KCNQ2基因变异相关癫痫的研究进展

付彬 闫露露 李海波 叶启东

[摘要] KCNQ2基因编码电压门控钾离子通道亚基Kv7.2，该通道在稳定神经元、调节神经元兴奋性中发挥重要作用。KCNQ2基因变异导致电压门控钾离子通道功能受损或功能异常，从而诱发癫痫发作。KCNQ2基因变异相关癫痫患儿的发病时间早，多发病于新生儿期或婴儿早期，且临床表现具有多样性。本文对KCNQ2基因变异相关癫痫的发病机制、临床表现、变异特点及临床治疗等研究进展进行综述，以便早期发现此类癫痫患儿，指导临床诊疗工作。

[关键词] KCNQ2基因；基因变异；癫痫；电压门控钾离子通道

[中图分类号] R596    [文献标识码] A    [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.08.027

钾离子通道主要参与静息电位的形成及复级化过程中动作电位频率和幅度的调控[1]。遗传性癫痫是儿童癫痫的主要类型。钾离子通道相关基因是最常见的癫痫易感基因之一；而KCNQ2基因是这类基因的核心成员之一，是癫痫易感基因的研究热点[2]。KCNQ2基因定位于染色体20q13.3，其长度为80 427个碱基对，包含17个外显子，负责编码电压门控钾离子通道亚基Kv7.2。该通道在调控神经元兴奋性、促进神经系统发育等方面起至关重要的作用[3]。KCNQ2基因变异可导致电压门控钾离子通道功能受损或功能异常，神经元的电生理特性发生改变，从而诱导癫痫发作[4]。Singh等[5]对1例良性家族性新生儿惊厥（benign familial neonatal seizure，BFNS）患者进行研究，首次发现染色体20q13.3上存在一微缺失现象，该区域可编码电压门控钾离子通道蛋白。Biervert等[6]进一步研究发现，KCNQ2基因在大脑中表达。KCNQ2基因相关疾病表现为一系列癫痫谱系疾病[7]。KCNQ2基因变异导致的癫痫常发生于新生儿期或婴儿早期，其症状表现出显著的不一致性：轻者可只表现为病情稳定、预后良好的BFNS；重者则可发展为早发性癫痫性脑病（early-onset epileptic encephalopathy，EOEE），这类患儿以难以控制的癫痫发作及不同程度的智力运动发育落后甚至倒退为主要特征，往往预后不佳。本文对KCNQ2基因变异相关癫痫的发病机制、临床表现、变异特点及临床治疗等研究进展进行综述。

1  KCNQ2蛋白的结构和功能

KCNQ2蛋白是一种跨膜蛋白，广泛分布于大脑皮质、小脑皮质和海马等部位，在神经细胞轴突起始段和郎飞结处更为多见。该蛋白由6个相互连接的跨膜α-螺旋片段S1～S6及位于胞质内的N端和C端共同组成[3]。跨膜片段S1～S4共同构成电压门控区域，S4是该离子通道的電压感受区域；而跨膜片段S5与S6之间的P环区域，即该离子通道的孔区，对钾离子的通透性最佳。胞质内的C端包含4个α-螺旋结构域A～D，其通过内部的锚定蛋白G结合域与钙调蛋白特异性结合，从而发挥细胞内定位作用。此外，C端结构域还参与钾离子通道的组装和膜磷脂的调控过程。

KCNQ2蛋白与KCNQ3基因编码的Kv7.3亚基共同构建异四聚体钾离子通道（M通道），该通道可被缓慢激活，具有电压门控性和时间依赖性等电生理特性。M通道可调控动作电位后超极化电流（M电流），使膜电位恢复到静息状态，减少重复神经冲动的发放频率[8]。因此，KCNQ2蛋白在细胞静息电位的维持、神经元兴奋性和神经冲动发放的调控等过程中发挥重要作用。

