KMT2E基因突变致癫痫机制探讨*

缪勤飞, 马红霞, 翟琼香, 张宇昕, 郭予雄, 陈志红

广东省人民医院儿科、广东省医学科学院、广东省神经研究所(广东广州 510080)

赖氨酸甲基转移酶2E(基因ID：55904，lysine methyltransferase 2E，KMT2E)基因(下文称为KMT2E基因)属于赖氨酸甲基转移酶2(lysine methyltransferase 2，KMT2)家族，其之前被国际人类基因组组织(HUGO Gene Nomenclature Committee，HGNC)命名为混合谱系白血病5(mixed-lineage leukemia 5，MLL5)基因，归为混合谱系白血病(MLL)基因家族。当前其位于染色体中的定位在7号染色体长臂22区3带上，外显子计数为33个，编码非活性组蛋白-赖氨酸N-甲基转移酶2E的表达。KMT2E基因最初是在2002年由Emerling等[1]在从7号染色体长臂22区寻找候选的髓系白血病肿瘤抑制基因的过程中发现的，该基因及该基因所位于的7号染色体长臂的缺失是在髓系恶性肿瘤中检测到的最常见的细胞遗传学异常。在既往国际的研究中，KMT2E基因突变和缺失多与细胞周期进程，基因组稳定性维持，成人造血和精子形成中的作用相关[2]。在近期广东省人民医院的1例癫痫患儿中，发现了KMT2E基因突变，且确定为可能致病基因，查阅相关数据库，未见有国内对KMT2E基因的相关突变案例，但在国外相关报道中，该基因在癫痫患者有少数报道。经查询国内外各大数据库，对KMT2E基因的研究较少，对KMT2E的作用机制及生理功能知之甚少。本文对1例因确诊“癫痫”并具有KMT2E基因突变的男性患儿进行报道，并结合各数据库对KMT2E基因的相关案例报道及机制的研究，以探讨KMT2E基因突变同癫痫的相关性并扩充该基因的相关基因突变谱。

1 资料与方法

1.1 病例资料 患儿，男孩，5岁1个月，因“反复抽搐7次”就诊。患儿起初在1岁时于发热39℃时出现抽搐，表现为双眼上翻，牙关紧闭，口唇发紫，双手握拳，双上肢伸直抖动，全身肌肉僵硬，神志不清持续10余秒，此后反复发作6次。体格检查见背部和腰部咖啡斑。相关辅助检查：脑电图：异常儿童脑电图，睡眠期广泛性棘慢波阵发，前头部明显；磁共振未见异常。患儿为第一胎第一产，足月，顺产，出生体重2.9 kg。生后生长发育大致正常，3个月会抬头，7个月会坐，1岁会走路。1岁左右叫“爸爸/妈妈”，5岁可参与学前班学习，并同周围人合群。父母非近亲结婚。考虑诊断“癫痫”，予“左乙拉西坦”抗癫痫治疗，现1年无发作。

由于患儿确诊癫痫，为评估患儿未来的疾病及后续生育问题发展情况，经过家属同意，运用二代测序(next generation sequencing，NGS)的检测方法对受检者样本及父母样本进行全外显子捕获检测，发现受检者样本中KMT2E基因发生突变(图1)。既往该突变位点无相关致病性报道，生物信息学软件(Mutation Taster)预测其致病。

注：A:c.G2333C 碱基杂合改变;B:受检者父亲KMT2E的2333号位点；C:受检者母亲KMT2E的2333号位点

1.2 方法 应用Pubmed、万方及中国知网等文献数据库，我们回顾了自2002年首次发现KMT2E基因突变型至今所报道的KMT2E基因相关突变型，并结合1例案例进行分析。期间先后应用了“KMT2E”、“MLL5”、 “NKp44L”、“myeloid leukemia”、“epilepsy”、 “O′Donnell-Luria-Rodan syndrome”、“ODLURO syndrome”、“髓系白血病”、“癫痫”等作为关键词进行检索。

