癲癇是一種多基因遺傳的復雜疾病，其表型特征涉及多個基因序列和表達的改變，目前已明確與人類癲癇相關的基因有500多個，所涉及的癲癇種類眾多，表型各異。新一代測序技術極大地增加了新的癲癇致病基因的發現速度，使臨床能夠確定越來越多患者的癲癇遺傳病因，并更好地理解該疾病潛在的病理生理機制。兒童癲癇綜合征具有特殊的臨床及電生理特征，常具有明顯的遺傳背景，特定年齡段起病，因此在癲癇相關遺傳研究中也有著最為豐碩的收獲。文章就遺傳性全面強直-陣攣發作性癲癇、全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥、兒童失神癲癇、青少年肌陣攣癲癇等兒童癲癇綜合征相關的致病基因，特別是電壓門控離子通道的亞基，以及配體門控離子通道的亞基等最新研究進展進行總結。
引用本文： 陳葉紅, 高在芬, 韓濤, 臧軻君, 吳懷寬, 蘇永鑫, 劉學伍. 兒童癲癇綜合征遺傳研究進展. 癲癇雜志, 2017, 3(5): 410-413. doi: 10.7507/2096-0247.20170064 復制
癲癇是一種多基因遺傳的復雜疾病，其表型特征涉及多個基因序列和表達的改變，多種因素對基因的修飾和調控發揮作用。自20世紀90年代開展癲癇基因檢測技術以來，已明確與人類癲癇相關的基因有500多個，所涉及的癲癇種類眾多，表型各異。臨床上大約40%的癲癇患者無明顯器質性改變，為特發性癲癇，現在普遍認為是由基因異常所致，大部分特發性癲癇表現出遺傳傾向。癲癇雖可繼發于各種腦損傷，但超過50%的癲癇是存在遺傳基礎的，甚至獲得性癲癇也被認為與遺傳因素相關[1]。
癲癇的遺傳學研究始于單基因遺傳病，很多與癲癇有關的單基因病，包括代謝產物缺失(如苯丙酮尿癥等)或結構改變(結節性硬化、家族性海綿狀血管畸形等)，其分子遺傳學背景已經得到闡釋。目前國內外已發現癲癇致病基因大多是編碼離子通道的基因[2]，包括電壓依賴性的離子通道(鈉離子、鉀離子、鈣離子通道的亞基)以及配體門控的離子通道(煙堿型乙酰膽堿受體亞基、γ氨基丁酸受體亞基等)。
近年來，基因芯片捕獲及高通量測序技術獲得了快速的發展，遺傳相關疾病研究取得了日新月異的成績[3-5]。隨著功能基因組研究的開展和普及，基因芯片在生命科學研究中發揮著越來越重要的作用，其在癲癇研究中的應用也越來越深入。Sandberg等[6]較早地利用基因芯片研究了癲癇。新一代測序技術極大地增加了新的癲癇致病基因的發現速度，使我們能夠確定越來越多患者的癲癇遺傳病因，并更好地理解該疾病潛在的病理生理機制(表 1)。
表1
癲癇基因研究概況
兒童癲癇綜合征因為具有特殊的臨床及電生理特征，常具有明顯的遺傳背景，特定年齡段起病，因此在癲癇相關遺傳研究中也有著最為豐碩的收獲。William等[7]證實同卵雙胞胎同時患某種癲癇綜合征的一致性可高達90%以上，顯著高于非同卵雙胞胎，提示遺傳因素是癲癇綜合征的重要致病原因，進一步的研究都證實兒童失神癲癇、青少年肌陣攣癲癇等在兄弟姐妹中的發病率與普通人群中的發病率的差異性顯著高于其他類型癲癇。現將常見兒童癲癇綜合征遺傳最新研究進展進行綜述。
1 遺傳性全面強直-陣攣發作性癲癇
