KCNQ2基因相关癫痫临床表型与基因型相关性研究

陈亚楠,何云燕,赵婷,周瑶,王娜,冯燕燕,韩雄

(1.河南省人民医院神经内科,郑州大学人民医院,河南 郑州 450003;2.青岛大学附属妇女儿童医院 神经内科,山东 青岛 266000)

KCNQ2基因位于染色体20q13.3,包含17个外显子,编码电压门控钾通道,在胎儿和成人大脑中均有表达[1],是最常见的引起癫痫的基因之一。Singh等[2]于1998年首次报道了KCNQ2基因是良性家族性新生儿癫痫(benign familial neonatal epilepsy,BFNE)的致病基因。2003年Dedek等[3]首先报道了早发型癫痫性脑病(early onset epileptic encephalopathy,EOEE)患者中KCNQ2的致病突变。随着基因检测技术的发展,越来越多关于KCNQ2与癫痫相关的研究被报道。KCNQ2基因的突变已证明与多种类型癫痫相关,如肌阵挛发作、局灶性发作、全面强直-阵挛发作、BFNE、良性家族性新生儿-婴儿癫痫、良性家族性婴儿癫痫(benign familial infantile epilepsy,BFIE)、早发癫痫性脑病(early infantile epileptic encephalopathy,EIEE)、婴儿痉挛症(west syndrome,WS)、大田原综合征(ohtahara syndrome,OS)等[4-7]。目前报道的关于KCNQ2相关的突变已超过上百个,虽有文献报道其基因型与癫痫发作的相关性,但缺乏比较全面的总结分析。本研究进一步系统总结了已知KCNQ2的突变及癫痫相关疾病,旨在阐明突变类型、突变位置(分子亚区)与临床表型之间的关系。

1 对象与方法

1.1 研究对象

从人类基因突变数据库(Human Gene Mutation Database,HGMD)专业版(http://www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php)、PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/)、中国知网及万方数据库系统检索截至2022年9月的所有KCNQ2突变(451个)和对应疾病及相关表型。同时根据UniProt数据库收录的人源KCNQ2蛋白对其结构域进行划分。

1.2 方法

为了探讨突变类型和临床表型之间的关系,本研究将KCNQ2突变分为两大类,破坏性突变(无效突变)和错义突变。无效突变是那些导致蛋白严重畸形并导致功能丧失和单倍功能不足的突变[8-9],包括截短突变(无义和框移)、经典剪接位点突变(标准±1或2)、起始密码子突变或单/多外显子缺失。癫痫表型的谱系潜在范围从轻度癫痫如局灶性癫痫到严重的发育性癫痫性脑病。将癫痫的表型分为轻表型与重表型。轻表型包括肌阵挛癫痫、全面性癫痫、良性婴儿性癫痫、良性新生儿癫痫、良性新生儿-婴儿癫痫和早发型癫痫;重表型包括癫痫合并神经系统发育障碍、癫痫合并孤独症、发育性癫痫性脑病、癫痫性脑病、早发性婴儿性癫痫性脑病、新生儿癫痫性脑病、癫痫性脑病7型、WS和OS。为了便于分析分子亚区域与癫痫表型的关系,将KCNQ2的分子亚区分为N/C末端、S1～S3区、S4电压感应区(voltage-sensing domain,VSD)、D-Link区、孔区(S5～S6)。根据数据库及检索到的KCNQ2相关的突变位点进行亚区分类,并对癫痫表型进行分类,从而进行统计分析。

1.3 统计学分析

使用SPSS 26.0软件进行统计分析。采用χ2比较不同突变类型中癫痫轻重表型之间的差异、各分子亚区内癫痫轻表型与重表型之间的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 KCNQ2基因突变导致的疾病

本研究检索到的451个突变所致疾病中,非神经系统疾病3例(肌张力障碍1例,扩张型心肌病1例,先天性心脏病1例),非癫痫的神经系统相关疾病12例(周围神经高兴奋性1例,神经系统异常2例,神经系统发育障碍9例)。癫痫相关的突变436例(96.67%,其中癫痫轻表型223例,重表型213例)。

2.2 KCNQ2基因突变类型与癫痫临床表型的相关性

KCNQ2基因突变类型中癫痫相关的错义突变255个(58.49%),框内突变20个(4.59%),无义突变26个(5.96%),拷贝数突变(copy number variation,CNV)51个(11.70%),移码突变59个(13.53%),剪切位点突变25个(5.73%,其中经典剪切位点突变20个,非经典剪切位点突变5个)(见表1)。错义突变中癫痫轻表型有94个,重表型有161个,在错义突变中更常见表型为癫痫重表型(P<0.05)(见图1A)。在破坏性突变(无效突变)中癫痫轻表型112个,重表型44个,在无效突变中更容易出现轻表型,且出现轻表型的概率与重表型之间的差异有统计学意义(P<0.05)(见图1B)。

