，所以在細胞分裂和增殖中這種遺傳物質不會丟失。表觀遺傳可以導致基因沉默，越來越多的研究表明，表觀遺傳學在包括癲癇在內的神經系統疾病中起著重要作用[93]。最近，基于動物模型和人類大腦組織的研究也揭露，癲癇的發生與表觀基因組相關，表觀遺傳學已經成為癲癇研究的一個新興領域[94-97]。目前的鎮癲藥物對超過30%的癲癇患者不起作用，并對癲癇并發癥沒有影響，也不能阻止癲癇的發展[98]。或許我們可以從表觀遺傳學方面尋求治愈癲癇的新治療方法。目前對癲癇的表觀遺傳學研究最多的是DNA甲基化和miRNA，我們將從這兩個方面介紹對癲癇發生影響。
3.1 DNA甲基化對癲癇發生的影響
DNA甲基化是指由S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，在DNA甲基轉移酶的催化下，將甲基轉移到胞嘧啶5′碳原子上，從而變成5-甲基胞嘧啶。DNA甲基化發生在CpG島，甲基原子團與胞嘧啶上CG二核苷酸共價結合調控基因序列，阻止基因轉錄，與基因沉默相關[99, 100]。非甲基化與基因的活化相關，去甲基化則與沉默基因重新激活有關[101]。盡管DNA甲基化在大腦中比較穩定，但仍是有一小部分是動態的，由神經元活性調節的[102, 103]，而這小部分可能涉及到癲癇的發生。并且，DNA甲基化酶活性的增強和DNA高甲基化都與人類癲癇和實驗癲癇有很大的相關性[104-108]。
最近的證據指出：DNA甲基化在癲癇的發生和發展中起著非常關鍵的作用。研究發現，精神疾病、神經組織退化和包括癲癇在內的神經系統疾病的患者，大腦中都出現了DNA甲基化的變化[104, 109-114]。關于癲癇發生的甲基化假設說明，痙攣可以導致表觀遺傳的改變從而加重癲癇發生的條件[115]。甲基-CPG-結合蛋白MBD1-4，MeCP2和KAISO都與DNA甲基化相關。MeCP2基因在大腦中表達并對大腦的發育和功能起著特別的作用。MeCP2突變會導致Rett綜合征[116]，一類例如智力障礙、痙攣、肌肉張力減退和獲得性小頭畸形的疾病，是由于MeCP2基因發生突變，導致甲基CpG結合域表達和功能異常引起的[117, 118]。人類顳葉癲癇的研究報道，RELN基因的甲基化變化會導致顆粒細胞分散[104]。并且顳葉癲癇的海馬趾中DNA甲基轉移酶1和3a的表達水平增加[119]。在癲癇實驗中也發現DNA甲基轉移酶的活性是升高的[107]。在癲癇實驗研究中還發現，Grin2c編碼的腦原性神經營養因子和谷氨酸鹽受體亞基都有甲基化的改變[120]。全基因組DNA甲基化分析顯示，癲癇急性發作時，基因是低甲基化的[121]，然而，在癲癇的形成過程中基因是高甲基化的[105, 107]。從低甲基化到高甲基化的轉變機制還不清楚，但有可能與甲基轉移通路中最初的高活性的脫甲基酶有關[109, 122]。
3.2 miRNA對癲癇發生的影響
MicroRNA(miRNA)是一種研究最多的內源性的小非編碼RNA，約有22個核苷酸。miRNA是由較長的初級轉錄物經過一系列核酸剪切酶加工產生，隨后組裝進RNA誘導的沉默復合體(RISC)，通過減基互補配對方式識別靶mRNA，并根據互補程度不同指導沉默復合體降解靶mRNA或阻遏靶mRNA翻譯。最近的研究揭示了許多與癲癇相關的控制基因表達新的層面，將為癲癇發生和獲得性癲癇提供新的治療靶點[123]。而miRNA就是其中一個重要的層面。在動物模型和癲癇病人的組織研究中已經發現miRNA在癲癇發生中起著調控作用。miRNA失調可能會促進癲癇發生，調節個體的miRNA能夠直接影響大腦興奮性和顳葉癲癇病理生理學特征[124-126]。