全面強直－陣攣性癲癇(Generalized tonic-clonic seizure, GTCS)發作是以發作性意識障礙、全身對稱性抽搐、發作間期全面性放電及發作期無固定起源或早期即表現為全面性起源的腦電圖(EEG)為特征的癲癇發作，是最常見的發作類型之一。目前研究認為遺傳性GTCS起病與離子通道相關基因突變關系密切。神經元電壓門控鈉離子通道主要負責中樞和周圍神經系統動作電位的產生和傳播。其中，編碼鈉通道α和β1亞基的基因突變與癲癇的遺傳密切相關[8-9]。SCN1A基因的錯義突變已被證實與難治性兒童癲癇伴全面性強直-陣攣發作綜合征(Idiopathic childhood epilepsy with generalized tonic-clonic seizure, ICEGTC)有關，Rhodes等[9]通過全細胞膜片鉗技術記錄到ICEGTC患者SCN1A基因存在8種錯義突變，其中兩個突變(G979R和T1709I)被認為是無意義的，其余的等位基因T808S、V983A、N1011I和F1808L等6處錯義突變參與了疾病的發生。
近年來，隨著神經影像技術在癲癇病因學診斷中應用的不斷發展，我們發現部分GTCS患者合并小腦萎縮。關于癲癇發作和小腦萎縮的關系也是若干年來爭論的焦點，部分學者認為小腦萎縮為苯妥英鈉等個別抗癲癇藥物(AEDs)所致，但同樣藥物并不導致絕大多數同類癲癇患者小腦萎縮，且部分伴有小腦萎縮的患者并不是都應用了相似的AEDs。因此，這一部分癲癇患者可能存在一定的遺傳學基礎。多年來散發性GTCS伴小腦萎縮的病例在國內外時有報告，但家族性病例報告較少，其相關遺傳分子生物學研究尚未見報告。
2 全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥
全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥(Generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+)是2001年國際抗癲癇聯盟新命名的一種癲癇綜合征，其臨床特征為高熱驚厥家系中的患兒在6歲以后仍有高熱驚厥或伴有無熱驚厥，或兼有其他發作形式的癲癇綜合征。研究顯示GEFS+是常染色體顯性遺傳，具有顯著的表型異質性和遺傳異質性，同一個家系中受累成員的臨床表型可不同。
SCN1A突變與許多類型的癲癇發病相關，其中包括全身性癲癇伴熱性驚厥附加癥(GEFS+)的家族性良性熱性驚厥[10]。1995年澳大利亞學者發現編碼煙堿型乙酰膽堿受體(nAChR)亞基的基因突變，該基因突變可導致受體釋放的鈣離子異常，使得突觸前膜釋放的GABA減少。神經元細胞內鈣濃度和細胞膜鈣流的增加在癲癇發生中起重要作用，實驗研究顯示鈣離子過量內流在癲癇活動中發揮起始作用，當鈣離子通道通透性增加時，鈣離子大量內流，引起神經元細胞持續的同步去極化，可誘發癲癇發作。目前，國內外關于GEFS+的研究較多，約20%的GEFS+家系中有SCNlA、SCN2A、SCNlB或GABRG2突變，其中以SCNlA基因突變最常見[11]。我們對兩例雙胞胎GEFS+家系研究發現患者均在SCN2A基因上出現了一個新的基因突變: c.1399G>A，引起氨基酸變化: p.A467T(丙氨酸>蘇氨酸)，此突變為錯義突變，可影響蛋白功能而致病，結果在其父身上得到驗證。另有研究表明SCN1B也是本病的致病基因[12]。近期的部分病例報道提示SCN1B基因可見于Dravet綜合征[13]，同時有研究提示SCN1B基因突變可能與良性家族性嬰兒癲癇有關，相關研究表明，其可能的機制是SCN1B基因變異后影響了沉默序列的剪接[14]。
3 兒童失神癲癇
兒童失神癲癇(Childhood absence epilepsy，CAE)是兒童期起病的一種最常見的癲癇綜合征，發病率為10%~12%[15]，主要表現為突發性精神活動中斷、意識障礙，一次發作數秒至十余秒。其發病機制尚不完全清楚，有明顯的遺傳傾向。遺傳方式目前仍未明確，可能為常染色體顯性遺傳伴有年齡依賴性外顯，或為多基因遺傳。
