T型鈣離子通道是一種低電壓依賴性介導鈣離子跨膜轉運的膜蛋白，由于其特殊的電生理特性，在調節神經元興奮性中具有重要作用。目前研究發現CACNA1H突變所致T型鈣離子通道異常與多種神經系統疾病發生密切相關，如特發性全面性癲癇，孤獨癥譜系疾病，肌萎縮側索硬化等，雖然其作為易感基因在疾病發生發展中的作用已得到一定證實，但致病機制尚不明確，本綜述針對T型鈣通道在神經系統中的電生理學作用，及CACNA1H突變與部分神經系統疾病之間關系進行探討，旨在為突變致病機制的研究提供思路，并為后續精準治療提供依據。
引用本文： 劉曉睿, 蔣莉. CACNA1H基因變異與神經系統疾病. 癲癇雜志, 2022, 8(2): 146-150. doi: 10.7507/2096-0247.202111011 復制
電壓門控性鈣通道（Voltage-gated calcium channels，VGCCs）于1953年由Fatt等[1]在肌肉細胞中首次發現，隨著研究進展，現已證實VGCCs廣泛存在于全身各興奮性/非興奮性組織細胞中，是Ca2+內流的主要途徑，參與細胞增殖、代謝、凋亡等多種生理學過程[2]。VGCCs根據電生理學特性分為低電壓依賴型（Low-voltage-activated，LVA）和高電壓依賴型（High-voltage-activated，HVA）；其中，T型鈣通道即為LVA型鈣通道，由于其低電壓激活的特殊電生理學特性以及在神經系統中的廣泛分布，在調節神經元興奮性中具有重要作用，又與神經結構發育、胞內信號傳導及神經遞質釋放等多種生物學效應相關[3]。CACNA1H編碼T型鈣通道α1亞單位，該基因突變所致T型鈣通道功能異常已被證實與多種復雜遺傳性神經系統疾病相關，如特發性全面性癲癇（Idiopathic generalized epilepsies，IGEs），孤獨癥譜系疾病（Autism spectrum disorder，ASD），肌萎縮側索硬化（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等。本文綜述T型鈣通道的結構特點及電生理學特性，同時對CACNA1H突變在部分神經系統疾病中的致病模式進行探討，分析突變致病特點，希望為致病機制的進一步研究提供思路，并為后續精準治療提供依據。
1 T型鈣通道的結構特點
與 HVA型鈣通道的多亞基通道復合物不同，T型鈣通道僅由α1亞單位單體構成。α1亞單位是由2 000個氨基酸組成的多肽，從原始鉀通道進化而來，且與電壓門控鈉通道有高度結構同源性，對通道動力學及藥理學特性起決定作用[4]。α1亞單位由4個同源結構域（Ⅰ-Ⅳ）組成，每個結構域包含6個跨膜α螺旋肽段（S1-S6）。其中S4內排列著帶正電荷的氨基酸，起著電壓傳感器的作用，S5-S6胞外連接片段向膜內折返形成鈣離子內流孔道，其上含有高度保守的谷氨酸殘基，具有鈣離子高度選擇性[5]。而各結構域之間的連接肽鏈環（Loop）上包含有與多種蛋白相互作用的關鍵基序，參與調節通道功能及多種生物學效應，如Ⅲ-Ⅳ loop 中含有與內質網整合膜蛋白Calnexin相互作用基序，調控鈣通道的胞內轉運及膜表達；Ⅱ-Ⅲ loop中含有與G蛋白偶聯受體[6]及突觸SNARE蛋白相互作用域，參與耦合鈣內流與囊泡的胞吐作用，介導神經遞質的釋放[7]。
T型鈣通道含有三種亞型，根據編碼α1亞單位同源序列的不同分為 Cav3.1，Cav3.2 及Cav3.3，分別由CACNA1G、CACNA1H、CACNA1I編碼[5]，加之差異性剪接方式的存在，豐富了T型鈣通道在電生理學特性及阻滯劑敏感性等方面的多樣性[8]。
2 T型鈣通道的電生理學特性