A为KCNQ2基因错义突变与癫痫表型的相关性;B为KCNQ2无效突变与癫痫表型的相关性;***P<0.001。

表1 无效突变中各种突变类型的数量

2.3 KCNQ2基因分子亚区与癫痫表型的关系

在错义突变方面,轻表型患者中50%(47/94)位于N/C末端,重表型患者中31.05%(50/161)位于N/C末端,差异有统计学意义(P<0.05)。轻表型患者中25.53%(24/94)位于S5～S6区,重表型患者中43.48%(70/161)位于S5～S6区,差异有统计学意义(P<0.05)。其余3个区分布情况相比,差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 KCNQ2基因分子亚区与癫痫表型的关系[n(%)]

3 讨论

在目前已知的遗传性癫痫中,同一基因的致病突变可能导致不同甚至相反的癫痫表型,例如,KCNQ2基因可以导致自限性癫痫(也称为良性癫痫表型)[10]或发育性癫痫(严重癫痫表型)[11-12]。目前出现这种现象的机制尚不明确。临床上最常见的例子就是BFNE和KCNQ2相关的发育性癫痫性脑病,这两者均由KCNQ2基因引起[13]。

KCNQ2相关疾病代表了由KCNQ2杂合致病突变引起的一系列疾病。KCNQ2相关疾病的临床特征包括从轻度KCNQ2相关的BFNE,到重度KCNQ2相关的新生儿癫痫性脑病[13]。其中也包含少数的非神经系统疾病及非癫痫的神经系统疾病,本文总结了目前所报道的关于KCNQ2的451个突变,在所致疾病中,癫痫相关的突变占96.67%,非神经系统疾病占0.66%,非癫痫的神经系统相关疾病占2.67%。

导致KCNQ2单倍体功能不全的突变与自限性家族性新生儿癫痫相关[14],而更严重的通道功能抑制和/或轴突亚细胞定位的预防与导致新生儿发病和癫痫性脑病表型的致病突变有关[15]。本研究中将不同突变类型中出现癫痫轻表型与重表型的概率进行总结分析,其中错义突变最常见,与之前文献报道的突变类型[16-18]一致。一般来说,由单个KCNQ2等位基因(无义、剪接或移码突变)功能丧失引起的单倍剂量不足是家族性KCNQ2-BFNE最常见的原因,单倍体剂量不足常导致电压门控钾通道出现轻度功能丧失,从而更容易表现为癫痫轻表型[19]。迄今为止,KCNQ2-NEE中发现的致病性突变均为新生错义变体,而错义突变被认为可能导致电压门控钾通道出现更严重的功能缺陷从而更容易出现癫痫重表型[20]。本研究也发现错义突变导致的癫痫重表型概率更高,在移码突变与整个基因的缺失或重复所导致的突变中癫痫轻表型出现的概率较高。

两个KCNQ2和两个KCNQ3亚单元组装成1个M型钾通道,产生M电流,M电流是一种超极化电流,其活性通过除极增强,从而防止多种动作电位的失控[21]。KCNQ2的结构由1个短的胞质N端(91个氨基酸)、6个跨膜段(S1～S6)和1个P环,以及1个长C端(559个氨基酸)与磷脂酰肌醇二磷酸酯和钙调蛋白结合域组成。S4段包含通道的VSD,S5和S6段以及它们之间的P环(也称H5)形成了离子通道的孔区,它们的构象变化调节了异四聚体选择性的开放[18],目前认为胞内C端参与了Kv2的细胞内定位、钾通道组装和膜磷脂调控,与钙调蛋白等蛋白之间相互作用[22]。

本研究中错义突变位点在S1～S3、D-Link区、S4区域中的突变出现癫痫轻表型与癫痫重表型的概率无明显差异,在N/C末端更容易出现癫痫轻表型,而在S5～S6区域出现重表型的概率高于轻表型,这可能与孔区特殊的功能相关。有文献报道在S4、孔区、C末端等特殊功能处的突变可能会导致较重的癫痫表型,如早发性癫痫性脑病等[18]。曾琦等[22]报道在携带KCNQ2基因点突变的患儿中,智力运动发育正常的患儿多位于跨膜区外,而位于跨膜区S4、S5、S6和P环区的突变导致的表型均伴智力落后。KCNQ2引起的BFNE可分布在其蛋白各个结构域,而早发性癫痫脑病相关的突变多分布于S4、P环区域以及C端蛋白结合域等重要区域[23]。本研究错义突变在S4区、N/C末端出现癫痫轻表型与重表型概率无明显差异,需要更多的研究进一步证实其相关性。

4 小结

KCNQ2突变所引起的癫痫临床表型轻重不一,其基因突变类型和突变位置均与临床表型存在相关性。相比于无效突变,错义突变更容易出现较重的癫痫表型;孔区突变所引起的癫痫的突变重表型更为多见,而C末端蛋白结合区的表型相对较轻。虽然本研究已经总结了常用数据库的KCNQ2相关突变,但仍可能存在病例的遗漏情况。随着KCNQ2突变致癫痫基因突变谱和疾病谱不断丰富,突变与表型的相关性将进一步被揭示。