SCN1A基因突变引起Dravet综合征临床特点分析

李 容综述，胡 越审校（重庆医科大学附属儿童医院神经内科，重庆400014）

Dravet综合征（DS）又被称为婴儿严重肌阵挛癫痫（SMEI），是难治性癫痫性疾病之一，发病率在1/40000～1/20000[1]。DS临床上治疗效果差、死亡率高，大部分患儿伴有智力、运动发育落后及倒退，发热、接种疫苗和光刺激等可能为其诱发因素。目前认为，DS是一种离子通道病和常染色体显性遗传的单基因疾病，Ⅰ型钠离子通道α亚基（SCN1A）基因是其主要致病基因，70%～80%的DS患者存在SCN1A基因突变，其他少数突变基因包括 SCN2A[2]、STXBP1[3]、SCN9A[4]、SCN1B[5]，GABRG2[6]及 KCNA2[7]等。

1 SCN1A基因结构

SCN1A基因位于常染色体2q24.3上[8]，编码哺乳动物电压门控钠离子通道基因中α1亚单位，所编码的蛋白命名为Nav1.1，主要在抑制性中间神经元胞体或树突上表达，在部分中间神经元起始轴突上也有表达。哺乳类动物脑内的电压门控钠离子通道（VGSCs）由1个α亚基（230～270 kD）和2个小的附属β亚基构成异源性复合体，在维持脑细胞膜内外电位稳定、细胞内外各种离子的平衡等方面具有非常重要的作用。α亚基是一个大的中空糖基化的大分子蛋白质，包含1个介导离子通过的孔区，可以在没有β亚基辅助作用下发挥钠离子通道的功能。组成孔区的α亚基分别由同一家族的SCN1A⁃SCN9A共9个基因编码。SCN1A基因编码α1亚单位，产生Nav1.1膜整合蛋白。Nav1.1由4个高度同源重复的结构域（Ⅰ～Ⅳ）通过胞内连接环相连组成，每一个结构域又包括6个α螺旋跨膜片段（S1～S6），结构域中S4区序列高度保守且富含正电荷氨基酸，被认为是钠离子通道激活的电压感受器。每个同源区的细胞外S5和S6之间形成P环，其沿着中心孔区出口排列，对离子通道的选择具有高度决定性。在大部分DS患者中，SCN1A基因的突变导致编码的钠离子通道结构及功能改变，引起神经元兴奋性增加，并产生同步化放电，导致患者出现惊厥发作，尤其是γ⁃氨基丁酸（GABA）细胞。有研究发现，Nav1.1在抑制性GABA能神经元的表达量明显高于兴奋性神经元，抑制性GABA能神经元兴奋性降低导致抑制作用减弱，从而引起大脑兴奋性提高，引发癫痫[9]。

2 不同突变类型与临床表型严重程度的相关性

PETRELLI等[10]在比较DS患者是否存在SCN1A基因研究中发现，基因突变阳性患儿在出生后1年癫痫发作次数更多，起病时间更早，癫痫持续状态发生频率更高，认知、行为能力更差，证实了SCN1A基因突变与DS严重的表型密切相关。DS中SCN1A基因致病性突变为杂合突变。有研究发现，90%以上患儿所携带的基因突变为新发突变[11⁃13]，其父母不携带该基因突变，少数患儿来源于父母一方的遗传性突变，父母可为SCN1A基因突变体细胞和生殖细胞嵌合体，携带突变的父母一方表型较轻或正常[14]。孙慧慧等[15]对22个SCN1A突变患儿的来源分析发现，绝大部分患儿突变基因来源于父源等位基因，但在患儿父亲精液中未发现基因突变，仅有3例来源于母源性等位基因，但这一来源差异具体机制暂不清楚，有待进一步研究。

SCN1A基因突变类型包括截断突变（如无义突变和框移突变）、错义突变、移码突变和剪切突变等多种突变形式，其中截短突变和错义突变发病频率大致相当，约各占所有SCN1A基因突变阳性患者的40%～50%[15⁃17]。在所有基因突变类型中，截断突变与错义突变的基因类型引起的临床症状最重[18]。错义突变引起表型的严重程度与基因突变的区域密切相关，与DS相关的错义突变多发生在编码的核心区（S4～S6）[19]，通过影响电压门控钠离子通道活性、在细胞膜上的分布不同及与其他分子之间的联系，并通过改变神经元兴奋性发挥作用。截短突变大多位于SCN1A基因的起始段，提前产生终止蛋白翻译的密码子，从而产生没有功能的截短蛋白[20]，使得Nav1.1的表达能力下降，引起症状较重的癫痫表型。