在對顳葉癲癇病人的研究中，已經不止一次的報道miR-221和miR-222表達下調并且與星形膠質細胞內源性細胞間黏附因子1(ICAM1)的表達相關[127-131]。由于ICAM1是一個免疫和炎癥反應應答蛋白[132]，所以miRNA可能在癲癇發生中起到促炎癥發生的作用。在大鼠模型和癲癇病人腦組織的研究中都發現，miR-146a上調可以控制顳葉癲癇的炎癥反應[133]，因為miR-146a的上調導致前炎性細胞活素下調，這可能是癲癇中的補償機制。在動物模型和顳葉癲癇患者慢性發病過程的研究中還發現，miR-187出現下調[120, 134-137]。而miR-187的表達可以通過抑制包括腫瘤壞死因子(TNF),白細胞介素(IL)-6和IL-12 P40的前炎性細胞活素產生而抗炎的[135, 138]。MiR-9在顳葉癲癇中表達上調[127-129, 136, 137, 139-141]，通過抑制細胞核因子kappa-B1的轉錄促進炎癥發生[142]。在未成熟大鼠的持續癲癇狀態和兒童顳葉癲癇的研究中發現，miR-155在控制炎癥反應的通路中表達上調[120]。通過對動物模型和手術切除的癲癇病人組織的全基因組miRNA表達分析，在對癲癇發生過程中細胞增殖、分化和遷移以及突觸重塑、神經元壞死研究中，還鑒定出其他許多癲癇相關的miRNA，但是大部分miRNA的功能還缺少具體實驗的驗證。
4 展望
癲癇的病因及發病機制非常復雜，在過去十幾年里對癲癇遺傳學的研究層出不窮，積累了大量的遺傳學數據，鑒定出許多與癲癇相關的基因。但是對于已經鑒定出的基因還不足以解釋癲癇的發生機制，所以在以后的研究中需要致力于獲得更大量的基因序列從而更深入探索癲癇的發病機理。隨著測序技術的進步，二代測序技術、全基因組關聯分析(GWAS)和大規模并行測序技術(MPS)的應用為發現癲癇相關的新基因或染色體拷貝數變化提供了技術支持。在遺傳學突變檢測之后，需要進行突變基因致病機理的研究，研發針對不同發病機制的個性化醫療。目前關于表觀遺傳學與癲癇關系的研究比較少，對于癲癇的表觀遺傳學，我們只有少量的數據，包括癲癇是否與特殊的DNA脫甲基化作用、核小體重塑、長鏈非編碼RNA(lncRNA)、RNA編輯以及遺傳印記的相關研究還很少。而表觀遺傳修飾可以在大腦中傳遞信息、改變神經元活性、影響多種轉錄因子表達，這對癲癇的發生也起著重要作用。所以對表觀遺傳學的研究也將有助于更深入的了解癲癇發生機制。目前臨床上應用的抗癲癇藥物，主要是通過整體上降低神經元興奮性，從而提升其抑制放電水平來實現對癲癇的控制，這種治療手段不僅療效有限，還會對患者的行為能力產生未知的副作用。所以發現大量的致病基因及表觀遺傳學對癲癇的作用，將有助于癲癇發病機理的研究，從而研發出針對癲癇腦病有效的治療方法。
癲癇是一種常見的神經系統疾病，是由于中樞神經系統異常放電導致的經常復發的不自主的痙攣。癲癇影響著世界將近3%的人，其發病機理還不清楚，被認為有：創傷、病毒感染、獲得性腦損傷、代謝變異、先天腦畸形等[1]，在對癲癇遺傳家族的研究中發現癲癇主要還受遺傳因素的控制。
1 癲癇與遺傳學的關系