2  KCNQ2基因变异相关癫痫的发病机制

目前，KCNQ2基因变异相关癫痫的发病机制尚未完全明确。有学者认为，KCNQ2基因变异可导致KCNQ2蛋白功能受损或异常功能，继而诱导癫痫发作[4]。

KCNQ2蛋白功能受损：①KCNQ2蛋白表达量减少。KCNQ2基因变异导致该蛋白合成不足，产生的M电流减少，静息电位更接近阈电位，神经元兴奋性增加，从而诱发癫痫发作。Biervert等[6]用非洲爪蟾卵母细胞构建BFNS患儿KCNQ2基因的变异位点，通过双电极电压钳技术监测细胞膜的电压改变，发现与野生型相比，突变型细胞M电流可减少25%～50%，表明KCNQ2基因变异导致其蛋白表达量不足，推测M电流减少25%便可导致癫痫发作。②Kv7.2通道发生改变。研究发现，KCNQ2基因p.R213W、p.R213Q和p.R214Q变异均可导致Kv7.2通道出现慢开放和快关闭等改变，显著降低该通道激活状态时的稳定性和电压敏感性，进一步增加神经冲动发放频率，最终使患儿出现BFNS或EOEE等表型[9-10]。③Kv7.2通道的稳定性降低。Soldovieri等[11]研究发现，KCNQ2基因2043ΔT发生1个碱基对微缺失时，Kv7.2通道在细胞膜上的数量明显减少，提示这类移码变异可能可导致胞内KCNQ2蛋白被降解，使最终定位于细胞膜的Kv7.2通道数量急剧减少。

KCNQ2蛋白异常功能增多：①Kv7.2通道分布异常。位于Kv7.2通道C端的锚定蛋白G结合域的KCNQ2基因变异可导致该通道在轴突起始段的分布减少，减弱对神经冲动发放的调控作用，继而导致动作电位冲动发放频率增加，患儿出现EOEE等严重临床表型。Orhan等[12]通过分析携带KCNQ2基因p.A294V变异的突变型与野生型中Kv7.2通道分布情况，发现相比于野生型，突变型的Kv7.2通道在神经元轴突起始部位的分布显著减少，提示KCNQ2基因变异通过改变Kv7.2通道的分布增加癫痫的易感性。②Kv7.2通道易被激活。研究表明，表达KCNQ2基因p.R144Q、p.R201C和p.R201H变异的细胞在-60mv便能产生显著外向电流，且最终形成的静息电位更低[10]。因此，KCNQ2基因变异导致Kv7.2通道易被激活，继发神经元异常放电。

3  KCNQ2基因变异相关癫痫的临床表现

3.1  BFNS

BFNS是一种常染色体显性遗传性疾病，以局灶性发作或局灶性继发全面性发作为临床特征，患儿通常预后良好[13]。BFNS是一系列癫痫谱系疾病中症状最轻的一类，KCNQ2基因相关BFNS患儿通常会在出生后2～9d内发病，发作形式多样，如局灶性强直发作、局灶性阵挛发作或自动症等。大多数患儿发作持续时间只有1～2min，很少发展为癫痫持续状态。此外，BFNS惊厥多成簇发作，发作频率可从每日数次到数十次不等。但这类患儿可在生后数周或数月内自行缓解，通常不会伴有智力和运动发育异常，患儿在发作间期检测的脑电图基本正常[2]。

3.2  EOEE

EOEE又称早发婴儿癫痫性脑病7型。EOEE是指胎儿出生后6个月以内的癫痫脑病，临床特征包括反复且难以控制的癫痫发作，发作间期脑电图异常及智力、运动发育落后或倒退。携带KCNQ2基因变异的EOEE患儿常在出生后1周内发病，发作形式与BFNS患儿相似，发病初期抗癫痫药物难以控制这类患儿的癫痫发作，大多数患儿可在9月龄～4岁癫痫停止发作。患儿癫痫性脑病表现可在其出生后不久出现，患儿通常不会独走、不能听懂指令、只会说个别单词等；同时，这类患儿并发癫痫共患病的可能性较高，如孤独症、注意缺陷障碍和抑郁症等。EOEE患儿发作期脑电图可监测到爆发-抑制、高度失律或多灶性癫痫样放电等，发作间期脑电图呈现异常活动，如背景活动减慢等[14]。此外，有研究发现伴有发育落后的KCNQ2基因相关EOEE患儿，其颅脑磁共振成像常表现出不同程度的异常，如髓鞘化延迟、胼胝体变薄、皮质减少和脑沟增深等改变[15]。