T型鈣通道為LVA型鈣通道，具有快激活，快失活，慢失活恢復，單通道電容小，以及低電壓激活（?60 mV）特點[9]，使其具有如下電生理學特性：① 參與低閾值鈣棘波（Low threshold calcium spike，LTCS）的形成。通常靜息電位時大多數T型鈣通道處于失活狀態[10]，此時抑制性突觸后電位（Inhibitory post-synaptic potential，IPSP）或鉀通道激活引起的一過性膜超極化可加速鈣通道從失活狀態中恢復，進而介導鈣離子內流，形成LTCS，并在此基礎上誘發鈉依賴性動作電位的產生，同時在病理狀態下參與棘慢波（Spike-and-wave discharges，SWDs）的形成[11，12]；② 參與丘腦皮層神經元同步化震蕩。T型鈣通道在丘腦中呈相對高表達，丘腦中繼核中T型鈣通道的自發性節律性電活動，在丘腦皮層網狀回路中傳遞，引發神經元同步化震蕩。生理情況下參與慢波睡眠中睡眠紡錘的形成，而異常的超同步化爆發放電與某些癲癇的發生密切相關[13]；③ 參與“窗口電流”的產生。靜息電位下T型鈣通道激活與失活曲線存在重疊，少部分通道處于開放狀態，可產生持續性的內向鈣電流[14]，對于維持細胞內鈣離子濃度及其他胞內鈣依賴性化學調控機制具有重要意義。在調節神經元興奮性，介導神經遞質及激素的低閾值釋放等方面具有重要作用。
3 CACNA1H突變與神經系統疾病
CACNAlH基因位于染色體16p13.3，含35個外顯子，編碼T型鈣通道Cav3.2，在大腦、丘腦、杏仁核、基底節區、小腦浦肯野細胞中表達豐富[15]，是調控神經元興奮性最主要的α1功能亞型。大量研究發現，CACNA1H作為易感基因參與多種復雜遺傳性神經系統疾病的發生發展，如IGEs、ASD、ALS。
3.1 CACNA1H與癲癇
3.1.1 CACNA1H突變致癇性的動物模型研究
研究發現，在HVA型鈣通道基因突變及其他非鈣通道基因突變導致的失神發作大鼠模型中，均可以觀察到T型鈣通道上調及T型鈣電流增加，且該代償機制早于癲癇的發生，故考慮T型鈣通道可能參與某些癲癇的直接致病。在Strasbourg大鼠失神發作癲癇模型（GARES）中[16]，含CACNA1H錯義突變p.Arg1584Pro的大鼠丘腦網狀核神經元中，Cav3.2mRNA較對照組增加16%，T型鈣電流上調55%，表現出失神發作伴7～9 Hz SWDs發放。在匹羅卡品致大鼠顳葉癲癇（Temporal lobe epilepsy，TLE）模型中，觀察到海馬CAl區錐體神經元Cav3.2mRNA和蛋白水平有短暫性升高，T型電流增加，導致TLE神經元爆發性動作電位的產生[17]，而Cav3.2基因敲除鼠則癲癇發作顯著減少。故考慮CACNA1H突變可能通過介導T型鈣通道上調及功能增強，提高神經元興奮性，易化癲癇的發生。
3.1.2 CACNA1H突變與特發性全面性癲癇
特發性全面性癲癇是一種具有遺傳易感性，以全面性發作為主要發作類型的電臨床綜合征，多數IGEs為復雜遺傳病，不遵循單一的孟德爾遺傳模式，提示致病性有賴于多種易感基因及環境因素的共同作用，其中鈣離子通道在多種亞臨床綜合征中的致癇性已得到證實。
2003年，Chen 等[18]首先發現了編碼T型鈣通道的CACNA1H可能是兒童失神癲癇 （Childhood absence epilepsy，CAE） 的易感基因。隨著研究進展，CACNA1H突變相關癲癇的表型譜不斷擴大，包括熱性驚厥、青少年肌陣攣性癲癇、青少年失神性癲癇、癲癇伴單純全身強直-陣攣發作、全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥等[19]。Heron等[20]在240例IGEs患者中共發現CACNA1H的100多種不同變異。且不同突變基因型在CAE治療藥物反應性方面存在一定差異[21,22]。
3.1.3 CACNA1H突變與其他類型癲癇