自從1995年發現的第一個單基因突變開始，遺傳因素就在癲癇的發生機制中承擔著至關重要的角色。然而，盡管導致癲癇的原因多種多樣并具有基因異質性，癲癇已經被認為是一個高遺傳的疾病[2, 3]。流行病學關于癲癇家族和雙胞胎的研究為遺傳性癲癇提供了證據[4-8]。例如，一類先天性全身性癲癇病患者的第一代親屬的患病概率是8%～12%，而普通人的患病概率僅約0.5%[4]。自1980年遺傳學在癲癇病中重要地位被報道之后，對于致力于癲癇家族的致病原因和癲癇動物模型關于遺傳的重要作用研究有了強大的證據[5]。離子通道基因的鑒定也成為癲癇遺傳學研究的主要方面，但是在小鼠模型的癲癇遺傳學研究中，僅有1/4歸因于通道相關基因的病變[6]。最近的研究通過對大量癲癇患者全外顯子組或全基因組測序也發現除了離子通道相關基因外，多重通路相關基因突變也會導致癲癇發生，目前發現的主要有突觸小泡轉運通路，染色質重塑和轉錄，mTOR蛋白信號通路等。
1.1 離子通道和神經遞質受體基因對癲癇的影響
由于癲癇發生是由神經系統異常放電所致，所以研究者們首先基于神經系統對癲癇的發病機理進行研究。目前多項研究證實很多人類特發性癲癇是“離子通道病”[7],即編碼離子通道的基因發生突變，翻譯的離子通道蛋白有缺陷而致病。主要包括電壓門控離子通道(K+,Na+,Ca2+,Cl-和HCN)和受體門控離子通道(乙酰膽堿和GABA受體)。近十多年的研究中，研究者們發現很多編碼離子通道的基因與自發性癲癇相關。
良性家族性新生兒驚厥(Benign familial neonatal infantile seizures,BFNIS)是一種罕見的原發性全身性癲癇，是常染色體顯性遺傳。研究發現，BFNIS是由電壓門控鉀離子通道基因KCNQ2和KCNQ3突變所致[8, 9]。伴熱性驚厥的全身性癲癇(Generalized epilepsy with febrile seizures plus,GEFS+)也是一種常染色體顯性遺傳的原發性全身性癲癇，主要表現為嬰兒期伴熱驚厥，6歲以后無熱驚厥，青春期后將不再發病。在對GEFS+家族的研究中，鑒定出3個鈉離子通道亞基因(SCN1B,SCN1A,和 SCN2A)突變和2個GABA受體亞基因(GABRG2和GABRD)突變[10-14]，其中SCN1A的突變還與嚴重的嬰兒肌痙攣性癲癇(severe myoclonic epilepsy of infancy,SMEI)相關[15, 16]。而BFNIS,GEFS+和SMEI患者中鑒定出SCN2A有超過20個突變位點，并且多數突變與BFNIS相關。2012年首次發現另外一個鈉離子通道基因SCN8A突變也會導致嚴重的癲癇腦病[17]，大部分具有SCN8A突變的癲癇患兒具有相似的臨床特征：5個月時開始癲癇發作并伴隨發育遲緩和智力低下[18-21]。最近研究者們通過對3個家系中16例患兒研究發現SCN8A突變也會導致嬰兒痙攣和陣發性運動障礙[22]。
常染色體顯性夜發性額葉癲癇(Autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy,ADNFLE)為常染色體顯性遺傳的原發性部分癲癇，外顯率為75%。發病年齡不等，兒童期和成年期均有可能發病。研究發現乙酰膽堿受體基因CHRNA4和CHRNB2突變將導致ADNFLE發生[23]。據報道，GABA受體亞基因(GANRA1、GABRB3、GABRG2和GABRD)與遺傳性癲癇綜合征包括兒童失神癲癇(Childhood absence epilepsy,CAE)、青少年肌陣攣性癲癇(JME)、高熱驚厥(FS)、GEFS+和SMEI具有相關性[24-30]。2004年，Chen Y等首次在漢族人群中鑒定出與CAE相關的12個稀有雜合錯義突變[31]。到目前為止，已經鑒定出在基因CACNA1H上有超過30個突變位點與特發性全身性癲癇(Idiopathic generalized epilepsy,IGE)相關[32]。