- 早期癫痫性脑病
- 作者:彭镜|发布时间:2013-06-21|浏览量:2558次
早期癫痫性脑病(early-onset epileptic encephalopathies, eees):是指在新生儿期或婴儿期出现持续的癫痫性活动(包括临床频繁的癫痫发作以及发作间期脑电持续的痫性放电),从而导致认知、运动全面发育落后、智力低下、自闭症等灾难性的神经系统后遗症。与成熟脑不同,由于持续的痫性活动影响早期发育中大脑的结构、突触可塑性、神经环路形成,会导致大脑结构和功能的发育停滞,所以这些患者常伴有小头畸形、脑萎缩等,且预后不良。eees病因复杂。随着现代医学发展日新月异,检测手段日益先进,部分获得性脑损伤、脑结构异常、遗传代谢性疾病的患者通过血生化检测、头颅影像学检查、代谢病筛查可以获得正确诊断,但是仍然有接近半数的eees病因不明,导致很多病人辗转各地、四处求医得不到及时、正确的诊断和治疗,也是困扰儿科神经科大夫的棘手问题。中南大学湘雅医院儿科彭镜
尽管目前没有明确的数据,近年来的文献提示原因不明的eees与基因突变及拷贝数变异密切相关。但由于这类患儿无明确对应的基因型-表型关系,且同一个基因突变可以有多种临床表型,增加了诊断的难度,阻碍了基因资讯、基因诊断的流程制定。因此,本文就目前已知的可以导致eees的基因及其临床表型做一综述,从而提高神经专科医师对eees的了解。准确的基因诊断可以协助医生为病人提供疾病预后、产前诊断咨询,根据基因功能制定、提供更加个体化的治疗方案。
一、根据临床表型可以纳入特定癫痫综合征,但病因不明的eees基因分析:国际抗癫痫联盟(international league against epilepsy,ilae)确认的早期癫痫性脑病包括大田原综合征、婴儿痉挛症、婴儿严重肌阵挛癫痫、早期肌阵挛脑病、非进展性的肌阵挛脑病和婴儿严重局灶性游走性癫痫。
1.1 大田原综合征(ohtahara syndrome, os)
os患儿在婴儿早期发病,临床表现以难治性强直痉挛发作为主,发作间期脑电图为爆发抑制,最主要的病因为脑结构异常 。涉及病因不明os的基因主要包括突触融合蛋白结合蛋白1基因(syntaxin binding protein 1,stxbp1,omim number 602926) 和aristaless相关同源异型盒基因(aristaless-related homeobox,arx, omim number 300382)。其他还有少量散发报道,包括磷脂酶cb1基因(phospholipase cb1,plcb1,omim number 607120)和多核苷酸激酶 3'-磷酸酶(polynucleotidekinase 3'-phosphatase,pnkp,omim number 605610)等。
stxbp1基因定位于9q34.1编码stxbp1蛋白,这是一个进化上非常保守的蛋白,在神经元中表达,在突触囊泡循环、神经元钙依赖的神经递质释放过程中发挥重要作用。stxbp1蛋白和突触snare蛋白-vamp2和snare作用蛋白-syntaxin1、snap25共同作用,促进囊泡的沉淀与膜融合,参与突触囊泡循环。stxbp1蛋白作用于n端开放形式的syntaxin,在突触囊泡释放中发挥重要作用。有报道称stxbp1基因突变可以导致大田原综合征,milh 等对头颅mri没有脑结构异常的38例患儿进行了stxbp1基因检测,发现13%(5/38例)的患儿出现新发变。同样,在mignot等的研究中,也有7% (2/29例)的不明原因早期癫痫性脑病患儿检测到stxbp1新发突变。在一项对早期癫痫性脑病合并爆发抑制脑电图患者的研究中还发现,71%携带stxbp1突变的患儿在生后1月后出现癫痫发作,提示其突变导致的临床症状相对其他伴有爆发抑制脑电图改变的早期癫痫性脑病患儿要晚些。 最新的一项研究还观察到,如果患儿临床表现为os,但是在婴儿晚期癫痫发作停止、脑电图表现为阵发性活动继而出现快节律,强烈提示stxbp1基因突变。近年来的研究提示stxbp1突变还可以导致婴儿痉挛症,扩大了对其表型的认识。deprez对106例原因不明的早期癫痫性脑病患儿进行了stxbp1基因检测,6人发现突变,其中5/6例不能归属于任何已知的综合征,临床表现为智力低下、共济失调、震颤、锥体外系症状、运动障碍等。因此,stxbp1突变检测在os综合征中的敏感性和特异性没有准确的资料统计。