2 结果

2.1 二代测序结果 发现受检者样本在7号染色体上的KMT2E基因检出新生杂合错义突变(NM_018682.3: c.2333C>G，p.Thr778Ser)，导致KMT2E基因的2333号位点的碱基由胞嘧啶变为鸟嘌呤，导致KMT2E的778号位点的氨基酸由苏氨酸转变为丝氨酸。该基因在脑部有表达，编码赖氨酸甲基转移酶2E，该表达可抑制细胞周期进展。在线人类孟德尔遗传(Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM)示该基因是 ODLURO 综合征(O′Donnell-Luria-Rodan syndrome)的致病基因，表现为全身发育延迟、言语延迟、智力障碍、癫痫发作及轻微发育畸形等，为常染色体显性遗传；人类基因突变数据库(Human Genome Mutation Database，HGMD)示在认知障碍与癫痫中有报道。据遗传变异分类标准与指南(ACMG)评价，受检者样本中所检测出的基因突变在其生物学父母样本中皆未能检测出，考虑为一个新发变异，归类为强的致病证据，在ACMG评价标准中评为PS2级别证据，在各个基因变异有害性预测数据库中(包括SIFT，Polyphen2，MutationTaster，MutationAssessor，FATHMM，PROVEAN，MetaSVM，MetaLR，LRT 等)，有4个数据库评估该基因的突变为有害变异，在ACMG评价标准中评为PP3级别证据；该基因突变在千人基因组计划、gnomAD(The Genome Aggregation Database)及gnomAD-EAS(EAS为东亚人数据)等数据库中的人群频率都在万分之一以下；变异与临床一致性评估，变异可能致病。结合患者表型，考虑该基因突变可能为致病性变异。

2.2KMT2E基因相关文献检索结果 共检索到36种基因突变，这些突变预计会导致产生的RNA不稳定，被无义介导的RNA衰变降解或合成的蛋白质被截短降解。大多数致病变异导致蛋白质合成减少或产生部分或完全无功能的短蛋白。结合分析以上检索出的KMT2E基因相关突变型，本例患儿的突变型尚未见报道。

3 讨论

KMT2E基因突变最初于2002年由Emerling等[1]在寻找候选的髓系白血病肿瘤抑制基因的过程中发现的。KMT2E基因覆盖174 071 bp的基因组DNA，由33个编码外显子组成，可翻译为1 858个氨基酸残基的哺乳动物三胸类(trithorax protein, TrxG)蛋白[3-4]。该基因是髓系/淋巴系或混合谱系白血病(MLL)家族的成员，编码一种带有N-末端PHD锌指和中心SET结构域的蛋白。该蛋白的过表达或表达减少均会抑制细胞周期进程[5]。且据文献报道，该基因在急性髓系恶性肿瘤的细胞遗传学畸变中经常被删除[5]。据既往的研究，KMT2E蛋白多因具有调节细胞周期进程及维持基因组稳定性的作用，而在白血病、实体肿瘤及其相关疾病中多有报道[6-10]。

在其他一些疾病中，如自闭症障碍谱系、智力障碍、巨眼症及冠心病等疾病，该基因亦有所报道，且发现相关性较大[2]。并且有越来越多的证据证明该基因突变与人类的几种疾病有相关性，如癌症、神经系统疾病、动脉粥样硬化和冠状动脉疾病[2,11-13]。其中根据蛋白结构分析，部分包含PHD结构域的突变与智力低下有关[14]，而KMT2E蛋白亦包含PHD结构域,因此对KMT2E基因突变在神经系统疾病中的作用的相关研究近年开始出现。而KMT2E基因突变在癫痫领域的相关研究较少，目前国内未见有报道，仅在国外的一篇2019年的案例报道[13]中有所记述。该篇文章对在 36 个家庭的 38 个人的基础上描述了KMT2E相关的神经发育障碍，其中在30例具有蛋白质截短变异的患者中有4例明确诊断癫痫的患者，而在错义突变的4例患者中都有癫痫的明确诊断[13]。因此，对KMT2E基因突变与癫痫的相关性及其致病机制的研究及探讨显得有趣且有意义。而根据当前的相关研究，未有此类的课题及报道。故在此针对KMT2E基因在生物体内的生物学功能进行总结。