但是進一步的研究證明，CACNA1H的突變雖然能導致CAE、青少年失神癲癇(JAE)、JME、FS和顳葉癲癇(TLE)的易感性，但是還不足以說明它們的發病機理[27-32]。CLCN2基因編碼電壓門控氯離子通道蛋白，它的突變也會影響包括CAE、JAE、JME和清醒中癲癇大發作這4類常見的特發性全身性癲癇[33]。CLCN4編碼2Cl-/H+交換器ClC-4，在大腦中顯著表達。最近的研究通過對16個家庭中的52個CLCN4相關病例詳細分析，揭露CLCN4的突變能夠引起X-連鎖的癲癇和智力缺陷[34]。
1.2 突觸小泡轉運通路基因對癲癇的影響
早期嬰兒癲癇腦病爆發抑制(Early infantile epilepsy encephalopathy,EIEE)又稱大田原綜合征，是一種嚴重的早期癲癇發作形式，研究證明它的發生與STXBP1基因的突變相關，而STXBP1編碼的蛋白還涉及突出小泡的釋放[35]。對于許多癲癇相關狀況可能的情況，STXBP1遠不止于對EIEE的影響。已經有報道在一個智力缺陷的癲癇病人中STXBP1雜合子突變，這個表征更加證明STXBP1不止針對EIEE[36]。SCN1A,SCN1B 和 GABRG2已經被鑒定會導致伴隨或不伴隨癲癇的FS，最近的研究又發現STX1B(編碼突觸融合蛋白1B)，它的突變會導致FS并伴隨癲癇發生[37]。在動物模型中SNAP25突變會導致焦慮、運動失調和痙攣，在對1例患有全身性癲癇并有智力缺陷的患兒測序發現她也存在原發性SNAP25突變，但是要證明SNAP25突變能夠導致癲癇還需要更多的證據[38]。NECAP1編碼網格調節蛋白，研究發現NECAP1的功能缺失可能會導致嚴重的嬰幼兒癲癇腦病[39]。DNM1編碼動力蛋白1，調節突觸傳導，對突觸小泡的釋放起重要作用。在對356例孩子患有癲癇腦病、嬰兒點頭痙攣和Lennox Gastaut綜合征的三口之家全外顯子測序發現5例患兒具有DNM1原發性突變，統計分析發現DNM1也是癲癇腦病的致病基因[40]。
1.3 染色質重塑與轉錄，mTOR信號通路基因對癲癇的影響
CHD2編碼的染色質解旋酶DNA結合蛋白2，是一個染色質重塑因子。到今天為止，已經鑒定出超過20例癲癇患者具有CHD2的突變，并且大部分突變是原發性的[41-46]。這些癲癇患者大部分表現為多重痙攣大發作、肌痙攣和光敏性[42]。mTOR是一種非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可整合細胞外信號，磷酸化下游靶蛋白核糖體激酶，影響基因轉錄和蛋白翻譯，參與調控細胞生長、增殖、生存、運動和新陳代謝。mTOR信號通路失調會導致許多疾病，包括結節狀硬化(TSC1，TSC2基因突變)，半側巨腦畸形(AKT3，PIK3CA,MTOR)和集中性皮質發育不良(DEPDC5，AKT3，MTOR)[47, 48]。mTOR信號通路失調還會導致難治性癲癇，智力缺陷和孤獨癥。DEPDC5是GATOR復合體的一個成員，對mTOR通路具有負調控作用。兩個研究組同時發現DEPDC5突變會導致集中性癲癇[49, 50]。后來的研究還發現DEPDC5突變會增加癲癇中突然致死的風險[51]。研究發現MTOR基因突變導致Ⅱ型皮質發育不良從而引發難治性癲癇[52]。
1.4 其他功能基因對癲癇的影響
