SCN1A基因突变相关癫痫研究进展

吕月 综述，曹洁 审校

(重庆医科大学附属儿童医院，重庆 400014)

癫痫作为一种慢性脑功能障碍性疾病，对患者的发育、认知、行为等有着跨越年龄限制的重要影响，是儿童神经系统常见的疾病之一，发病率为每年50/100 000～120/100 000[1]。由于儿童不同年龄脑发育背景及其与外界各种因素的相互作用，使得癫痫更具有异质性。故遗传性癫痫为预估癫痫临床表型提供了可能性，其中SCN1A作为目前与散发及遗传性癫痫最密切相关的基因，其编码的电压门控钠离子通道α1亚单位在癫痫单基因病因研究中占据重要地位。

1 SCN1A基因

SCN1A基因位于2q24，在中枢及外周神经网络系统中均有表达，该基因编码的电压门控钠通道广泛存在于神经元、骨骼肌细胞的细胞膜上，对动作电位的产生与传播起着至关重要的作用，是许多抗癫痫药物的靶向点，如卡马西平、拉莫三嗪、托吡酯、丙戊酸钠等。电压门控钠通道是一类跨膜蛋白复合体，由1个α亚基及数个β亚基构成，其中α亚基是钠离子通道的功能载体，β亚基主要起辅助作用，对离子通道的动力学以及电压门控依赖性进行修饰。每个钠通道由1个大成孔、糖基化亚基和2个小亚基组成。在哺乳动物基因中发现了9种电压门控钠离子通道α亚基(Nav1.1～Nav1.9)，不同亚基组织分布及生物物理属性不同。α亚基由4个同源域构成，每个结构域又包含6个跨膜片段(S1～S6)，其中S4含有丰富的碱性氨基酸残基，又被认为是钠离子通道的电压传感器，在改变钠离子通道构象、打开通道中发挥了重要的功能。

电压门控钠离子通道负责可兴奋细胞动作电位的上升阶段，其功能获得或缺失均可影响细胞动作电位的产生。SCN1A编码的Nav1.1主要定位神经细胞体，即γ-氨基丁酸(GABA)能间神经元的起始段，在许多GABA能抑制神经元中高度表达。啮齿类动物在出生后第2周大致相当于人类生命的第1年，Nav1.1逐渐取代Nav1.3[2]，且α亚单位蛋白高表达于生后7～9个月的海马和颞叶等大脑神经发育关键期，均提示SCN1A基因突变与年龄依赖性癫痫如Dravet综合征等相关[3]。而在Nav1.1突变通道功能缺失的小鼠模型中净效应是抑制信号的减少，钠电流密度增加，从而引起癫痫发作。

2 SCN1A突变相关癫痫表型

Escayg A等[4]首次在遗传性癫痫伴热性惊厥附加症家族中发现SCN1A基因突变。此后，在婴儿重症肌阵挛癫痫(SMEI，也称为Dravet综合征)中大量SCN1A基因突变被发现，其基因突变位点进一步增多。迄今为止，已发现超过 1 440个基因变异位点，其相关癫痫表型与Nav1.1通道功能丧失(单倍体功能不全)密切相关。其表型严重程度与突变导致的功能损害呈量相关，单个碱基突变(如错义突变)造成钠通道部分丧失与热性惊厥、GEFS+相关，截短突变(如无义突变或移码突变)致钠通道功能完全丧失可导致Dravet综合征等更严重表型[5]。家族遗传性基因突变多与表型较轻的综合征相关，而严重表型的基因突变则多为散发。

2.1 Dravet综合征

Dravet综合征属于难治性癫痫综合征，是目前研究最多的SCN1A相关癫痫综合征，由Dravet等于1978年首次报道，其中85% Dravet综合征患者存在SCN1A杂合突变[6]，95%为新发突变[7]。以多种癫痫发作类型及频繁的癫痫持续状态为主要表现，多在1岁内由发热或疫苗接种诱发起病，1岁前发育多正常，后逐渐出现非癫痫症状，如认知障碍、共济失调、自闭症、睡眠障碍等，其反复癫痫持续状态也可导致急性脑病发生，严重影响预后。其发病与多种病理生理机制相关，最为人们普遍接受的是中间神经元假说。

Nav1.1功能缺失的杂合突变小鼠在生命早期出现自发的热敏性癫痫发作，在产后25 d左右死亡[8]。在相关SCN1A突变的小鼠模型中，表达GABA的抑制神经元亚群钠离子密度降低，激发活性降低，最终导致突触抑制和锥体神经元兴奋性增高[9]。不同GABA神经元钠离子的减少与癫痫发生、光敏性、睡眠障碍及共济失调等相关。钠离子的减少，进一步损害浦肯野细胞，导致共济失调及相关功能障碍[10-11]，如行为问题和认知障碍[9]，严重影响患者生活质量。同时，一种细胞自主的类似于稳态的机制在改变锥体神经元兴奋性方面起着重要作用，如SCN9A、CACNA等突变可能加重或改变Dravet综合征的临床表型[12-14]，钠通道的SCN3A的补偿性上调可能减轻Nav1.1缺乏的影响，SCN8A在SCN1A突变的情况下恢复正常的发作阈值[15]。也可通过药物来人为地平衡兴奋与抑制性，如替加宾及氯硝西泮，通过增加GABA能神经传递来有效防止热敏性癫痫发作。