据既往的研究，因为KMT2E基因突变多与白血病相挂钩，其在肿瘤方面的相关研究较多且有所发现。KMT2E基因在细胞分裂及基因组稳定性的维持中起着重要的作用[2]。据一篇新加坡的研究，发现KMT2E基因通过编码TrxG蛋白参与多个细胞周期的调控[4]。TrxG是进化上保守的转录调节因子，可在发育过程中在表观遗传水平上保持同源异型盒(homeobox, HOX)基因的表达。TrxG基因包含一个功能多样的基团，其中包括转录启动子和延伸调控子，以维持基因的表达[15]。据Marco的2018年的文章发现TrxG基因可编码几种具有专门功能的蛋白质同工型，且目前已检测到至少3种不同的蛋白质产物[15-16]。据研究发现，TrxG基因所表达的产物可通过刺激一个或多个蛋白酪氨酸激酶(BAP)亚基的重组人泛素(SUMO)偶联酶促进蛋白质的装配、募集或重塑功能，进而影响BAP复合物和其他一般转录因子靶标介导的基因表达[16]。

在另一项美国的癌症中心的研究中，KMT2E的一种特异亚型作为自然杀伤细胞44号受体的配体(NKp44L)调控NKp44-NKp44L介导的人类自然杀伤细胞和其他的固有淋巴样细胞[17]。据《人类蛋白质图谱》记录，该蛋白作为NKp44-NKp44L介导的免疫反应的激活因素在大脑和前额叶皮层、脊髓以及小脑都有表达。且据2013年的美国国立卫生及研究所的研究进一步证实，该NKp44L由缺乏KMT2E最后5个外显子且含有独特C末端的外显剪接变体编码[17]。相对于作为核蛋白的KMT2E，这种特异亚型主要存在于细胞质和细胞表面[17]。在目前的研究中，该种KMT2E的特异亚型主要触发癌症细胞及病毒感染细胞的NKp44介导的细胞毒性[17]。在Giannina Gaslini研究所的2015年的一篇研究中，证明了NKp44可在辅助性固有淋巴样细胞中表达[18]。并在NKp44L的介导下调控细胞因子的水平，进而参与组织重塑、炎症和屏障完整性的维持[19]。

通过本研究前期的案例收集及对既往相关报道的分析，在1例癫痫患儿中发现了ACMG指南支持的新的1个可疑致病基因：在7号染色体上的KMT2E基因检出新生杂合错义突变(NM_018682.3: c.2333C>G，p.Thr778Ser)，导致KMT2E基因的2333号位点的碱基由胞嘧啶变为鸟嘌呤，导致KMT2E的778号位点的氨基酸由苏氨酸转变为丝氨酸。对癫痫相关基因突变谱进行了扩充。

KMT2E基因突变最初于2002年由Emerling等[1]在寻找候选的髓系白血病肿瘤抑制基因的过程中发现的。在国内外的相关研究中，关于该基因突变相关的癫痫报道极少。但在2019年的1篇案例报道中，有4例存在KMT2E基因错义突变的癫痫患儿，因此，对KMT2E基因突变同癫痫的相关性及其致病机制的研究及探讨显得有趣且有意义。故对既往该基因在其他领域的相关机制进行总结分析，得出对癫痫的相关机制。

KMT2E基因通过编码TrxG蛋白参与多个细胞周期的调控[4]，且据Marco的2018年的文章发现TrxG基因可编码几种具有专门功能的蛋白质同工型[15-16]，所表达的产物可通过刺激一个或多个BAP亚基的SUMO偶联酶促进蛋白质的装配、募集或重塑功能[16]。结合以上分析，可认为KMT2E基因突变后极可能表达出失去了对某些离子通道装配、募集或重塑功能的KMT2E，进而引起该离子通道部分功能的丧失，从而导致神经细胞膜电位的失衡，继而诱发脑电波的异常发放，进而产生了癫痫。这一点可在本病例中体现，在应用选择性地抑制癫痫样突发放电的左乙拉西坦后，患儿症状得到明显控制。

另一方面，NKp44作为NKp44-NKp44L介导的免疫反应的激活因素在大脑和前额叶皮层、脊髓以及小脑都有表达。结合以上分析，有可能性为突变的KMT2E基因突变表达出的NKp44L在神经元细胞表面大量表达，诱发了NKp44-NKp44L介导的免疫反应，进而诱发了脑电波的异常放电。

总结本文内容，我们得出了KMT2E基因突变导致癫痫的两种可能机制：一是KMT2E基因突变极可能通过三胸类组蛋白影响下游蛋白的表达进而导致癫痫；一是KMT2E基因突变诱发NKp44-NKp44L介导的免疫反应进而导致癫痫。并发现了KMT2E基因的c.2333C>G (p.Thr778Ser)突变极可能是导致癫痫的原因之一。