arx基因染色体定位在xp22.13,编码合成arx蛋白。arx蛋白是一个在前脑表达的转录因子,在脑中间神经元的增生与分化中发挥重要作用。男孩发病,受累的女孩少数也可以发病。其临床表型多样,包括胼胝体发育不良、无脑回、生殖器发育不良(proud 综合征)、智力低下、大田原综合征、婴儿痉挛症、x-连锁肌阵挛癫痫伴痉挛性截瘫和智力低下等。目前有44种不同的突变类型被报道[15],中枢神经系统发育畸形如无脑回、胼胝体发育不良多由于同源区域的无义或错义突变所致。
因此,os患儿可以考虑stxbp1基因筛查;男性os伴有生殖器、胼胝体发育不良可考虑检测arx基因。
1.2 婴儿痉挛症(infantile spasm, is)
is患儿在生后3-6个月出现成簇的痉挛发作、精神运动发育倒退、eeg表现为高度失律,1-3岁仍持续有脑病的表现,其临床表型与自闭症、难治性癫痫、运动异常重叠。常见的病因包括脑发育异常、新生儿缺血缺氧性脑病、代谢性疾病等。近年来,越来越多的基因被报道与不明原因的is密切相关。除外arx和stxbp1,其他基因包括细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶样-5(cyclin-dependent kinase like 5,cdkl5, omim number 300203)、溶质载体家族 25 (线粒体载体, 谷氨酸), 成员 22(solute carrier family 25, member 22 slc25a22,omim number,609302)、膜关联鸟苷酸激酶反转 2(membrane-associated guanylate kinaseinverted-2,magi2,omim number 606382)、非红细胞收缩蛋白1(nonerythrocytic aspectrin- 1,sptan1,omimnumber 182810)、叉头框g1基因(forkhead box g1 ,foxg1,omim number 164874)、肌细胞增强因子2c(myocyte enhancer factor 2,mef2c,omim number 600662)、grin1、grin2a、stk9等。尽管并不是这些基因突变一定会导致is,我们通常称之为is相关基因伴外显不全或表型变异,他们编码的蛋白参与前脑发育和突触传递功能。由于基因突变的多效性及异质性,大部分基因检测的灵敏度和特异性没有报道。
cdkl5基因定位于染色体xp22.13,编码一个具有激酶活性的磷酸化蛋白,属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员,在n-端和c-端有一个保守的丝氨酸/苏氨酸激酶区域,可以调节其激酶活性和核酸定位。突变区域和临床表型的严重程度之间无相关性。cdkl5突变多累及女孩,在典型的癫痫性脑病基础上,出现类似rett综合征的表现:如过度换气、头围增长减速、睡眠障碍、刻板动作、严重运动功能障碍、手的失用、脊柱侧后凸畸形。头颅mri提示广泛皮层萎缩,颞叶白质内高信号。其癫痫分为三个阶段:1.早期出现、反复发作的惊厥,肌张力低下,间歇期脑电图正常;2. 逐渐发展至婴儿痉挛、高度失律;3.最后发展为难治性强直、肌阵挛癫痫。激酶区域的无义突变可导致患儿迅速进展至第三阶段。很多is病人临床都伴有运动异常、刻板动作等症状,这些在arx、mef2c、cdkl5 缺失和stxbp1突变的患儿中也有报道,因此不难理解is患儿与rett综合征患儿的临床表型重叠。sartori等3年纳入80例早期癫痫性脑病患儿,其纳入标准为:1岁以内起病的癫痫性脑病,不管有没有其他继发性原因。他对这些患儿进行了cdkl5和arx基因检测,结果发现6种cdkl5致病性新生突变,其中5例为女性患者,1例男性为47,xxy染色体核型。提示cdkl5基因突变在eees中的检出率为8%,在女性eees患者中的检出率为12.5%。这些患者除了有以上三个阶段的表现,还有一些其他特点:1. 早期可以出现多种癫痫发作形式,以强直和痉挛为主,晚期以肌阵挛癫痫为主;2.面部特征:大而深邃的眼睛、眼距过宽、前倾鼻孔和大蒜鼻、大嘴、厚下唇。