在部分顳葉癲癇患兒中同樣檢測出存在CACNA1H突變[20]。研究發現，內側內嗅皮層（Medial entorhinal cortex，mEC）第二層星狀神經元在TLE中呈過度興奮表現，對刺激表現出長時間的興奮性突觸反應，增加齒狀回及海馬CA1區的興奮性傳入，最終導致海馬回路興奮性增強[23]。而選擇性T型鈣通道阻滯劑TTA-P2可降低mEC第二層星狀神經元的興奮性，抑制TLE相關神經元的爆發式放電[23]，故考慮T型鈣通道通過增強mEC第二層星狀神經元的超興奮性，易化TLE的產生。臨床中觀察到，CACNA1H突變癲癇患兒除全面性發作外，部分還表現為局灶或多灶性癲癇樣放電[24]，在丘腦皮層網絡中呈現非同步化放電模式。突變的局灶性致病機制尚不清楚，考慮與基因的差異性表達及選擇性剪接有關。此外，近期有該基因變異所致Doose綜合征[25]及發育性癲癇性腦病[26]的報道，由于T型鈣通道也在包括海馬在內的熱性癲癇相關的腦結構中廣泛表達，CACNA1H變異也可具有熱敏感性。
3.1.4 CACNA1H突變致癇機制
基因檢測發現，癲癇患者所檢出的CACNA1H變異并未集中于特定位點，而是分散于整個通道序列中，且不同突變對通道功能的影響不盡相同，功能學分析顯示絕大部分突變僅會對通道功能產生輕微影響，其中多數突變使通道活性增強（Gain-of-function，GOF），少數突變卻傾向于使通道活性喪失 （Loss-of-function，LOF），部分突變甚至未對通道功能產生影響，提示CACNA1H突變的致病機制是復雜多樣的。
鑒于癲癇產生的本質是神經元興奮性增強，故推測鈣通道電生理學特性的如下改變可能會增強癲癇的易感性：① 激活電壓向超極化方向移動；② 失活電壓向去極化方向移動；③ 增加通道開放速率；④ 減慢通道失活速率；⑤ 加快通道失活狀態恢復；⑥ 增加通道開放概率（P0）；⑦ 增強單通道電導。而研究發現，部分突變確實會改變上述某些屬性，提高神經元興奮性，易化癲癇的發生[16，27]。差異性剪接模式同樣影響通道功能。在GARES模型中，p.Arg1584Pro突變只有在含外顯子25的特定剪接異構體下，才表現為通道活性的增加[28]。研究發現位于內含子與外顯子連接處的突變可以通過干擾選擇性剪接，改變不同剪接異構體占比，進而影響通道功能[29]。
此外，CACNA1H突變可上調鈣通道的細胞膜表達水平[27，30]。研究發現，內質網整合膜蛋白Calnexin通過與CaV3.2 Ⅲ-Ⅳ連接肽段相互作用，參與通道蛋白分選及向細胞膜表面的運輸，而該部位的突變可以改變通道蛋白與Calnexin的相互作用，使通道膜表達增加，T鈣電流增強 [31]。同時Cav3.2功能異常導致的鈣離子過度內流，可引發鈣超載，促使線粒體去極化及大量氧自由基生成，對神經元功能產生影響。而長期的鈣內流可誘導鈣離子通道受體及其他受體的mRNA異常表達[32]，加重神經元結構及功能損傷。
研究發現功能性Cav 3.2介導突觸（~75%）的低閾值局部鈣內流。在GARES模型中，可觀察到鈣內流增加及N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA-R）和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionicacid receptor，AMPA-R）上調[33]。故Cav 3.2突變介導的鈣內流增加，可增強突觸NMDA-R與AMPA-R的表達，增強突觸遞質傳遞從而誘發癲癇。
3.2 CACNA1H突變與孤獨癥譜系障礙
孤獨癥譜系障礙是以社交障礙、重復刻板行為和/或興趣狹窄為主要表現的神經發育障礙性疾病。該病涉及多基因遺傳、環境及代謝等方面的共同作用[34]，T鈣通道由于參與調控動作電位的產生及神經遞質的釋放，其功能異常被認為是ASD的易感因素[35]。
Cav3.2在丘腦、海馬和杏仁核等ASD相關腦區呈高表達，動物研究表明[36]，Cav3.2基因敲除鼠海馬CA1區樹突棘密度減少，出現焦慮及記憶學習能力受損等孤獨癥表現。T型鈣通道阻滯劑Z944除了可以控制GAERS大鼠癲癇發作外，對于其認知功能損害，尤其是視覺再認記憶障礙也有一定的改善效果，但 Z944卻同時可加重非癲癇對照組的社交功能損害程度，提示癲癇與ASD在致病機制上存在聯系。
