癲癇性腦病是嬰兒期和兒童早期嚴重的腦部疾患，其中 70% 癲癇性腦病與遺傳因素相關。突觸融合蛋白結合蛋白-1（Syntaxin-binding protein 1，STXBP1）基因編碼 STXBP1，其發生突變可影響突觸囊泡融合及神經遞質釋放，是引起癲癇性腦病的常見致病基因。STXBP1 基因突變的致病機制是單倍劑量不足，STXBP1 的補充或激活可能是一種潛在的精準治療策略。文章對近年來報道的 STXBP1 基因相關腦病的臨床表型、基因研究等進展進行綜述。
引用本文： 馬娛, 王藝. 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關腦病的臨床表型及基因研究進展. 癲癇雜志, 2018, 4(3): 220-223. doi: 10.7507/2096-0247.20180038 復制
癲癇性腦病（Epileptic encephalopathies，EE）是以頻繁癲癇發作導致腦功能受損為特點的嚴重腦部疾患，嬰兒期和兒童早期常見且預后不良[1, 2]。隨著分子遺傳檢測技術的不斷發展，目前 70 %的 EE 與遺傳因素相關[3]。EE 與突觸囊泡釋放，細胞內或細胞間信號轉導，離子通道、神經遞質膜受體及細胞內轉運蛋白相關的多個基因有關[4]。一些 EE 可通過基因檢測進行診斷，且腦病表現多樣，表型復雜，呈譜系表現，稱為“基因突變相關腦病”，如 CDKL5 腦病和 CHD2 腦病[1]。突觸融合蛋白結合蛋白-1（Syntaxin-binding protein 1，STXBP1）基因突變的表型譜廣泛，因此將與 STXBP1 基因相關 EE 統稱為“STXBP1 腦病”[5, 6]。現對近年來 STXBP1 腦病的臨床表型、基因研究進展等方面進行綜述。
1 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因
1.1 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因部位及功能
STXBP1 基因位于 9 號染色體長臂（9q34.1），其遺傳方式為常染色體顯性遺傳，包含 20 個外顯子[7]。STXBP1 基因編碼 STXBP1，這個高度保守的蛋白在突觸前囊泡與突觸前膜的對接和融合過程中起重要作用，通過與可溶性 N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體（Soluble NSF-attachment receptor, SNARE）的交互作用調節突觸間谷氨酸能和 γ-氨基丁酸（GABA）能神經遞質的釋放[8]。囊泡上的 SNARE（v-SNARE）和位于靶膜上的 SNARE（t-SNARE）特異性結合形成 SNARE 復合體—芯復合物。v-SNARE 包括突觸囊泡蛋白或囊泡相關膜蛋白，t-SNARE 包括靶膜蛋白（如突觸融合蛋白-1）。當芯復合物形成時，N-乙基馬來酰亞胺敏感因子（N-ethylmaleimide sensitive factor，NSF）的 ATP 酶活性使復合體解離，突觸囊泡通過鈣離子作用立即成為可融合狀態。芯復合體直接參與膜融合并且保證了膜融合的特異性，STXBP1 與封閉構象的突觸融合蛋白-1 結合將其輸送到細胞膜上，參與芯復合物的形成，進而促進突觸囊泡融合過程[9, 10]。此外，Martin 等發現 STXBP1 除運輸突觸融合蛋白-1 外，還通過其 3a 結構域直接與芯復合物結合，促進谷氨酸能和 GABA 能神經遞質釋放[11]。
1.2 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因致病機制
STXBP1 基因在進化上高度保守，其發生錯義突變、無義突變、移碼突變和剪切突變均可導致功能喪失，引起癲癇性腦病和智力低下[12]。Suri 等評估了致病性突變和人群變異對蛋白質域的熱力學穩定性的影響，發現相對于野生型，致病性突變更有可能破壞蛋白質的穩定性[13]。STXBP1 基因錯義突變的致病機制是單倍劑量不足，通過 STXBP1 疏水核心氨基酸的替換導致蛋白質的固有折疊結構破壞，使其容易發生錯誤折疊、聚集和降解，影響突觸囊泡與靶膜融合及轉運功能。此外，無義介導的 mRNA 降解（Nonsense-mediated mRNA decay, NMD）是一種廣泛存在于真核生物細胞中的 mRNA 質量監控機制，防止截短蛋白的產生。該機制可識別并降解由無義突變、移碼突變和剪切突變產生的含有提前終止密碼子的轉錄產物，從而導致了單倍劑量不足，影響神經遞質釋放[14, 15]。