sptan1基因定位与9q33-q34,编码alpha-非红细胞膜收缩蛋白,属于细胞骨架蛋白家族成员,在调节突触结构稳定性中发挥重要作用。同时,在脊髓和运动神经的髓鞘化发育过程中发挥重要作用。sptan1基因非移码突变可以导致轴索起始端(axon initial segment, ais)膜蛋白不稳定和细胞内运输功能障碍,还可以改变细胞骨架重叠,导致ais区域离子通道的调节失活[23,24]。目前全世界有3例报道,其中2个无血缘关系的患者有sptan1基因突变,另1例有9q34.11 的复杂重排,同时影响stxbp1和sptan1基因致病。其共同的临床表型有:is表型、严重发育落后、严重的中枢髓鞘发育不良、皮层和脑干萎缩、早期肌张力低下以后转变为痉挛性四肢瘫、视力障碍。临床上,sptan1 基因突变患者的髓鞘发育不良随着年龄增长可以有一定程度的改善。
还有血小板激活因子乙酰水解酶1b亚基alpha基因(platelet-activating factoracetylhydrolase, isoform 1b, a subunit,pafah1b1/lis1, omim number 601545)和双皮层素基因(doublecortin,dcx,omimnumber 300121)与伴无脑回的is密切相关,文献报道占这类患儿的80%。与arx基因突变导致的以x连锁-无脑回、生殖器发育异常为主要表现的eees不同,pafah1b1/lis1和dcx基因突变早期导致is,以后多逐渐进展为严重的难治性癫痫。arx、dcx和pafah1b1/lis1均在gaba能中间神经元表达,推测可能通过作用于该类神经元,导致其功能障碍而引起痉挛发作,而不是脑发育畸形所致。其他由tsc1、tsc2等基因突变导致的is,由于临床表型明确,不在本文讨论范围内。
因此,男性is伴胼胝体、生殖器发育不良要考虑检测arx基因;伴有无脑回畸形要考虑检测pafah1b1/lis1和dcx基因;男性或mecp2基因检测阴性的女性患者出现类似rett综合征的表现时要检测cdkl5基因;出现肌张力低下继而痉挛性截瘫、广泛性脑萎缩和髓鞘低下、视力障碍时要考虑检测sptan1基因。
1.3 dravet综合征及dravet样综合征
婴儿严重肌阵挛癫痫(dravet syndrome,omimnumber 607208)是目前已经逐渐被认识的一种早期癫痫性脑病。患儿出生时往往正常,1 岁内出现全面性或局灶性癫痫发作,有热敏感的特点,早期脑电图可正常,此时常被诊断为热性惊厥。1岁后逐渐出现无热惊厥,发作形式多样,以肌阵挛为主,可有不典型失神发作和部分性发作,一半以上患儿出现癫痫持续状态,通常为难治性癫痫。发病后出现共济失调、进行性精神运动发育落后或倒退,尤其是语言发育迟缓。有研究者提出高危因素评分系统,当总分≥6分时,诊断dravet综合征的敏感性98%,特异性94%。半侧惊厥(3分)、≥5次热性惊厥(3分)、每次惊厥持续时间≥10分钟(3分)、起病≤7月(2分)、热水澡诱发发作(2分)、局灶性或肌阵挛癫痫(1分)。而性别和家族史与ds 发生危险无关[29]。scn1a 基因位于染色体2q24.3 上,其突变可以导致dravetsyndrome,占70%-80%。现已证实scn1a 基因的突变多为新发突变,包括无义、错义、缺失、插入、剪切、同义和移码突变等多种类型,另外,scn1a基因拷贝数变异占dravet 综合征的2-3%,无义突变常导致更为严重的eees表型。scn2a基因突变也可以导致dravet综合征,但同样可以导致婴儿痉挛症、新生儿良性家族性惊厥、全面性癫痫伴热性惊厥附加症等多种癫痫综合征[30]。一直以来,scn8a、cacnb4和scn9a被认为发挥调节子的作用,这些基因的突变通常和其他癫痫表型相关[31]。
在scn1a阴性的dravet样综合征表型的患者中,粘附蛋白19基因(protocadherin 19,pcdh19,omim number 300460)基因受到了广泛的关注。pcdh19基因定位于染色体xq22,编码粘附蛋白19,这是一个在神经组织中高表达的跨膜蛋白,尽管这个蛋白精确的作用至今不明,delta-原钙粘附蛋白被认为参与调节钙离子依赖的细胞粘附功能,在大脑发育过程中调节神经元的连接[32]。尽管pcdh19基因定位于x染色体上,然而临床上90%的病人为女性,罕见有男性发病的报道,有2个假说解释为什么男性不发病。第一个理论认为是男性y染色体上有protocadherin基因pcdh11y,和x染色体上的等位基因pcdh11x 共同在人类大脑中表达。