少数KCNQ2基因变异相关癫痫患儿的发病时间相对较晚。张平平等[16]报道2例非婴儿期发病的KCNQ2基因变异相关癫痫患儿，1例携带KCNQ2基因p.P335L錯义变异的癫痫性脑病患儿在2岁时发病，表现为强直阵挛发作伴中度智力运动发育落后；另外1例携带KCNQ2基因p.A335S错义变异的良性癫痫患者在青少年期发病，也出现强直阵挛发作，但智力运动等正常。此外有研究表明，KCNQ2基因变异相关癫痫婴幼儿患者的病死率高。谢涵等[17]报道携带KCNQ2基因变异相关婴幼儿癫痫患儿22例，5例患儿死亡，其中1例为意外坠落生亡，其他4例为癫痫不明原因猝死。

4  KCNQ2基因相关癫痫的变异特点

目前人类基因突变数据库中已收录超过370个KCNQ2基因的变异位点。KCNQ2基因变异类型以错义变异为主，还包括剪接变异、无义变异、移码变异及部分外显子甚至整个基因缺失或重复等[16]。研究表明，KCNQ2基因的变异类型和变异位点与临床表型具有关联性[4]。KCNQ2基因相关BFNS患儿以KCNQ2蛋白跨膜片段S2和S3胞内区域的错义变异最为常见，无义变异、剪接变异和移码变异也有报道，变异来源多见于家族遗传[18]。而EOEE患儿往往以新发的错义变异为主，少数来源于表型正常的嵌合体父亲或母亲，热点变异位点是Kv7.2通道的4个重要功能域：电压传感器S4、孔区、跨膜片段S6及C端锚定蛋白G结合域[19]。

5  KCNQ2基因变异相关癫痫的临床治疗

KCNQ2基因变异相关癫痫的治疗目标：除控制癫痫发作外，还应改善癫痫患儿的精神、运动、发育等其他非癫痫症状。

钠离子通道阻滞剂作为治疗KCNQ2基因变异相关癫痫患儿的首选药物，通过抑制钠离子内流增加细胞膜静息电位与阈电位之间的差异，进而降低神经元兴奋性，达到抗癫痫作用。Kim等[20]研究13例KCNQ2基因变异相关癫痫性脑病患儿的临床特征并分析不同抗癫痫药物的治疗效果，发现钠离子通道阻滞剂在11例患儿的治疗中有效。曾琦等[15]报道40例KCNQ2基因变异相关癫痫患儿，22例患儿曾使用奥卡西平抗癫痫治疗，其中20例有效，1例发作次数无明显减少，1例病情加重。因此，推荐奥卡西平作为钠离子通道阻滞剂中的首选抗癫痫药物应用于携带KCNQ2基因变异癫痫患儿的治疗中。

γ-氨基丁酸激动剂也广泛应用于KCNQ2基因变异相关癫痫患儿的治疗中。γ-氨基丁酸激动剂主要通过促进γ-氨基丁酸的合成并抑制其降解，从而提高组织中抑制性神经递质水平，发挥抗癫痫作用。γ-氨基丁酸激动剂主要包括丙戊酸钠和苯巴比妥等。对217例由KCNQ2基因变异导致的EOEE和良性癫痫患儿的治疗信息进行分析，发现苯巴比妥在大多数良性癫痫患儿中疗效明显，但其在EOEE患儿中的治疗效果并不如钠离子通道阻滞剂，提示γ-氨基丁酸激动剂可优先用于KCNQ2基因变异相关良性癫痫患儿的治疗[21]。