臨床上，CAE患者常伴有認知，言語及社交功能損害，其中約23%的CAE患者會出現社交功能障礙，女性為著，即便在癲癇控制情況下，仍無社交功能的明顯改善。2006年，Splawski等[37]首次在ASD患者中發現幾種CACNA1H突變。功能研究顯示，該突變均導致通道活性降低，且表型的嚴重程度與突變位點相關。CACNA1H突變癲癇患兒共患ASD亦見報道[38]。
3.3 CACNA1H突變與肌萎縮側索硬化
肌萎縮側索硬化是以進行性加重的骨骼肌無力和萎縮、肌束震顫、延髓麻痹和錐體束征為主要臨床表現的神經系統退行性疾病。目前已檢測出多種易感基因與散發型ALS發生發展相關[39]。Steinberg等[40]對散發型ALS患者行全外顯基因組測序時發現兩種CACNA1H雜合錯義突變，功能分析顯示突變個體T型鈣通道活性降低。同時有研究發現ALS患者CACNA1H的ΔI153突變可使通道功能完全喪失，并通道蛋白表達水平下降，提示CACNA1H突變導致的T鈣通道LOF可能是ALS的易感因素[41]。
腦功能成像顯示ALS患者存在包括丘腦在內多腦區活動減弱伴nRT神經元放電減少[42]，推測突變可能通過影響丘腦皮層環路，最終影響神經傳導對運動神經元的調控。雖有研究報道了T型鈣通道在運動神經元中的表達，但其功能作用仍有待研究。目前已知ALS患者中存在神經元鈉通道電導增加及軸突鉀離子電流減弱[43]，考慮到T型鈣通道參與鈣激活鉀離子通道開放的調控，推測突變間接導致的鉀離子電流改變與疾病的發生相關。
近期對于國內ALS患者致病基因譜研究發現，CACNA1H為常見突變基因之一[44]。此外，Carter等[45]報道了一例嚴重的先天性肌萎縮患者攜帶兩種CACNA1H遺傳性雜合突變，功能分析顯示T鈣通道活性降低，尤其表現出窗口電流的減弱，進一步提示了CACNA1H與運動神經元相關疾病的關聯，其易感致病譜有待進一步擴展。
4 CACNA1H突變差異致病性
CACNA1H變異雖可見于多種神經系統疾病患者中，但大部分變異作為單核苷酸多態性（Single nucleotide polymorphism，SNP）在正常人群中普遍存在。其差異致病現象的可能原因：① 不同變異的致病性不同。不同類型及位點的變異對通道功能的影響具有差異性，部分位于編碼區的SNP （Coding SNP，cSNP）雖提示致病性不明，卻可能存在輕微的生物學效應改變；② 變異致病性的產生有賴于特定的剪接模式。在GARES模型中，p.Arg1584Pro突變只有在含外顯子25的剪接異構體中才表現為通道活性增強。此外在人體組織中研究發現，同一變異在不同剪切異構體下Cav3.2通道特性改變不同[46]。而此種選擇性剪接在不同腦結構中表達程度不同[47]，同樣可能是突變個體呈現出病灶時間及空間分布差異的原因；③ 體外細胞功能學研究并不能完全詮釋體內環境下通道的生物學效應，因T型鈣通道還涉及與多種調節蛋白及信號分子間的相互作用，而培養的細胞通常會發生蛋白運輸失衡及信號通路改變，所以這種精準復雜的生物學效應只有在體內特定的環境下才得以顯現，故其致病機制可能更為復雜而有待研究；④ 突變相關疾病多為復雜性遺傳病，單CACNA1H突變并不足以引起顯著的臨床表型變化[48]，致病性還涉及多種基因與環境因素的共同作用，因此在人群中呈現出致病差異性。
5 小結
CACNA1H突變現已證實與多種神經系統疾病相關，由于其差異性致病特點及多數功能學研究僅提示存在輕微的通道活性改變，目前為止僅僅定義為多種疾病的易感基因。但其致病性不能單依靠體外通道功能研究來闡釋，還涉及通道本身與多種調節蛋白及信號分子的相互作用，不同選擇性剪接模式及其他易感基因和/或環境的共同參與，仍需大量研究對其致病性進行進一步印證。Cav3.2除廣泛存在于神經系統外，在神經內分泌系統[49]和心血管系統[50]，以及骨細胞及免疫細胞等中亦有豐富的表達，臨床中應注意識別其他共患病并進一步擴展臨床表型譜。此外，因Cav3.2基因突變引起的通道功能改變可呈現出GOF及LOF兩種截然相反的類型，在不同疾病，甚至同一疾病不同突變中，盲目的使用鈣通道阻滯劑可能會加重LOF型鈣通道疾病的病情進展，故突變致病性機制的研究以及通道功能的檢測，對于后續精準治療的實施至關重要。