第二个理论认为,女性由于pcdh19-阴性和pcdh19-野生型在组织中镶嵌,干扰了细胞与细胞间的联系,从而导致eees。其在女性scn1a基因检测阴性的dravet样综合征中检出率为30%,在女性dravet样综合征患者中的检出率为5%。pcdh19基因的突变首先报道导致仅女性发病的癫痫伴精神发育迟滞(epilepsyand mental retardation limited to females,efmr ,omim number 300088)。 其临床表现与dravet综合征非常类似,表现为6-36个月起病的癫痫,伴有各种发作类型的有热或无热惊厥,起病初非常频繁,随着年龄增长,癫痫发作逐渐减少,早期发育正常,但抽搐后出现不同程度的智力低下,大部分为轻-中度,也有严重智力低下、自闭症和智力不受影响的报道。近年来,pcdh19突变被报道与热性相关性癫痫综合征(febrileinfection associated epilepsy syndrome,fires)相关,扩大了对其表型的认识。但是,最近higurashi对116例日本女性癫痫病人进行了pcdh19基因检测,其中8例(6.9%)发现突变,研究中97/116个dravet综合征的病人,仅有2例(2.1%)有pcdh19突变,因此他认为pcdh19突变是导致癫痫的常见病因,但并不是dravet综合征所特有的。
因此,对于dravet综合征患儿应该进行scn1a 基因分析,scn1a检测阴性的dravet综合征或dravet样综合征患儿,可以考虑检测scn2a,女性可以考虑pcdh19基因检测。
1.4 早期肌阵挛性脑病(earlymyoclonic encephalopathy, eme)
eme与os有某些共同之处,多在生后3月内发病,脑电图表现为爆发-抑制图形,起病后出现显著的精神运动发育迟滞或倒退。不同之处在于,eme临床发作类型以部分性或片段性的游走性肌阵挛为主,可同时出现部分运动性发作伴及强直性痉挛发作。由于本病预后不良,部分病人有先天性代谢缺陷,因此eme患儿均需进行全面的代谢病筛查寻找病因。对于原因不明的eme,有少量的遗传学研究报道发现,slc25a22、吡哆醇5-前磷酸氧化酶基因(pyridoxine-5-prime-phosphate,pnpo, omim number 603287)基因突变与eme发病密切相关。
slc25a22基因定位于染色体11p15.5,编码线粒体转运蛋白(包括溶质载体家族25、谷氨酸、线粒体转运子、膜蛋白22和谷氨酸载体1),是线粒体谷氨酸/h+ 的协同转运子,可以催化谷氨酸与氢质子转运。slc25a22在红核、黑质和小脑橄榄核等与肌阵挛癫痫发作密切相关的区域高表达。4例eme患儿发现slc25a22基因的纯合错义突变,推测可能是因为异常的谷氨酸合成作用于神经元和星型胶质细胞,同时影响线粒体呼吸链而致病。另外一个男孩,生于阿根廷家庭,纯合错义突变,表现为严重的早期肌阵挛癫痫伴肌张力低下、小头畸形、眼底异常、eeg表现为爆发抑制图形。
pnpo基因定位于17q21.32,包括7个外显子,编码吡多醇5-前磷酸氧化酶,此酶可以产生吡多醇5-前磷酸盐,从而活化神经递质合成中的重要辅酶-吡多醇。其突变导致pnpo 缺乏症 (omimnumber 610090)。mills等诊断了来自3个近亲婚配家庭的5个早产儿,患儿出生时apgar评分低,有围生期呼吸抑制,对维生素b6治疗无反应,脑电图表现为爆发抑制,4例于新生儿期死亡。仅有的1例存活者接受了吡多醇5-前磷酸盐治疗,但存在获得性小头畸形、严重的发育落后、躯干肌张力低下、顽固的肌张力不全和难治性癫痫。
因此,eme患儿均需进行全面的代谢筛查,对于原因不明的患儿可以考虑slc25a22、pnpo等基因分析。
1.5 婴儿严重局灶性游走性癫痫(malignantmigrating partial seizures in infancy,mmpei)