1.3 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關動物和細胞研究
斑馬魚、小鼠等動物模型及細胞模型的研究有助于闡明由 STXBP1 基因突變引起的不同表型及病理生理學改變。2000 年 Verhage 等首次通過同源重組技術建立 STXBP1 基因敲除小鼠模型，研究發現基因敲除小鼠神經元增殖、遷移和分化到特定大腦區域未受影響，但出現廣泛、完全、永久性的突觸傳導功能喪失，影響神經遞質釋放[16]。近來研究進一步發現 STXBP1 基因敲除小鼠端腦背側和皮質下興奮性神經元突觸受損會導致學習障礙和攻擊性增強，其表型類似于 Lennox-Gastaut 綜合征[17-19]。STXBP1 基因轉錄 stxbp1a 和 stxbp1b，在幼體斑馬魚腦部高度表達。Grone 等利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術使幼體斑馬魚 STXBP1 基因發生突變，導致其功能喪失。研究發現 stxbp1a 突變體表現為嚴重的運動障礙、腦電活動減少、心率減慢、線粒體代謝減弱并出現早期死亡；而 stxbp1b 突變體表現為運動、心率、存活等均正常，但出現自發的癲癇發作，并對“暗閃光”視覺刺激的反應降低，其腦電活動類似于大田原綜合征的爆發抑制活動，這表明 stxbp1b 突變體可能是引起癲癇發作的潛在原因[20]。此外，利用來自患兒的誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）建立神經模型，有助于探究 STXBP1 腦病的病理生理學基礎。Yamashita 等從大田原綜合征患兒獲得皮膚活組織成纖維細胞，通過病毒介導將多個多能性相關基因導入宿主細胞獲取 iPSCs，進行神經誘導分化獲得前腦神經細胞，并對蛋白質進行定量及定位分析。結果顯示 STXBP1mRNA 和蛋白質表達量均減少 50 %，STXBP1 腦病的機制可能是單倍劑量不足，STXBP1 表達量下降導致突觸融合蛋白-1 減少及定位錯誤，進而影響突觸前膜囊泡融合及神經遞質釋放[21]。
2 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關腦病臨床表型
STXBP1 基因突變最初在大田原綜合征中被發現，隨后在 West 綜合征、Lennox-Gastaut 綜合征及 Dravet 綜合征中相繼被發現。其突變類型與癲癇發作類型、發病年齡及認知方面無明顯相關性，均表現為起病年齡早、病情嚴重、藥物治療效果差及智力障礙[22]。75 % 的大田原綜合癥患者（年齡在 3 個月以內）會轉變為 West 綜合癥（大多在 1 歲內），而 West 綜合癥患者中有 59 %會進展為 Lennox-Gastaut 綜合征（1 歲或更晚）[18, 23]。
2.1 大田原綜合征
2008 年，Saitsu 等[24]首次在 5 例患有大田原綜合癥的患兒中發現致病 STXBP1 基因突變，表現為出生后 10 d～ 3 個月出現強直陣攣發作，均有爆發抑制樣腦電活動。STXBP1 基因是大田原綜合征的主要致病基因，其突變率在 10 %以上，且大多數為新發突變。基因突變陽性與陰性患兒在出生 1 個月內無差異，1 歲前基因突變陽性患兒出現快節律腦電活動及明顯的失張力發作[25]。Olson 等[26]對 33 例大田原綜合征患兒進行隊列研究，發現 4 例 STXBP1 基因突變，其中 2 例伴有爆發抑制腦電活動，另 2 例不伴爆發抑制腦電活動。4 例患兒均在出生 3 個月內出現明顯痙攣，其中 3 例伴強直狀態，1 例伴彌漫性肌張力減退。盡管此前有文獻報道運動障礙[25]，而此研究發現僅 1 例患兒出現手部刻板行為。
2.2 West 綜合征