Dravet综合征对儿童的认知、心理健康、睡眠等均有重大的影响。目前癫痫猝死(SUDEP)已逐渐替代癫痫持续状态(SE)成为该病的第一死亡原因[16]。在Dravet综合征小鼠中，癫痫发作后副交感神经系统过度活跃导致心脏致命性电功能障碍被认为是猝死的主要原因，且其猝死风险高低与SCN1A突变严重程度间无明显相关性。鉴于SUDEP的两个高峰期在13岁和18岁[17]，有专家共识提出为降低其猝死率，减少年龄较大儿童及青少年的夜间发作将成为今后治疗重点[18]。

2.2 发热相关性惊厥

SCN1A突变的患者往往会经历较长时间的早期发热相关性惊厥发作，且多数人认为该病由疫苗接种导致，因为大多数无家族史及重大疾病患儿在接种疫苗后不久出现癫痫发作、并随之出现智力发育障碍甚至倒退。而在针对疫苗接致发病的临床回顾性分析中发现，这些具有相似情况的患儿中大部分可临床诊断为Dravet综合征，且大部分存在SCN1A突变[19]，只能表明疫苗接种可能早期诱发SCN1A基因相关癫痫发作，使该疾病提前表现。目前没有任何数据证明疫苗接种会影响患儿预后，故对于此类基因突变的儿童不被提倡停止疫苗接种。

2.2.1 热性惊厥(FS) FS是儿童时期惊厥最常见的原因，相比单纯性FS，继发癫痫概率更高的复杂性FS占30%[20]。SCN1A基因功能丧失性突变与家族性简单型FS相关，至今已有10余个家族性FS易感基因或致病基因被发现，SCN1A被认为是其中最重要的癫痫致病基因[21]。SCN1A突变的小鼠GABA能抑制神经元选择性兴奋丧失，在刺激海马局部诱发癫痫样放电的试验中，携带SCN1A错义突变的小鼠惊厥诱发阈值明显低于对照组，发热可加重GABA通道功能障碍，同时升高的温度也可减少GABA受体的表达，两者相互影响，故SCN1A突变相关癫痫综合征具“热敏性”[21]。我国一项对8个家系家族性热性惊厥的基因序列测序研究中发现，SCN1A基因第884位的甘氨酸在进化上高度保守，提示其在电压门控钠通道功能中起着重要作用，再次证实了其与FS的相关性，且该通道α亚基电压感受区(S4)及通道孔(S5～S6)外区突变引起的癫痫综合征表型相对较轻[22]。导致FS的特定的基因缺陷至今未确定，其基因型与表型之间的关系仍有待进一步的动物模型及实验研究，但SCN1A基因与FS之间的关系不容置疑。

2.2.2 遗传性癫痫伴热性惊厥附加症(GEFS+) 随着年龄增长，6岁后仍有热性惊厥发作，且家族史阳性的患儿可诊断热性惊厥附加症(FS+)，与GEFS+同为SCN1A相关临床表型较轻的癫痫综合征。但GEFS+可伴有失神、肌阵挛或失张力等发作类型，由错义突变引起，约10%的GEFS+家族中存在该基因突变[5]，属家族遗传性癫痫综合征。在非神经元细胞表达和电压钳位分析研究中发现，该基因突变改变其通道的多种生物物理学特性，通道功能缺失和功能增加均可见，而在神经元细胞中发现癫痫发作与GABA能的选择性兴奋受损相关[11]。仅少数报道GEFS+癫痫发作与功能增加型SCN1A突变相关[23]。其癫痫发作的机制、基因型与表型之间的关系目前尚无明确定论。但该综合征目前抗癫痫药物控制效果较好，极少数发作延续至成年，预后可。

3 治疗

目前癫痫治疗仍以药物控制为主，如丙戊酸、氯巴占、司替戊醇、托吡酯均有较高应答率，频繁癫痫发作期也可选用生酮饮食，但癫痫患者药物治疗反应的不可控因素较多。2017年国际抗癫痫联盟(ILAE)正式将遗传性病因从癫痫病因分类中单独提出，表明遗传病因在癫痫中的位置得到进一步地肯定，这也将驱动癫痫治疗向遗传病因学治疗发展。为了提高对SCN1A癫痫机制及促进新疗法的开发能力，多种模型被用来探索不同SCN1A突变引起的癫痫发生的细胞机制及进行药物筛选。如外源表达系统、小鼠、斑马鱼、果蝇、血清素系统及遗传调节等。其中，患者特异性诱导多能干细胞(iPSCS)来源的神经元允许使用患者特有的细胞来进行机制探索及药物筛选，对于了解SCN1A相关癫痫的细胞机制、个性化用药及细胞移植均具有很大价值[24]。

针对Nav1.1单倍体功能不全的基因疗法将允许恢复GABA能神经元的正常功能，在改善癫痫症状的同时改善其他非癫痫症状，满足人们控制癫痫及改善长期预后的需求。诸如rs6730344、rs6732655和rs10167228等SCN1A基因位点的单核苷酸多态性[25]为预测患者癫痫药物反应表型提供可能性，这些药物遗传学数据也将为临床预测患者药物反应表型、制定个性化癫痫治疗方案、提高患者生活质量提供重要帮助。