利益沖突聲明 所有作者無利益沖突。
電壓門控性鈣通道（Voltage-gated calcium channels，VGCCs）于1953年由Fatt等[1]在肌肉細胞中首次發現，隨著研究進展，現已證實VGCCs廣泛存在于全身各興奮性/非興奮性組織細胞中，是Ca2+內流的主要途徑，參與細胞增殖、代謝、凋亡等多種生理學過程[2]。VGCCs根據電生理學特性分為低電壓依賴型（Low-voltage-activated，LVA）和高電壓依賴型（High-voltage-activated，HVA）；其中，T型鈣通道即為LVA型鈣通道，由于其低電壓激活的特殊電生理學特性以及在神經系統中的廣泛分布，在調節神經元興奮性中具有重要作用，又與神經結構發育、胞內信號傳導及神經遞質釋放等多種生物學效應相關[3]。CACNA1H編碼T型鈣通道α1亞單位，該基因突變所致T型鈣通道功能異常已被證實與多種復雜遺傳性神經系統疾病相關，如特發性全面性癲癇（Idiopathic generalized epilepsies，IGEs），孤獨癥譜系疾病（Autism spectrum disorder，ASD），肌萎縮側索硬化（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等。本文綜述T型鈣通道的結構特點及電生理學特性，同時對CACNA1H突變在部分神經系統疾病中的致病模式進行探討，分析突變致病特點，希望為致病機制的進一步研究提供思路，并為后續精準治療提供依據。
1 T型鈣通道的結構特點
與 HVA型鈣通道的多亞基通道復合物不同，T型鈣通道僅由α1亞單位單體構成。α1亞單位是由2 000個氨基酸組成的多肽，從原始鉀通道進化而來，且與電壓門控鈉通道有高度結構同源性，對通道動力學及藥理學特性起決定作用[4]。α1亞單位由4個同源結構域（Ⅰ-Ⅳ）組成，每個結構域包含6個跨膜α螺旋肽段（S1-S6）。其中S4內排列著帶正電荷的氨基酸，起著電壓傳感器的作用，S5-S6胞外連接片段向膜內折返形成鈣離子內流孔道，其上含有高度保守的谷氨酸殘基，具有鈣離子高度選擇性[5]。而各結構域之間的連接肽鏈環（Loop）上包含有與多種蛋白相互作用的關鍵基序，參與調節通道功能及多種生物學效應，如Ⅲ-Ⅳ loop 中含有與內質網整合膜蛋白Calnexin相互作用基序，調控鈣通道的胞內轉運及膜表達；Ⅱ-Ⅲ loop中含有與G蛋白偶聯受體[6]及突觸SNARE蛋白相互作用域，參與耦合鈣內流與囊泡的胞吐作用，介導神經遞質的釋放[7]。
T型鈣通道含有三種亞型，根據編碼α1亞單位同源序列的不同分為 Cav3.1，Cav3.2 及Cav3.3，分別由CACNA1G、CACNA1H、CACNA1I編碼[5]，加之差異性剪接方式的存在，豐富了T型鈣通道在電生理學特性及阻滯劑敏感性等方面的多樣性[8]。
2 T型鈣通道的電生理學特性
T型鈣通道為LVA型鈣通道，具有快激活，快失活，慢失活恢復，單通道電容小，以及低電壓激活（?60 mV）特點[9]，使其具有如下電生理學特性：① 參與低閾值鈣棘波（Low threshold calcium spike，LTCS）的形成。通常靜息電位時大多數T型鈣通道處于失活狀態[10]，此時抑制性突觸后電位（Inhibitory post-synaptic potential，IPSP）或鉀通道激活引起的一過性膜超極化可加速鈣通道從失活狀態中恢復，進而介導鈣離子內流，形成LTCS，并在此基礎上誘發鈉依賴性動作電位的產生，同時在病理狀態下參與棘慢波（Spike-and-wave discharges，SWDs）的形成[11，12]；② 參與丘腦皮層神經元同步化震蕩。