ARX是一個X-連鎖基因，它與腦畸形、痙攣和智力障礙相關性很強的一個基因，ARX的突變在West綜合征[53, 54]和大田原綜合征[55, 56]中檢測到腦電圖(EEG)高度節律失常和爆發抑制。ARX基因突變還會導致特發性嬰兒痙攣、X連鎖的肌陣攣癲癇、智力障礙伴癲癇、Partington綜合征等不伴畸形痙攣，以及X連鎖無腦回或積水性無腦畸形伴生殖器異常、Pround綜合征等伴畸形的綜合征[57]。ARX基因突變多見于男性，但是女性病例也有報道，并且女性ARX基因突變還有可能導致焦慮癥、抑郁癥、精神分裂癥、學習障礙的精神疾病[58]。CDKL5定位于Xp22，是一個傳統的Rett綜合征類似表型相關的基因，診斷說明CDKL5的突變與小頭畸形和嬰兒點頭式痙攣相關[59, 60]。目前，具有CDKL5突變的癲癇腦病也稱為CDKL5相關腦病，Bahi-Buisson等對病例總結發現，CDKL5-相關腦病的發作分為3個階段：第一階段為出生后3個月內出現癲癇發作，發作比較頻繁但EEG 正常；第二階段發展為嬰兒痙攣，EEG 出現高度失律；第三階段發展為難治性強直或肌陣攣癲癇[61, 62]。另一個X-連鎖基因是PCDH19，它編碼的蛋白是細胞黏附蛋白的鈣黏素家族成員。PCDH19突變會導致女性癲癇伴精神發育遲滯(Epilepsy andmental retardation limited to females，EFMR)[63]。隨后研究發現，PCDH19突變與Dravet綜合征以及現在的多種癲癇相關[64]。
UFM1(Ubiquitin-fold modifier1)是最近鑒定出來的一個泛素類似蛋白，UBA5是編碼UFM1的E1激活酶的基因。UBA5雙等位基因的突變可以導致UFM1串聯結構的破壞從而導致早發型癲癇腦病[65]。MBOAT7是一個編碼溶血磷脂酰基醇酰基轉移酶1(LPIAT1)的基因，Johansen等通過對6個近親結婚的家庭分析，發現MBOAT7的純合突變可以導致癲癇伴智力缺陷和孤獨癥[66]。FARS2位于6p25.1上，編碼線粒體苯丙酰胺tRNA合成酶。臨床研究發現FARS2的突變能夠導致嬰兒早發性癲癇腦病[67]。TBC1D24是在大腦中大量表達的蛋白，編碼連接TBC結構域和TLDc結構域之間的唯一的連接蛋白[68]。TBC1D24的突變可以導致嚴重的早發型癲癇伴隨智力缺陷[69-75]、耳聾[76-79]肌陣攣和小腦萎縮[80] ，以及DOORS(Deafness,onychodystrophy,osteodystrophy,mental retardation and seizures)綜合征[81]。最近研究證明，skywalker-TBC1D24的一個脂質結合口袋突變影響磷酸肌醇的結合從而導致癲癇[82]。
2 染色體拷貝數變異對癲癇發生的影響
拷貝數變異(Copy number variants,CNVs)是指1 kb的染色體中的缺失和重復。CNVs是正常基因組變異的重要來源，并且很多變異都有導致疾病的風險。在癲癇遺傳學領域中，對大量先天性癲癇患者(不伴有抑郁癥、智力缺失和同質異型綜合征)關于染色體拷貝數異常的研究已有一些成果。一個北歐的研究小組在對1 234例先天性全身癲癇患者研究時，運用高密度單核苷酸多態性排列技術鑒定出2%的患者具有基因微缺失，主要發生在15q11.2和16p13.11這兩個位置[83]。研究還顯示，先天性全身性癲癇患者中還存在15q13.3的微缺失，并且15q13.3的微缺失對癲癇發生有最嚴重風險[84]。而15q11.2和16q13.11這兩處微缺失還在集中性癲癇和其他類型的癲癇患者中被發現[85]。最近，一些罕見的位于神經元基因外顯子上的缺失被發現，這些基因包括NRXN1[23]、RBFOX1[86]和GPHN[87]，它們的缺失可以增加先天性全身性癲癇的發病風險。位于15q26處的CHD2基因缺失，將導致肌陣攣性、光敏性和發育遲緩性癲癇腦病[88, 89]。最近研究發現，CHD2在15q26.1-q26.2處的缺失也會導致癲癇伴隨中等智力缺陷[90]。SLC6A1是一個GABA受體相關蛋白，負責將突觸上的GABA再吸收。在4%的無定向肌陣攣性癲癇病人中發現位于3q25處SLC6A1基因具有微缺失[91]。