目前已發現CAE相關基因定位于染色體20q，其中CHRNA4基因與CAE有關[16]。一個常見的人類μ-阿片樣受體基因(OPRM1) A118G (rs1799971) 變異與特發性失神癲癇(Idiopathit absense epiepsy, IAE)的發病機制相關。該基因可導致天冬氨酸替代天冬酰胺，且天冬氨酸變異體對β-內啡肽具有3倍大的親和力[17]，這種多態性也影響OPRM1的表達[16]。Barratt等[18]調查了5個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNPs)的關聯性，包括與IAE相關的A118G。然而，
EPICURE聯盟和EMINet協會在歐洲人群中通過全基因組關聯性研究(GWAS)檢測到CAE和2p16.1基因座(rs2717068) 密切相關[19]。姜玉武等研究發現NIPA2突變與CAE亦有關系[20]。
近年來對單基因變異所致的特發性癲癇分子機制中鈣通道的作用越來越重視。各種類型的鈣通道不管是在突觸前水平還是突觸后水平，對神經元的激活和功能的執行都有重要作用。因此，鈣通道調控基因的表達改變可能參與了多種癲癇致病的過程。低電壓激活的T型鈣通道已經被證實參與了丘腦皮層環路電活動突然爆發的過程，繼之出現失神發作和EEG可以記錄到的棘慢復合波發放。動物實驗和人類癲癇的相關研究都證實鈣通道相關基因的改變都參與了失神發作的過程[21]。
4 青少年肌陣攣癲癇
青少年肌陣攣癲癇(Juvenile myoclonic epilepsy，JME)是一種特發性全面性癲癇綜合征，主要發生于兒童和青春期，其特點是肌陣攣、失神和全面性強直-陣攣發作。青少年肌陣攣癲癇約占所有癲癇的12%~30%[22]。最初研究認為JME的發病率沒有性別差異，但最近的研究表明女性的發病率可能更高[23]。JME主要分為兩類:一類是經典的JME，無失神發作，約占所有青少年肌陣攣癲癇的72%；另一類是CAE，后來發展為JME，約占所有JME病例的18%。
通過家族性及雙胞胎研究證實，遺傳因素在JME的發病中發揮了重要作用。不同的遺傳模型可用來解釋JME的遺傳機制，包括少數幾個大的遺傳基因參與致病，這些往往遵從孟德爾遺傳規律。還有不符合孟德爾遺傳規律的致病方式，這種方式往往是由多個功能較小的基因共同發揮作用致病的。過去40年中，不同的學者采用了不同的方式不斷推動了JME遺傳機制的研究。目前確認的基因包括CACNB4、CASR、GABRA1、GABRD及EFHC1[24-26]。
人類BRD2-a轉錄調節器(RING3) 屬于一個高度保守的雙結構域-內含蛋白的亞家族，可調節大腦的發育。BRD2(RING3) 變異可以擾亂正常神經元的連接，導致新皮層過度興奮[27]。位于染色體6p21.3上的BRD2(RING3) 基因SNPs與常染色體隱性遺傳的青少年肌陣攣癲癇的敏感性相關。Greenberg等[28]研究證實位于染色體18q上的蘋果酸脫氫酶2的SNP單倍型與JME有關。GABARA1是配體門控氯通道，負責中樞神經系統的抑制功能[29]。GABAA受體是一種蛋白復合物，由19個不同類別的亞基組成，GABARA1受體基因與JME發病有關[30]。
基因診斷可以實現快速高效地分辨癲癇患者。近年來，隨著基因芯片捕獲及高通量測序技術在癲癇等神經遺傳性疾病中的應用以及功能基因組研究深入，新一代測序技術極大地增加了新的癲癇致病基因的發現速度，使我們能夠快速確定癲癇遺傳易感基因，并更好地理解該病潛在的病理生理機制。更有助于臨床醫生根據患者的易感基因種類和分子生物學致病機制準確選擇AEDs，及時準確控制癲癇發作。