T型鈣通道在丘腦中呈相對高表達，丘腦中繼核中T型鈣通道的自發性節律性電活動，在丘腦皮層網狀回路中傳遞，引發神經元同步化震蕩。生理情況下參與慢波睡眠中睡眠紡錘的形成，而異常的超同步化爆發放電與某些癲癇的發生密切相關[13]；③ 參與“窗口電流”的產生。靜息電位下T型鈣通道激活與失活曲線存在重疊，少部分通道處于開放狀態，可產生持續性的內向鈣電流[14]，對于維持細胞內鈣離子濃度及其他胞內鈣依賴性化學調控機制具有重要意義。在調節神經元興奮性，介導神經遞質及激素的低閾值釋放等方面具有重要作用。
3 CACNA1H突變與神經系統疾病
CACNAlH基因位于染色體16p13.3，含35個外顯子，編碼T型鈣通道Cav3.2，在大腦、丘腦、杏仁核、基底節區、小腦浦肯野細胞中表達豐富[15]，是調控神經元興奮性最主要的α1功能亞型。大量研究發現，CACNA1H作為易感基因參與多種復雜遺傳性神經系統疾病的發生發展，如IGEs、ASD、ALS。
3.1 CACNA1H與癲癇
3.1.1 CACNA1H突變致癇性的動物模型研究
研究發現，在HVA型鈣通道基因突變及其他非鈣通道基因突變導致的失神發作大鼠模型中，均可以觀察到T型鈣通道上調及T型鈣電流增加，且該代償機制早于癲癇的發生，故考慮T型鈣通道可能參與某些癲癇的直接致病。在Strasbourg大鼠失神發作癲癇模型（GARES）中[16]，含CACNA1H錯義突變p.Arg1584Pro的大鼠丘腦網狀核神經元中，Cav3.2mRNA較對照組增加16%，T型鈣電流上調55%，表現出失神發作伴7～9 Hz SWDs發放。在匹羅卡品致大鼠顳葉癲癇（Temporal lobe epilepsy，TLE）模型中，觀察到海馬CAl區錐體神經元Cav3.2mRNA和蛋白水平有短暫性升高，T型電流增加，導致TLE神經元爆發性動作電位的產生[17]，而Cav3.2基因敲除鼠則癲癇發作顯著減少。故考慮CACNA1H突變可能通過介導T型鈣通道上調及功能增強，提高神經元興奮性，易化癲癇的發生。
3.1.2 CACNA1H突變與特發性全面性癲癇
特發性全面性癲癇是一種具有遺傳易感性，以全面性發作為主要發作類型的電臨床綜合征，多數IGEs為復雜遺傳病，不遵循單一的孟德爾遺傳模式，提示致病性有賴于多種易感基因及環境因素的共同作用，其中鈣離子通道在多種亞臨床綜合征中的致癇性已得到證實。
2003年，Chen 等[18]首先發現了編碼T型鈣通道的CACNA1H可能是兒童失神癲癇 （Childhood absence epilepsy，CAE） 的易感基因。隨著研究進展，CACNA1H突變相關癲癇的表型譜不斷擴大，包括熱性驚厥、青少年肌陣攣性癲癇、青少年失神性癲癇、癲癇伴單純全身強直-陣攣發作、全面性癲癇伴熱性驚厥附加癥等[19]。Heron等[20]在240例IGEs患者中共發現CACNA1H的100多種不同變異。且不同突變基因型在CAE治療藥物反應性方面存在一定差異[21,22]。
3.1.3 CACNA1H突變與其他類型癲癇
在部分顳葉癲癇患兒中同樣檢測出存在CACNA1H突變[20]。研究發現，內側內嗅皮層（Medial entorhinal cortex，mEC）第二層星狀神經元在TLE中呈過度興奮表現，對刺激表現出長時間的興奮性突觸反應，增加齒狀回及海馬CA1區的興奮性傳入，最終導致海馬回路興奮性增強[23]。而選擇性T型鈣通道阻滯劑TTA-P2可降低mEC第二層星狀神經元的興奮性，抑制TLE相關神經元的爆發式放電[23]，故考慮T型鈣通道通過增強mEC第二層星狀神經元的超興奮性，易化TLE的產生。臨床中觀察到，CACNA1H突變癲癇患兒除全面性發作外，部分還表現為局灶或多灶性癲癇樣放電[24]，在丘腦皮層網絡中呈現非同步化放電模式。突變的局灶性致病機制尚不清楚，考慮與基因的差異性表達及選擇性剪接有關。此外，近期有該基因變異所致Doose綜合征[25]及發育性癲癇性腦病[26]的報道，由于T型鈣通道也在包括海馬在內的熱性癲癇相關的腦結構中廣泛表達，CACNA1H變異也可具有熱敏感性。