Otsuka 等于 2010 年首次在 West 綜合征患兒中發現 STXBP1 基因突變，證明 STXBP1 基因突變可導致 West 綜合癥[27]。West 綜合征患兒主要表現為點頭樣痙攣、腦電圖（EEG）高度失律、嚴重的智力缺陷并出現共濟失調或運動障礙[28]。Boutry-Kryza 等[29]通過對 73 例 West 綜合征患兒進行隊列研究，發現 3 例 STXBP1 基因突變，其中 1 例為剪切突變，另 2 例為無義突變。STXBP1 基因是 West 綜合征較常見的致病基因，其突變率約為 4 %[30, 31]。STXBP1 基因突變所致 West 綜合征患兒經抗癲癇藥物（AEDs）治療后，其癲癇發作雖可得到控制，但仍會出現嚴重的智力障礙[32]。
2.3 Dravet 綜合征與 Lennox-Gastaut 綜合征
Steel 等[33]從 67 例 SCN1A 基因突變陰性的 Dravet 綜合征患者發現了 3 例致病性 STXBP1 基因突變。臨床表現為嚴重的智力障礙和熱敏感，癲癇發作類型包括早發的強直與失張力發作、強直陣攣發作、肌陣攣發作和不典型失神發作。發病年齡為 6～12 個月，均晚于大田原綜合征和 West 綜合征[34]。此外有文獻報道 STXBP1 基因突變也可導致 Lennox-Gastaut 綜合征，表現為強直發作或非典型失神發作，并出現認知行為障礙[35]。Allen 等[31]在 115 例 Lennox-Gastaut 綜合征患兒中僅發現 1 例 STXBP1 基因突變，相對于大田原綜合征和 West 綜合征，Lennox-Gastaut 綜合征 STXBP1 基因突變率較低。
3 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關腦病的精準治療
STXBP1 腦病癲癇控制困難，近年研究表明對于 STXBP1 基因突變的大田原綜合征患兒，在 AEDs 的基礎上結合亞葉酸，可使爆發抑制腦電活動緩解，可輔以控制癲癇[36]。精準治療也體現在針對致病機制進行干預，由于 STXBP1 的功能喪失是導致 STXBP1 腦病的主要機制，STXBP1 的補充或激活可能是一種潛在的治療策略。Hussain 等[37]提出了一種治療 STXBP1 腦病的蛋白質-蛋白質相互作用的治療策略，即通過增加突觸融合蛋白-1 的數量，以平衡 STXBP1 腦病中 STXBP1 的單倍劑量不足狀態。此外基因替代、基因編輯技術或者通過調節 RNA 使基因表達上調也是 STXBP1 腦病靶向治療的研究熱點[8]。
4 展望
STXBP1 腦病嚴重影響神經系統發育，造成認知、行為及神經功能障礙或衰退，針對 STXBP1 腦病的精準治療對于難治性癲癇具有重要價值。然而，STXBP1 腦病具有多種臨床表型和遺傳異質性，其在臨床診斷方面仍面臨許多挑戰。STXBP1 腦病不同基因型與表型的關系仍待進一步探究。針對 STXBP1 基因致病機制的靶向治療研究有望使改善 EE 預后成為可能。
癲癇性腦病（Epileptic encephalopathies，EE）是以頻繁癲癇發作導致腦功能受損為特點的嚴重腦部疾患，嬰兒期和兒童早期常見且預后不良[1, 2]。隨著分子遺傳檢測技術的不斷發展，目前 70 %的 EE 與遺傳因素相關[3]。EE 與突觸囊泡釋放，細胞內或細胞間信號轉導，離子通道、神經遞質膜受體及細胞內轉運蛋白相關的多個基因有關[4]。一些 EE 可通過基因檢測進行診斷，且腦病表現多樣，表型復雜，呈譜系表現，稱為“基因突變相關腦病”，如 CDKL5 腦病和 CHD2 腦病[1]。突觸融合蛋白結合蛋白-1（Syntaxin-binding protein 1，STXBP1）基因突變的表型譜廣泛，因此將與 STXBP1 基因相關 EE 統稱為“STXBP1 腦病”[5, 6]。現對近年來 STXBP1 腦病的臨床表型、基因研究進展等方面進行綜述。
1 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因
1.1 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因部位及功能