3 癲癇與表觀遺傳學的關系
表觀遺傳學是指DNA序列不發生改變，而基因表達卻發生可遺傳改變，并最終導致表型改變。表觀遺傳基因組可以迅速的對環境做出反應，是控制基因表達的重要的內在機制[92]，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA三種形式。并且由于表觀遺傳不依賴于DNA序列，所以在細胞分裂和增殖中這種遺傳物質不會丟失。表觀遺傳可以導致基因沉默，越來越多的研究表明，表觀遺傳學在包括癲癇在內的神經系統疾病中起著重要作用[93]。最近，基于動物模型和人類大腦組織的研究也揭露，癲癇的發生與表觀基因組相關，表觀遺傳學已經成為癲癇研究的一個新興領域[94-97]。目前的鎮癲藥物對超過30%的癲癇患者不起作用，并對癲癇并發癥沒有影響，也不能阻止癲癇的發展[98]。或許我們可以從表觀遺傳學方面尋求治愈癲癇的新治療方法。目前對癲癇的表觀遺傳學研究最多的是DNA甲基化和miRNA，我們將從這兩個方面介紹對癲癇發生影響。
3.1 DNA甲基化對癲癇發生的影響
DNA甲基化是指由S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，在DNA甲基轉移酶的催化下，將甲基轉移到胞嘧啶5′碳原子上，從而變成5-甲基胞嘧啶。DNA甲基化發生在CpG島，甲基原子團與胞嘧啶上CG二核苷酸共價結合調控基因序列，阻止基因轉錄，與基因沉默相關[99, 100]。非甲基化與基因的活化相關，去甲基化則與沉默基因重新激活有關[101]。盡管DNA甲基化在大腦中比較穩定，但仍是有一小部分是動態的，由神經元活性調節的[102, 103]，而這小部分可能涉及到癲癇的發生。并且，DNA甲基化酶活性的增強和DNA高甲基化都與人類癲癇和實驗癲癇有很大的相關性[104-108]。
最近的證據指出：DNA甲基化在癲癇的發生和發展中起著非常關鍵的作用。研究發現，精神疾病、神經組織退化和包括癲癇在內的神經系統疾病的患者，大腦中都出現了DNA甲基化的變化[104, 109-114]。關于癲癇發生的甲基化假設說明，痙攣可以導致表觀遺傳的改變從而加重癲癇發生的條件[115]。甲基-CPG-結合蛋白MBD1-4，MeCP2和KAISO都與DNA甲基化相關。MeCP2基因在大腦中表達并對大腦的發育和功能起著特別的作用。MeCP2突變會導致Rett綜合征[116]，一類例如智力障礙、痙攣、肌肉張力減退和獲得性小頭畸形的疾病，是由于MeCP2基因發生突變，導致甲基CpG結合域表達和功能異常引起的[117, 118]。人類顳葉癲癇的研究報道，RELN基因的甲基化變化會導致顆粒細胞分散[104]。并且顳葉癲癇的海馬趾中DNA甲基轉移酶1和3a的表達水平增加[119]。在癲癇實驗中也發現DNA甲基轉移酶的活性是升高的[107]。在癲癇實驗研究中還發現，Grin2c編碼的腦原性神經營養因子和谷氨酸鹽受體亞基都有甲基化的改變[120]。全基因組DNA甲基化分析顯示，癲癇急性發作時，基因是低甲基化的[121]，然而，在癲癇的形成過程中基因是高甲基化的[105, 107]。從低甲基化到高甲基化的轉變機制還不清楚，但有可能與甲基轉移通路中最初的高活性的脫甲基酶有關[109, 122]。