mmpei是一种病因不明的、罕见的、严重的癫痫性脑病[42],临床上表现为出生时发育正常,生后数周开始出现局部性、游走性、难治性癫痫,伴有发育落后及共济失调等[43]。脑电图表现为持续的、多灶性、游走性放电,头颅mri、血液生化、代谢病筛查等各种检查均为阴性。2006年,有学者对kcnq2、 kcnq3、scn1a、scn2a和clcn2 基因进行扫描,没有发现相关性。近年来有三个与mmpei相关的基因被报道,包括:scn1a、plcb1突变,以及16p11.2的拷贝数变异。mmpei是scn1a基因突变导致的最为严重的临床表型之一,也较少被大家所认识。plcb1基因定位于20p12.3,编码磷脂酶c的b1亚基,其基因敲除小鼠临床表现为早期全面性癫痫、发育落后及死亡,提示其在正常神经发育、神经功能中的重要作用。shimohama等进一步发现plcb1基因b1和d1亚基仅在大鼠生后表达,而c1亚基在生前表达,提示其突变可能只影响生后的中枢神经系统,和我们的临床观察一致。
二、全基因组拷贝数变异(rare copy number variants, cnv)与eees的关系
生殖细胞是亲本向子代传递遗传信息的载体,其基因组的稳定性和完整性是忠实传递遗传信息的必要条件,对于人类健康和子代发育至关重要。在人类生殖细胞发生过程中(包括生殖干细胞的有丝分裂和生殖细胞的减数分裂),基因组会产生点突变、微卫星片段变异、结构变异(structural variation, sv)等多种变异,从而影响基因组的稳定性。其中,新近发现的亚显微水平的sv突变率高、变异程度大、覆盖人类基因组高达5-10%;拷贝数变异(cnv)为最常见的sv亚型。这些sv主要来源于生殖细胞发生过程中的dna损伤修复、错误复制、同源重组、染色体错误分离等多种途径,是神经发育异常、癫痫性脑病、以及自身免疫性脑病等重大疾病的重要致病因素。近年,nature和science等国际顶级期刊不断刊出sv的相关研究发现,提示sv正成为研究的热点。
随着高通量基因检测技术的出现,在多种全面性及局灶性癫痫患者中检测到一些较为低频的潜在致病性癫痫相关联的cnv,包括15q13.3、15q11.2、16p13.11、22q11.2区域中的cnv[50,51];既往认为原因不明的癫痫性脑病,5-10%发现cnvs并关联到相关基因。如mefford等[52] 利用高密度、全基因组寡核苷酸探针(comparativ genomic hybridization,cgh;roche nimblegen, madison, wi)对315例癫痫性脑病的患者进行了cnvs的检测和分析。通过收集eeg、影像学、癫痫、发育、既往史,对没有符合已知的癫痫综合征,但是有癫痫性脑病eeg的改变(高波幅、弥漫性慢波背景频繁的癫痫样放电),有发育落后或者倒退的eees患者进行cnvs的检测。结果发现25/315(7.9%)携带可能导致其临床表型的cnvs,其中50%是肯定的或可能的致病基因。研究中检测出的cnvs涵盖脑组织高度表达的基因,参与突触传递、轴突生长引导等,为可能的致病基因,但其临床意义有待进一步验证。比如临床确认的15q13.3和16p13.11的cnvs与癫痫高度相关,但是许多他们的父母也携带这个突变但是没有临床症状,提示也许有其他的基因或者非基因因素(如环境因素)在临床表型呈现上发挥作用。因此,这些cnvs是如何导致癫痫表型的?为什么同样的cnvs可以导致不同的表型(从癫痫性脑病到智力障碍、孤独症,或者完全正常表型)?这些问题目前尚不能回答,但是进一步研究、阐明这些问题,无疑将提高我们对癫痫性脑病发病机制的认识。
cnvs在癫痫性脑病的发病中意义重大,由于cnvs为稀有变异,且携带有cnvs的人群临床表现多样,因此华盛顿大学mefford教授提出我们将进入“genotype-first” 时代。换而言之,当临床上出现原因不明的eees,可以首先考虑进行cnvs、全基因组外显子测序等基因分析,通过高通量检测技术发现cnvs及其关联基因,给出基因诊断,进而通过对其基因型-表型关系的认识,再给出临床诊断,最后对候选致病基因进行深入的功能研究。
总之,目前国内对于不明原因eees基因-临床表型的认识不够,加之该类患儿的诊治对医疗、研究机构的设备、技术及经验水平均有较高要求,导致大量患儿得不到准确的遗传学诊断,而四处辗转就医。因此,迫切需要形成一个基础和临床相结合的学科群,加强对其病因、发病机制研究,规范诊断、治疗程序,提供产前咨询和产前诊断,进而将减少此类患儿的出生,减轻社会和患儿家庭的负担。新一代测序技术,如全基因组外显子捕获技术、全基因组拷贝数变异分析等为了解早期癫痫性脑病的遗传背景提供了可能,这些技术的临床应用可以提高临床诊断水平,越来越多的eees相关的基因将在未来被发现。
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