STXBP1 基因位于 9 號染色體長臂（9q34.1），其遺傳方式為常染色體顯性遺傳，包含 20 個外顯子[7]。STXBP1 基因編碼 STXBP1，這個高度保守的蛋白在突觸前囊泡與突觸前膜的對接和融合過程中起重要作用，通過與可溶性 N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體（Soluble NSF-attachment receptor, SNARE）的交互作用調節突觸間谷氨酸能和 γ-氨基丁酸（GABA）能神經遞質的釋放[8]。囊泡上的 SNARE（v-SNARE）和位于靶膜上的 SNARE（t-SNARE）特異性結合形成 SNARE 復合體—芯復合物。v-SNARE 包括突觸囊泡蛋白或囊泡相關膜蛋白，t-SNARE 包括靶膜蛋白（如突觸融合蛋白-1）。當芯復合物形成時，N-乙基馬來酰亞胺敏感因子（N-ethylmaleimide sensitive factor，NSF）的 ATP 酶活性使復合體解離，突觸囊泡通過鈣離子作用立即成為可融合狀態。芯復合體直接參與膜融合并且保證了膜融合的特異性，STXBP1 與封閉構象的突觸融合蛋白-1 結合將其輸送到細胞膜上，參與芯復合物的形成，進而促進突觸囊泡融合過程[9, 10]。此外，Martin 等發現 STXBP1 除運輸突觸融合蛋白-1 外，還通過其 3a 結構域直接與芯復合物結合，促進谷氨酸能和 GABA 能神經遞質釋放[11]。
1.2 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因致病機制
STXBP1 基因在進化上高度保守，其發生錯義突變、無義突變、移碼突變和剪切突變均可導致功能喪失，引起癲癇性腦病和智力低下[12]。Suri 等評估了致病性突變和人群變異對蛋白質域的熱力學穩定性的影響，發現相對于野生型，致病性突變更有可能破壞蛋白質的穩定性[13]。STXBP1 基因錯義突變的致病機制是單倍劑量不足，通過 STXBP1 疏水核心氨基酸的替換導致蛋白質的固有折疊結構破壞，使其容易發生錯誤折疊、聚集和降解，影響突觸囊泡與靶膜融合及轉運功能。此外，無義介導的 mRNA 降解（Nonsense-mediated mRNA decay, NMD）是一種廣泛存在于真核生物細胞中的 mRNA 質量監控機制，防止截短蛋白的產生。該機制可識別并降解由無義突變、移碼突變和剪切突變產生的含有提前終止密碼子的轉錄產物，從而導致了單倍劑量不足，影響神經遞質釋放[14, 15]。
1.3 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關動物和細胞研究
斑馬魚、小鼠等動物模型及細胞模型的研究有助于闡明由 STXBP1 基因突變引起的不同表型及病理生理學改變。2000 年 Verhage 等首次通過同源重組技術建立 STXBP1 基因敲除小鼠模型，研究發現基因敲除小鼠神經元增殖、遷移和分化到特定大腦區域未受影響，但出現廣泛、完全、永久性的突觸傳導功能喪失，影響神經遞質釋放[16]。近來研究進一步發現 STXBP1 基因敲除小鼠端腦背側和皮質下興奮性神經元突觸受損會導致學習障礙和攻擊性增強，其表型類似于 Lennox-Gastaut 綜合征[17-19]。STXBP1 基因轉錄 stxbp1a 和 stxbp1b，在幼體斑馬魚腦部高度表達。Grone 等利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術使幼體斑馬魚 STXBP1 基因發生突變，導致其功能喪失。研究發現 stxbp1a 突變體表現為嚴重的運動障礙、腦電活動減少、心率減慢、線粒體代謝減弱并出現早期死亡；而 stxbp1b 突變體表現為運動、心率、存活等均正常，但出現自發的癲癇發作，并對“暗閃光”視覺刺激的反應降低，其腦電活動類似于大田原綜合征的爆發抑制活動，這表明 stxbp1b 突變體可能是引起癲癇發作的潛在原因[20]。此外，利用來自患兒的誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）建立神經模型，有助于探究 STXBP1 腦病的病理生理學基礎。Yamashita 等從大田原綜合征患兒獲得皮膚活組織成纖維細胞，通過病毒介導將多個多能性相關基因導入宿主細胞獲取 iPSCs，進行神經誘導分化獲得前腦神經細胞，并對蛋白質進行定量及定位分析。結果顯示 STXBP1mRNA 和蛋白質表達量均減少 50 %，STXBP1 腦病的機制可能是單倍劑量不足，STXBP1 表達量下降導致突觸融合蛋白-1 減少及定位錯誤，進而影響突觸前膜囊泡融合及神經遞質釋放[21]。
2 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關腦病臨床表型