3 疾病发生相关机制

KUMAR等[21]使用海马生物科学细胞外通量分析仪，分别对正常斑马鱼基因组、SCN1A基因突变斑马鱼进行基线和4⁃氨基吡啶（4⁃AP）刺激糖酵解通量和线粒体呼吸实验，结果发现，与正常组比较，SCN1A基因突变斑马鱼中糖酵解速率和耗氧量（OCR）降低，应用4⁃AP后糖酵解速率和OCR均有明显的缓慢和夸张的增长，在SCN1A基因突变体中降低基线OCR的潜在机制并不是因为改变了电子传递链或三羧酸循环中酶的线粒体DNA含量或功能障碍。通过多聚酶链式反应技术检测葡萄糖代谢发现，在SCN1A基因突变斑马鱼中，5个糖酵解基因被下调，葡萄糖和线粒体的低代谢作用可能是导致SCN1A基因突变的DS重要病理生理基础。

目前，SCN1A基因截短突变影响钠通道结构或功能的机制可能有2种，即单倍剂量不足和显性负效应。前者在于产生的正常剪切转录本的量少，不足以维持正常的钠离子通道功能；后者在于是否产生有害的截短突变蛋白。YU等[22]在对定向敲除小鼠SCN1A基因后得到SMEI小鼠模型的研究中发现，完全缺少Nav1.1的纯合子小鼠（Scn1a⁃/⁃）自发出现癫痫发作，且在出生后1周内全部死亡，而杂合子小鼠（Scn1a⁃/+）携带有正常Nav1.1水平的一半，虽然也出现自发性癫痫发作，但近50%的小鼠可以生长到成熟期。MCARDLE等[23]在携带SCN1A基因突变的c.3608delA癫痫患者脑组织中检测到正常的SCN1A基因截短突变mRNA，但没有检测到Nav1.1截短突变蛋白。SCN1A基因敲除得到的纯合子小鼠，以及截短突变的SCN1A基因杂合突变小鼠发生严重的癫痫可能是导致其产生严重癫痫如DS的重要原因，Nav1.1蛋白表达量不足所导致的单倍体剂量不足以维持正常钠离子通道功能，可能是导致其发病的原因之一。显性负效应是指某些信号转导突变蛋白不仅丧失其自身功能，还能通过抑制或阻断同一细胞内的野生型信号转导蛋白产生显性负效应作用，这一作用在肿瘤的发生中表现尤为突出。SCHALLER等[24]通过体外研究发现，SCN2A基因编码的Nav1.2（R102X）截短蛋白可能通过蛋白骨架相互作用影响钠离子通道功能，进而对野生型钠通道产生显性负效应。CATTERALL 等[25]在 GFES+的 GABRG2（Q351X）中也发现显性负效应作用现象，推测SCN1A基因可能有上述作用。徐海清等[26]通过对DS患者Nav1.1截短突变体F1237fsXl269蛋白在HEK293T细胞中总蛋白及膜蛋白的表达水平变化研究中发现，截短突变体F1237fsXl269蛋白与野生型蛋白比较，其膜蛋白表达水平明显下降（仅为其43%左右），而且电生理检测结果显示，截短突变体F1237fsXl269蛋白钠离子通道丧失其功能，提示截短突变体F1237fsXl269可能通过产生一定量的截短突变蛋白与野生型蛋白竞争B1、p2亚基形成受损害或无功能的三聚体，从而对野生型蛋白产生显性负效应。但MCARDLE等[23]在携带有SCN1A基因突变的c.3608delA的DS患者脑组织中并未检测到Nav1.1的截短蛋白。SCN1A基因截短突变是否通过显性负作用导致钠离子通道功能异常还需要进一步深入研究证实。

4 与SCN1A基因突变引起的其他疾病关系

目前研究发现，SCN1A基因突变除了导致DS外还可导致多种疾病的发生，最常见的是遗传性癫痫伴热性惊厥附加症[27]，还可引起家族性偏瘫的偏头痛[28]、孤独症和婴儿癫痫伴游走性局灶性发作[29]等。