钾离子通道开放剂目前主要应用于KCNQ2基因功能缺失型变异的癫痫性脑病患儿的治疗中，如瑞替加滨和依佐加滨等[22]。此外，有学者提出少数KCNQ2基因变异相关癫痫患儿可能存在磷酸吡哆醛依赖性。陈俊等[23]首次报道2例分别携带KCNQ2基因p.T771I和p.R291S变异的难治性癫痫性脑病患儿病例，在使用常规抗癫痫药物治疗的基础上，均应用大剂量维生素B6，发现其癫痫发作的持续时间及频率逐渐减少。

6  小结与展望

KCNQ2基因是新生儿和婴儿早期遗传性癫痫中最常见的致痫基因之一，该基因变异以错义变异为主。KCNQ2基因变异导致Kv7.2通道功能受损或异常功能增多，从而诱发癫痫发作。携带KCNQ2基因变异的癫痫患儿临床表型具有高度异质性，从轻型BFNS到重型EOEE不等。关于抗癫痫药物的应用，首选钠离子通道阻滞剂尤其奥卡西平，其次是γ-氨基丁酸激动剂。同时，治疗过程中需加强婴幼儿照护、注重改善患儿的其他非癫痫症状。未来，期望有更多的病例报道及更深入的基础和临床研究结果，以进一步阐述KCNQ2基因变异相关癫痫的发病机制、临床表型和基因型二者的相关性。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

[参考文献]

[1] LIU X W， WU H M， BAI Y， et al. Potassium channel shaker play a protective role against cardiac aging in Drosophila[J]. Yi Chuan， 2021， 43（1）： 94–99.

[2] 甘靖， 张金秀. KCNQ钾通道功能障碍相关遗传性癫痫的研究进展[J]. 重庆医学， 2023， 52（6）： 919–923， 928.

[3] MUSELLA S， CAROTENUTO L， IRACI N， et al. Beyond retigabine： Design， synthesis， and pharmacological characterization of a potent and chemically stable neuronal Kv7 channel activator with anticonvulsant activity[J]. J Med Chem， 2022， 65（16）： 11340–11364.

[4] 许艳， 杨琳， 程国强. KCNQ2基因及其相关疾病[J]. 国际儿科学杂志， 2020， 47（4）： 255–258.

[5] SINGH N A， CHARLIER C， STAUFFER D， et al. A novel potassium channel gene， KCNQ2， is mutated in an inherited epilepsy of newborns[J]. Nat Genet， 1998， 18（1）： 25–29.

[6] BIERVERT C， SCHROEDER B C， KUBISCH C， et al. A potassium channel mutation in neonatal human epilepsy[J]. Science， 1998， 279（5349）： 403–406.

[7] 屈曉旋， 谢涵， 姜玉武. KCNQ2基因相关癫痫： 一种谱系疾病[J]. 中国医师杂志， 2017， 19（8）： 1134–1138.

[8] LIU Y， BIAN X， WANG K. Pharmacological activation of neuronal voltage-gated Kv7/KCNQ/M-channels for potential therapy of epilepsy and pain[J]. Handb Exp Pharmacol， 2021， 267（5）： 231–251.

[9] CASTALDO P， DEL GIUDICE E M， COPPOLA G， et al. Benign familial neonatal convulsions caused by altered gating of KCNQ2/KCNQ3 potassium channels[J]. J Neurosci， 2002， 22（2）： RC199.

[10] MICELI F， SOLDOVIERI M V， AMBROSINO P， et al. Early-onset epileptic encephalopathy caused by gain-of- function mutations in the voltage sensor of Kv7. 2 and Kv7. 3 potassium channel subunits[J]. J Neurosci， 2015， 35（9）： 3782–3793.

[11] SOLDOVIERI M V， CASTALDO P， IODICE L， et al. Decreased subunit stability as a novel mechanism for potassium current impairment by a KCNQ2 C terminus mutation causing benign familial neonatal convulsions[J]. J Biol Chem， 2006， 281（1）： 418–428.