通過全基因組連鎖分析及外顯子測序技術對這些家系進行基因測序，尋找癲癇致病基因連鎖位點，分離得到遺傳性家族性癲癇的相關致病基因，并根據致病基因的突變類型進行生物信息學分析和動物模型實驗，驗證該致病基因的生物學效果，以揭示癲癇及癲癇綜合征發生的分子機制，同時可完善癲癇，特別是我國遺傳性家族性癲癇的基因譜，推進癲癇基因診斷和基因治療的進程，以有效指導分子遺傳學診斷、癲癇分型、精準AEDs靶點篩選及基因治療，為科研和臨床工作提供有力的理論和實驗依據。
癲癇是一種多基因遺傳的復雜疾病，其表型特征涉及多個基因序列和表達的改變，多種因素對基因的修飾和調控發揮作用。自20世紀90年代開展癲癇基因檢測技術以來，已明確與人類癲癇相關的基因有500多個，所涉及的癲癇種類眾多，表型各異。臨床上大約40%的癲癇患者無明顯器質性改變，為特發性癲癇，現在普遍認為是由基因異常所致，大部分特發性癲癇表現出遺傳傾向。癲癇雖可繼發于各種腦損傷，但超過50%的癲癇是存在遺傳基礎的，甚至獲得性癲癇也被認為與遺傳因素相關[1]。
癲癇的遺傳學研究始于單基因遺傳病，很多與癲癇有關的單基因病，包括代謝產物缺失(如苯丙酮尿癥等)或結構改變(結節性硬化、家族性海綿狀血管畸形等)，其分子遺傳學背景已經得到闡釋。目前國內外已發現癲癇致病基因大多是編碼離子通道的基因[2]，包括電壓依賴性的離子通道(鈉離子、鉀離子、鈣離子通道的亞基)以及配體門控的離子通道(煙堿型乙酰膽堿受體亞基、γ氨基丁酸受體亞基等)。
近年來，基因芯片捕獲及高通量測序技術獲得了快速的發展，遺傳相關疾病研究取得了日新月異的成績[3-5]。隨著功能基因組研究的開展和普及，基因芯片在生命科學研究中發揮著越來越重要的作用，其在癲癇研究中的應用也越來越深入。Sandberg等[6]較早地利用基因芯片研究了癲癇。新一代測序技術極大地增加了新的癲癇致病基因的發現速度，使我們能夠確定越來越多患者的癲癇遺傳病因，并更好地理解該疾病潛在的病理生理機制(表 1)。
表1
癲癇基因研究概況
兒童癲癇綜合征因為具有特殊的臨床及電生理特征，常具有明顯的遺傳背景，特定年齡段起病，因此在癲癇相關遺傳研究中也有著最為豐碩的收獲。William等[7]證實同卵雙胞胎同時患某種癲癇綜合征的一致性可高達90%以上，顯著高于非同卵雙胞胎，提示遺傳因素是癲癇綜合征的重要致病原因，進一步的研究都證實兒童失神癲癇、青少年肌陣攣癲癇等在兄弟姐妹中的發病率與普通人群中的發病率的差異性顯著高于其他類型癲癇。現將常見兒童癲癇綜合征遺傳最新研究進展進行綜述。
1 遺傳性全面強直-陣攣發作性癲癇
全面強直－陣攣性癲癇(Generalized tonic-clonic seizure, GTCS)發作是以發作性意識障礙、全身對稱性抽搐、發作間期全面性放電及發作期無固定起源或早期即表現為全面性起源的腦電圖(EEG)為特征的癲癇發作，是最常見的發作類型之一。目前研究認為遺傳性GTCS起病與離子通道相關基因突變關系密切。神經元電壓門控鈉離子通道主要負責中樞和周圍神經系統動作電位的產生和傳播。其中，編碼鈉通道α和β1亞基的基因突變與癲癇的遺傳密切相關[8-9]。SCN1A基因的錯義突變已被證實與難治性兒童癲癇伴全面性強直-陣攣發作綜合征(Idiopathic childhood epilepsy with generalized tonic-clonic seizure, ICEGTC)有關，Rhodes等[9]通過全細胞膜片鉗技術記錄到ICEGTC患者SCN1A基因存在8種錯義突變，其中兩個突變(G979R和T1709I)被認為是無意義的，其余的等位基因T808S、V983A、N1011I和F1808L等6處錯義突變參與了疾病的發生。