SCN1A基因截短突变在DS中的发病率占50%左右，可导致严重DS。有趣的是在FS中并未发现SCN1A基因截短突变，而在部分性癫痫伴热性惊厥附加症（PEFS+）和DS患者中皆发现存在截短突变。有学者对PEFS+中SCN1A基因突变类型进行统计时发现，在20个PEFS+表型SCN1A基因突变中，错义突变17个，剪切位点突变2个，移码突变1个。PEFS+表型SCN1A基因突变主要由错义突变引起，同时还存在剪切位点突变和移码突变，但不是其主要突变形式。PEFS+在SCN1A基因突变形式和突变位点介于DS和GEFS+之间，提出PEFS+可能从突变的角度作为DS和全面性癫痫伴热性惊厥附加症（GEFS+）过渡表型的可能[30]，其机制可能为蛋白质截短使钠通道功能丧失，最终导致PEFS+患者发病。同时也有罕见的文献报道，部分GEFS+家系成员可发展为DS[31]。GEFS+在遗传过程中出现不同的发病类型，猜测其外显率的不同可能还与其他基因的修饰或环境因素的调节有关。在PEFS+及DS患者中均发现存在截短突变，但其突变点位置有差异，引起疾病的严重程度也不同，猜测不同位点的截短突变可能与EFS+临床表型轻重有关[32]。

5 DS临床脑电图特点

在具有SCN1A基因突变的GEFS+患者与DS患者比较研究中发现：DS组2岁以下患儿的脑电图背景与正常对照组比较无明显差别，但在3～5岁时，脑电背景中的α波所占比例在一些脑导联上开始降低，而慢波所占比例在部分脑导联上逐渐升高，6岁以后这种差异性更明显，而GEFS+患者随年龄增长，其脑电背景与正常对照组差异不明显[33]。因此，SCN1A基因突变的DS患儿脑电图更严重，脑电图的恶化可能与其DS疾病预后差有很大的相关性。

6 DS治疗疗效与预后

DS为难治性癫痫性疾病之一，所有抗癫痫药物对其治疗效果均不佳。在我国，卡马西平作为最常用的一线抗癫痫药物，能降低SCN1A基因通道对Na+和Ca2+的通透性。单一作用于钠离子通道药物如卡马西平、拉莫三嗪等可使患儿癫痫发作加重，而有多重作用机制或作用于钠离子通道以外的药物可能有一定疗效。王林淦[34]在对3个DS患者（分别存在R500Q错义突变、K1083NfsTer13截断突变、S573R错义突变）的研究中发现，患者在单一服用奥卡西平后症状均加重，而加用丙戊酸钠、左乙拉西坦或托吡酯治疗后可减少临床发作。SCN1A基因不同部位功能性位点突变与卡马西平血药浓度、维持治疗率和癫痫发作的控制疗效相关[35⁃37]，SCN1A IVS5N+5GA基因多态性可能与拉莫三嗪治疗癫痫的疗效有关[35]。大麻二酚可减少儿童癫痫综合征（包括DS）的发作，但具体发病机制目前暂不清楚。

MYERS等[38]对41例服用司替戊醇患者进行前瞻性、观察性的开放性研究，结果显示，患者中位年龄为5年7个月（11个月至22岁），平均治疗时间为37个月（2～141个月）；41例患者中有20例患者的全身性强直性痉挛发作频率长期减少超过或等于50%；23例患者中有11例患者的局灶性发作频率长期下降超过或等于50%；26例患者中11例患者的癫痫持续状态发作频率下降50%或更多；1例患者没有服用司替戊醇，症状发生恶化并出现肌阵挛发作；另1例患者在同时服用丙戊酸钠期间复发胰腺炎。司替戊醇最常见的不良反应是厌食症、体重减轻、镇静和行为改变。司替戊醇作为非限制性联合用药可改善50%DS患者的长期发作频率，长期使用安全。超过40%患者在使用司替戊醇治疗后，癫痫持续状态发生率明显降低。RUBIO等[39]研究发现，在明确SCN1A基因突变的DS患者中，司替戊醇的疗效明显优于没有突变的患者，而在SCN1A基因突变患者中，无义突变明显优于截短突变。

7 小 结

随着年龄的增长，DS患者惊厥逐渐被控制，惊厥持续状态发生频率也明显下降，这与SCN1A基因突变的类型并无明显的相关性。在成人DS患者中，约有50%以上SCN1A基因的患者可以见到屈膝步态，而这种屈膝步态仅见于无义突变或SCN1A基因成孔区域突变的患者[40]。DS患者预后差，几乎100%患者有智力、运动发育倒退及落后，死亡率高达14%～20%，其主要死因为癫痫持续状态。有效预防和控制癫痫状态可以降低DS患儿死亡率。