STXBP1 基因突變最初在大田原綜合征中被發現，隨后在 West 綜合征、Lennox-Gastaut 綜合征及 Dravet 綜合征中相繼被發現。其突變類型與癲癇發作類型、發病年齡及認知方面無明顯相關性，均表現為起病年齡早、病情嚴重、藥物治療效果差及智力障礙[22]。75 % 的大田原綜合癥患者（年齡在 3 個月以內）會轉變為 West 綜合癥（大多在 1 歲內），而 West 綜合癥患者中有 59 %會進展為 Lennox-Gastaut 綜合征（1 歲或更晚）[18, 23]。
2.1 大田原綜合征
2008 年，Saitsu 等[24]首次在 5 例患有大田原綜合癥的患兒中發現致病 STXBP1 基因突變，表現為出生后 10 d～ 3 個月出現強直陣攣發作，均有爆發抑制樣腦電活動。STXBP1 基因是大田原綜合征的主要致病基因，其突變率在 10 %以上，且大多數為新發突變。基因突變陽性與陰性患兒在出生 1 個月內無差異，1 歲前基因突變陽性患兒出現快節律腦電活動及明顯的失張力發作[25]。Olson 等[26]對 33 例大田原綜合征患兒進行隊列研究，發現 4 例 STXBP1 基因突變，其中 2 例伴有爆發抑制腦電活動，另 2 例不伴爆發抑制腦電活動。4 例患兒均在出生 3 個月內出現明顯痙攣，其中 3 例伴強直狀態，1 例伴彌漫性肌張力減退。盡管此前有文獻報道運動障礙[25]，而此研究發現僅 1 例患兒出現手部刻板行為。
2.2 West 綜合征
Otsuka 等于 2010 年首次在 West 綜合征患兒中發現 STXBP1 基因突變，證明 STXBP1 基因突變可導致 West 綜合癥[27]。West 綜合征患兒主要表現為點頭樣痙攣、腦電圖（EEG）高度失律、嚴重的智力缺陷并出現共濟失調或運動障礙[28]。Boutry-Kryza 等[29]通過對 73 例 West 綜合征患兒進行隊列研究，發現 3 例 STXBP1 基因突變，其中 1 例為剪切突變，另 2 例為無義突變。STXBP1 基因是 West 綜合征較常見的致病基因，其突變率約為 4 %[30, 31]。STXBP1 基因突變所致 West 綜合征患兒經抗癲癇藥物（AEDs）治療后，其癲癇發作雖可得到控制，但仍會出現嚴重的智力障礙[32]。
2.3 Dravet 綜合征與 Lennox-Gastaut 綜合征
Steel 等[33]從 67 例 SCN1A 基因突變陰性的 Dravet 綜合征患者發現了 3 例致病性 STXBP1 基因突變。臨床表現為嚴重的智力障礙和熱敏感，癲癇發作類型包括早發的強直與失張力發作、強直陣攣發作、肌陣攣發作和不典型失神發作。發病年齡為 6～12 個月，均晚于大田原綜合征和 West 綜合征[34]。此外有文獻報道 STXBP1 基因突變也可導致 Lennox-Gastaut 綜合征，表現為強直發作或非典型失神發作，并出現認知行為障礙[35]。Allen 等[31]在 115 例 Lennox-Gastaut 綜合征患兒中僅發現 1 例 STXBP1 基因突變，相對于大田原綜合征和 West 綜合征，Lennox-Gastaut 綜合征 STXBP1 基因突變率較低。
3 突觸融合蛋白結合蛋白-1 基因相關腦病的精準治療
STXBP1 腦病癲癇控制困難，近年研究表明對于 STXBP1 基因突變的大田原綜合征患兒，在 AEDs 的基礎上結合亞葉酸，可使爆發抑制腦電活動緩解，可輔以控制癲癇[36]。精準治療也體現在針對致病機制進行干預，由于 STXBP1 的功能喪失是導致 STXBP1 腦病的主要機制，STXBP1 的補充或激活可能是一種潛在的治療策略。Hussain 等[37]提出了一種治療 STXBP1 腦病的蛋白質-蛋白質相互作用的治療策略，即通過增加突觸融合蛋白-1 的數量，以平衡 STXBP1 腦病中 STXBP1 的單倍劑量不足狀態。此外基因替代、基因編輯技術或者通過調節 RNA 使基因表達上調也是 STXBP1 腦病靶向治療的研究熱點[8]。
4 展望
STXBP1 腦病嚴重影響神經系統發育，造成認知、行為及神經功能障礙或衰退，針對 STXBP1 腦病的精準治療對于難治性癲癇具有重要價值。然而，STXBP1 腦病具有多種臨床表型和遺傳異質性，其在臨床診斷方面仍面臨許多挑戰。STXBP1 腦病不同基因型與表型的關系仍待進一步探究。針對 STXBP1 基因致病機制的靶向治療研究有望使改善 EE 預后成為可能。