近年來，隨著神經影像技術在癲癇病因學診斷中應用的不斷發展，我們發現部分GTCS患者合并小腦萎縮。關于癲癇發作和小腦萎縮的關系也是若干年來爭論的焦點，部分學者認為小腦萎縮為苯妥英鈉等個別抗癲癇藥物(AEDs)所致，但同樣藥物并不導致絕大多數同類癲癇患者小腦萎縮，且部分伴有小腦萎縮的患者并不是都應用了相似的AEDs。因此，這一部分癲癇患者可能存在一定的遺傳學基礎。多年來散發性GTCS伴小腦萎縮的病例在國內外時有報告，但家族性病例報告較少，其相關遺傳分子生物學研究尚未見報告。
2 全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥
全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥(Generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+)是2001年國際抗癲癇聯盟新命名的一種癲癇綜合征，其臨床特征為高熱驚厥家系中的患兒在6歲以后仍有高熱驚厥或伴有無熱驚厥，或兼有其他發作形式的癲癇綜合征。研究顯示GEFS+是常染色體顯性遺傳，具有顯著的表型異質性和遺傳異質性，同一個家系中受累成員的臨床表型可不同。
SCN1A突變與許多類型的癲癇發病相關，其中包括全身性癲癇伴熱性驚厥附加癥(GEFS+)的家族性良性熱性驚厥[10]。1995年澳大利亞學者發現編碼煙堿型乙酰膽堿受體(nAChR)亞基的基因突變，該基因突變可導致受體釋放的鈣離子異常，使得突觸前膜釋放的GABA減少。神經元細胞內鈣濃度和細胞膜鈣流的增加在癲癇發生中起重要作用，實驗研究顯示鈣離子過量內流在癲癇活動中發揮起始作用，當鈣離子通道通透性增加時，鈣離子大量內流，引起神經元細胞持續的同步去極化，可誘發癲癇發作。目前，國內外關于GEFS+的研究較多，約20%的GEFS+家系中有SCNlA、SCN2A、SCNlB或GABRG2突變，其中以SCNlA基因突變最常見[11]。我們對兩例雙胞胎GEFS+家系研究發現患者均在SCN2A基因上出現了一個新的基因突變: c.1399G>A，引起氨基酸變化: p.A467T(丙氨酸>蘇氨酸)，此突變為錯義突變，可影響蛋白功能而致病，結果在其父身上得到驗證。另有研究表明SCN1B也是本病的致病基因[12]。近期的部分病例報道提示SCN1B基因可見于Dravet綜合征[13]，同時有研究提示SCN1B基因突變可能與良性家族性嬰兒癲癇有關，相關研究表明，其可能的機制是SCN1B基因變異后影響了沉默序列的剪接[14]。
3 兒童失神癲癇
兒童失神癲癇(Childhood absence epilepsy，CAE)是兒童期起病的一種最常見的癲癇綜合征，發病率為10%~12%[15]，主要表現為突發性精神活動中斷、意識障礙，一次發作數秒至十余秒。其發病機制尚不完全清楚，有明顯的遺傳傾向。遺傳方式目前仍未明確，可能為常染色體顯性遺傳伴有年齡依賴性外顯，或為多基因遺傳。
目前已發現CAE相關基因定位于染色體20q，其中CHRNA4基因與CAE有關[16]。一個常見的人類μ-阿片樣受體基因(OPRM1) A118G (rs1799971) 變異與特發性失神癲癇(Idiopathit absense epiepsy, IAE)的發病機制相關。該基因可導致天冬氨酸替代天冬酰胺，且天冬氨酸變異體對β-內啡肽具有3倍大的親和力[17]，這種多態性也影響OPRM1的表達[16]。Barratt等[18]調查了5個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNPs)的關聯性，包括與IAE相關的A118G。然而，