3.2 miRNA對癲癇發生的影響
MicroRNA(miRNA)是一種研究最多的內源性的小非編碼RNA，約有22個核苷酸。miRNA是由較長的初級轉錄物經過一系列核酸剪切酶加工產生，隨后組裝進RNA誘導的沉默復合體(RISC)，通過減基互補配對方式識別靶mRNA，并根據互補程度不同指導沉默復合體降解靶mRNA或阻遏靶mRNA翻譯。最近的研究揭示了許多與癲癇相關的控制基因表達新的層面，將為癲癇發生和獲得性癲癇提供新的治療靶點[123]。而miRNA就是其中一個重要的層面。在動物模型和癲癇病人的組織研究中已經發現miRNA在癲癇發生中起著調控作用。miRNA失調可能會促進癲癇發生，調節個體的miRNA能夠直接影響大腦興奮性和顳葉癲癇病理生理學特征[124-126]。
在對顳葉癲癇病人的研究中，已經不止一次的報道miR-221和miR-222表達下調并且與星形膠質細胞內源性細胞間黏附因子1(ICAM1)的表達相關[127-131]。由于ICAM1是一個免疫和炎癥反應應答蛋白[132]，所以miRNA可能在癲癇發生中起到促炎癥發生的作用。在大鼠模型和癲癇病人腦組織的研究中都發現，miR-146a上調可以控制顳葉癲癇的炎癥反應[133]，因為miR-146a的上調導致前炎性細胞活素下調，這可能是癲癇中的補償機制。在動物模型和顳葉癲癇患者慢性發病過程的研究中還發現，miR-187出現下調[120, 134-137]。而miR-187的表達可以通過抑制包括腫瘤壞死因子(TNF),白細胞介素(IL)-6和IL-12 P40的前炎性細胞活素產生而抗炎的[135, 138]。MiR-9在顳葉癲癇中表達上調[127-129, 136, 137, 139-141]，通過抑制細胞核因子kappa-B1的轉錄促進炎癥發生[142]。在未成熟大鼠的持續癲癇狀態和兒童顳葉癲癇的研究中發現，miR-155在控制炎癥反應的通路中表達上調[120]。通過對動物模型和手術切除的癲癇病人組織的全基因組miRNA表達分析，在對癲癇發生過程中細胞增殖、分化和遷移以及突觸重塑、神經元壞死研究中，還鑒定出其他許多癲癇相關的miRNA，但是大部分miRNA的功能還缺少具體實驗的驗證。
4 展望
癲癇的病因及發病機制非常復雜，在過去十幾年里對癲癇遺傳學的研究層出不窮，積累了大量的遺傳學數據，鑒定出許多與癲癇相關的基因。但是對于已經鑒定出的基因還不足以解釋癲癇的發生機制，所以在以后的研究中需要致力于獲得更大量的基因序列從而更深入探索癲癇的發病機理。隨著測序技術的進步，二代測序技術、全基因組關聯分析(GWAS)和大規模并行測序技術(MPS)的應用為發現癲癇相關的新基因或染色體拷貝數變化提供了技術支持。在遺傳學突變檢測之后，需要進行突變基因致病機理的研究，研發針對不同發病機制的個性化醫療。目前關于表觀遺傳學與癲癇關系的研究比較少，對于癲癇的表觀遺傳學，我們只有少量的數據，包括癲癇是否與特殊的DNA脫甲基化作用、核小體重塑、長鏈非編碼RNA(lncRNA)、RNA編輯以及遺傳印記的相關研究還很少。而表觀遺傳修飾可以在大腦中傳遞信息、改變神經元活性、影響多種轉錄因子表達，這對癲癇的發生也起著重要作用。所以對表觀遺傳學的研究也將有助于更深入的了解癲癇發生機制。目前臨床上應用的抗癲癇藥物，主要是通過整體上降低神經元興奮性，從而提升其抑制放電水平來實現對癲癇的控制，這種治療手段不僅療效有限，還會對患者的行為能力產生未知的副作用。所以發現大量的致病基因及表觀遺傳學對癲癇的作用，將有助于癲癇發病機理的研究，從而研發出針對癲癇腦病有效的治療方法。