3.1.4 CACNA1H突變致癇機制
基因檢測發現，癲癇患者所檢出的CACNA1H變異并未集中于特定位點，而是分散于整個通道序列中，且不同突變對通道功能的影響不盡相同，功能學分析顯示絕大部分突變僅會對通道功能產生輕微影響，其中多數突變使通道活性增強（Gain-of-function，GOF），少數突變卻傾向于使通道活性喪失 （Loss-of-function，LOF），部分突變甚至未對通道功能產生影響，提示CACNA1H突變的致病機制是復雜多樣的。
鑒于癲癇產生的本質是神經元興奮性增強，故推測鈣通道電生理學特性的如下改變可能會增強癲癇的易感性：① 激活電壓向超極化方向移動；② 失活電壓向去極化方向移動；③ 增加通道開放速率；④ 減慢通道失活速率；⑤ 加快通道失活狀態恢復；⑥ 增加通道開放概率（P0）；⑦ 增強單通道電導。而研究發現，部分突變確實會改變上述某些屬性，提高神經元興奮性，易化癲癇的發生[16，27]。差異性剪接模式同樣影響通道功能。在GARES模型中，p.Arg1584Pro突變只有在含外顯子25的特定剪接異構體下，才表現為通道活性的增加[28]。研究發現位于內含子與外顯子連接處的突變可以通過干擾選擇性剪接，改變不同剪接異構體占比，進而影響通道功能[29]。
此外，CACNA1H突變可上調鈣通道的細胞膜表達水平[27，30]。研究發現，內質網整合膜蛋白Calnexin通過與CaV3.2 Ⅲ-Ⅳ連接肽段相互作用，參與通道蛋白分選及向細胞膜表面的運輸，而該部位的突變可以改變通道蛋白與Calnexin的相互作用，使通道膜表達增加，T鈣電流增強 [31]。同時Cav3.2功能異常導致的鈣離子過度內流，可引發鈣超載，促使線粒體去極化及大量氧自由基生成，對神經元功能產生影響。而長期的鈣內流可誘導鈣離子通道受體及其他受體的mRNA異常表達[32]，加重神經元結構及功能損傷。
研究發現功能性Cav 3.2介導突觸（~75%）的低閾值局部鈣內流。在GARES模型中，可觀察到鈣內流增加及N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA-R）和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionicacid receptor，AMPA-R）上調[33]。故Cav 3.2突變介導的鈣內流增加，可增強突觸NMDA-R與AMPA-R的表達，增強突觸遞質傳遞從而誘發癲癇。
3.2 CACNA1H突變與孤獨癥譜系障礙
孤獨癥譜系障礙是以社交障礙、重復刻板行為和/或興趣狹窄為主要表現的神經發育障礙性疾病。該病涉及多基因遺傳、環境及代謝等方面的共同作用[34]，T鈣通道由于參與調控動作電位的產生及神經遞質的釋放，其功能異常被認為是ASD的易感因素[35]。
Cav3.2在丘腦、海馬和杏仁核等ASD相關腦區呈高表達，動物研究表明[36]，Cav3.2基因敲除鼠海馬CA1區樹突棘密度減少，出現焦慮及記憶學習能力受損等孤獨癥表現。T型鈣通道阻滯劑Z944除了可以控制GAERS大鼠癲癇發作外，對于其認知功能損害，尤其是視覺再認記憶障礙也有一定的改善效果，但 Z944卻同時可加重非癲癇對照組的社交功能損害程度，提示癲癇與ASD在致病機制上存在聯系。
臨床上，CAE患者常伴有認知，言語及社交功能損害，其中約23%的CAE患者會出現社交功能障礙，女性為著，即便在癲癇控制情況下，仍無社交功能的明顯改善。2006年，Splawski等[37]首次在ASD患者中發現幾種CACNA1H突變。功能研究顯示，該突變均導致通道活性降低，且表型的嚴重程度與突變位點相關。CACNA1H突變癲癇患兒共患ASD亦見報道[38]。