EPICURE聯盟和EMINet協會在歐洲人群中通過全基因組關聯性研究(GWAS)檢測到CAE和2p16.1基因座(rs2717068) 密切相關[19]。姜玉武等研究發現NIPA2突變與CAE亦有關系[20]。
近年來對單基因變異所致的特發性癲癇分子機制中鈣通道的作用越來越重視。各種類型的鈣通道不管是在突觸前水平還是突觸后水平，對神經元的激活和功能的執行都有重要作用。因此，鈣通道調控基因的表達改變可能參與了多種癲癇致病的過程。低電壓激活的T型鈣通道已經被證實參與了丘腦皮層環路電活動突然爆發的過程，繼之出現失神發作和EEG可以記錄到的棘慢復合波發放。動物實驗和人類癲癇的相關研究都證實鈣通道相關基因的改變都參與了失神發作的過程[21]。
4 青少年肌陣攣癲癇
青少年肌陣攣癲癇(Juvenile myoclonic epilepsy，JME)是一種特發性全面性癲癇綜合征，主要發生于兒童和青春期，其特點是肌陣攣、失神和全面性強直-陣攣發作。青少年肌陣攣癲癇約占所有癲癇的12%~30%[22]。最初研究認為JME的發病率沒有性別差異，但最近的研究表明女性的發病率可能更高[23]。JME主要分為兩類:一類是經典的JME，無失神發作，約占所有青少年肌陣攣癲癇的72%；另一類是CAE，后來發展為JME，約占所有JME病例的18%。
通過家族性及雙胞胎研究證實，遺傳因素在JME的發病中發揮了重要作用。不同的遺傳模型可用來解釋JME的遺傳機制，包括少數幾個大的遺傳基因參與致病，這些往往遵從孟德爾遺傳規律。還有不符合孟德爾遺傳規律的致病方式，這種方式往往是由多個功能較小的基因共同發揮作用致病的。過去40年中，不同的學者采用了不同的方式不斷推動了JME遺傳機制的研究。目前確認的基因包括CACNB4、CASR、GABRA1、GABRD及EFHC1[24-26]。
人類BRD2-a轉錄調節器(RING3) 屬于一個高度保守的雙結構域-內含蛋白的亞家族，可調節大腦的發育。BRD2(RING3) 變異可以擾亂正常神經元的連接，導致新皮層過度興奮[27]。位于染色體6p21.3上的BRD2(RING3) 基因SNPs與常染色體隱性遺傳的青少年肌陣攣癲癇的敏感性相關。Greenberg等[28]研究證實位于染色體18q上的蘋果酸脫氫酶2的SNP單倍型與JME有關。GABARA1是配體門控氯通道，負責中樞神經系統的抑制功能[29]。GABAA受體是一種蛋白復合物，由19個不同類別的亞基組成，GABARA1受體基因與JME發病有關[30]。
基因診斷可以實現快速高效地分辨癲癇患者。近年來，隨著基因芯片捕獲及高通量測序技術在癲癇等神經遺傳性疾病中的應用以及功能基因組研究深入，新一代測序技術極大地增加了新的癲癇致病基因的發現速度，使我們能夠快速確定癲癇遺傳易感基因，并更好地理解該病潛在的病理生理機制。更有助于臨床醫生根據患者的易感基因種類和分子生物學致病機制準確選擇AEDs，及時準確控制癲癇發作。
通過全基因組連鎖分析及外顯子測序技術對這些家系進行基因測序，尋找癲癇致病基因連鎖位點，分離得到遺傳性家族性癲癇的相關致病基因，并根據致病基因的突變類型進行生物信息學分析和動物模型實驗，驗證該致病基因的生物學效果，以揭示癲癇及癲癇綜合征發生的分子機制，同時可完善癲癇，特別是我國遺傳性家族性癲癇的基因譜，推進癲癇基因診斷和基因治療的進程，以有效指導分子遺傳學診斷、癲癇分型、精準AEDs靶點篩選及基因治療，為科研和臨床工作提供有力的理論和實驗依據。