3.3 CACNA1H突變與肌萎縮側索硬化
肌萎縮側索硬化是以進行性加重的骨骼肌無力和萎縮、肌束震顫、延髓麻痹和錐體束征為主要臨床表現的神經系統退行性疾病。目前已檢測出多種易感基因與散發型ALS發生發展相關[39]。Steinberg等[40]對散發型ALS患者行全外顯基因組測序時發現兩種CACNA1H雜合錯義突變，功能分析顯示突變個體T型鈣通道活性降低。同時有研究發現ALS患者CACNA1H的ΔI153突變可使通道功能完全喪失，并通道蛋白表達水平下降，提示CACNA1H突變導致的T鈣通道LOF可能是ALS的易感因素[41]。
腦功能成像顯示ALS患者存在包括丘腦在內多腦區活動減弱伴nRT神經元放電減少[42]，推測突變可能通過影響丘腦皮層環路，最終影響神經傳導對運動神經元的調控。雖有研究報道了T型鈣通道在運動神經元中的表達，但其功能作用仍有待研究。目前已知ALS患者中存在神經元鈉通道電導增加及軸突鉀離子電流減弱[43]，考慮到T型鈣通道參與鈣激活鉀離子通道開放的調控，推測突變間接導致的鉀離子電流改變與疾病的發生相關。
近期對于國內ALS患者致病基因譜研究發現，CACNA1H為常見突變基因之一[44]。此外，Carter等[45]報道了一例嚴重的先天性肌萎縮患者攜帶兩種CACNA1H遺傳性雜合突變，功能分析顯示T鈣通道活性降低，尤其表現出窗口電流的減弱，進一步提示了CACNA1H與運動神經元相關疾病的關聯，其易感致病譜有待進一步擴展。
4 CACNA1H突變差異致病性
CACNA1H變異雖可見于多種神經系統疾病患者中，但大部分變異作為單核苷酸多態性（Single nucleotide polymorphism，SNP）在正常人群中普遍存在。其差異致病現象的可能原因：① 不同變異的致病性不同。不同類型及位點的變異對通道功能的影響具有差異性，部分位于編碼區的SNP （Coding SNP，cSNP）雖提示致病性不明，卻可能存在輕微的生物學效應改變；② 變異致病性的產生有賴于特定的剪接模式。在GARES模型中，p.Arg1584Pro突變只有在含外顯子25的剪接異構體中才表現為通道活性增強。此外在人體組織中研究發現，同一變異在不同剪切異構體下Cav3.2通道特性改變不同[46]。而此種選擇性剪接在不同腦結構中表達程度不同[47]，同樣可能是突變個體呈現出病灶時間及空間分布差異的原因；③ 體外細胞功能學研究并不能完全詮釋體內環境下通道的生物學效應，因T型鈣通道還涉及與多種調節蛋白及信號分子間的相互作用，而培養的細胞通常會發生蛋白運輸失衡及信號通路改變，所以這種精準復雜的生物學效應只有在體內特定的環境下才得以顯現，故其致病機制可能更為復雜而有待研究；④ 突變相關疾病多為復雜性遺傳病，單CACNA1H突變并不足以引起顯著的臨床表型變化[48]，致病性還涉及多種基因與環境因素的共同作用，因此在人群中呈現出致病差異性。
5 小結
CACNA1H突變現已證實與多種神經系統疾病相關，由于其差異性致病特點及多數功能學研究僅提示存在輕微的通道活性改變，目前為止僅僅定義為多種疾病的易感基因。但其致病性不能單依靠體外通道功能研究來闡釋，還涉及通道本身與多種調節蛋白及信號分子的相互作用，不同選擇性剪接模式及其他易感基因和/或環境的共同參與，仍需大量研究對其致病性進行進一步印證。Cav3.2除廣泛存在于神經系統外，在神經內分泌系統[49]和心血管系統[50]，以及骨細胞及免疫細胞等中亦有豐富的表達，臨床中應注意識別其他共患病并進一步擴展臨床表型譜。此外，因Cav3.2基因突變引起的通道功能改變可呈現出GOF及LOF兩種截然相反的類型，在不同疾病，甚至同一疾病不同突變中，盲目的使用鈣通道阻滯劑可能會加重LOF型鈣通道疾病的病情進展，故突變致病性機制的研究以及通道功能的檢測，對于后續精準治療的實施至關重要。
利益沖突聲明 所有作者無利益沖突。