作者：周艺综述，罗朝辉，肖波审校
单位：中南大学湘雅医院神经内科
期刊：《中风与神经疾病杂志》
期别：2015年12月第32卷第12期
文章导读：
接下来，我们将用几篇文章走近神经领域基础医学的大门，探索基因突变会给门控钠离子通道结构带来何种改变，而结构的改变又与癫痫发作及共患病有怎样的关系。放轻松，这些内容刚看的时候会有点辛苦，但带着前所未有的求知欲多读几次，门控钠离子通道也会成为我们的朋友。
癫痫是一种以脑部神经元异常放电为特征的慢性神经系统疾病，按照病因学分类可以分为遗传性癫痫和结构代谢性癫痫，遗传性癫痫是指一类自限性的癫痫综合征，大部分与遗传因素有关；结构代谢性癫痫则指由明确的结构性或者代谢性的病因所导致的癫痫。
离子通道的结构和功能改变与癫痫的发生发展有着密切的联系,而其中的电压门控钠离子通道（voltage-gated sodium channel, VGSC或Nav）在动作电位的产生以及传播中起到了至关重要的作用，这主要是由于其对膜电位变化的敏感性和产生动作电位的快速性所决定的。目前的研究发现，许多癫痫综合征都与Nav的基因有关，本文就Nav的基因与癫痫的关系做一简要综述。
- 电压门控钠离子通道的结构和功能
Nav是一种广泛存在于全身的可兴奋细胞如骨骼肌、心肌和神经细胞中的跨膜蛋白，由一个α大亚基和两个β小亚基构成。
α大亚基是功能性亚基，大约由2000个氨基酸构成，在遗传上高度保守。每个α亚基都有4个同源结构域(DI～IV)，这4个结构域互相连接形成的一个中空的可供钠离子通过的孔型通道，其中连接Ⅲ和Ⅳ的一胞内袢环跟离子通道的失活有关。每个结构域都由6个α螺旋跨膜片段(S1～6)构成，其中S4有着类似电压传感器的作用；S5～6之间的存在一短的氨基酸片段，这一片段决定离子通道的选择性。
哺乳动物的α亚基有9种不同的异构体，由不同基因编码(Nav1.1/SCN1A、Nav1.2/SCN2A、Nav1.3/SCN3A、Nav1.4/SCN4A、Nav1.5/SCN5A、Nav1.6/SCN8A、Nav1.7/SCN9A、Nav1.8/SCN10A、Nav1.9/SCN11A)。SCN1A～3A基因均位于2q23～24区。
α亚基连接有1个或者多个β亚基，β亚基为一跨膜片段，胞外有IgG样胞外袢环，胞内有C-端。其作用主要体现在调控α亚基在细胞膜上的分布、调控通道的电压门控性和动力学性质等方面。同时，β亚基还具有粘附分子的功能，通过与细胞外基质结合调节细胞的迁移。
现在已经克隆出了4种不同的β亚基，分别由不同的基因编码(β1/SCN1B、β2/SCN2B、β3/SCN3B、β4/SCN4B)。
研究发现，在非洲爪蟾卵母细胞中存在单独表达的α亚基，并且具有钠离子通道的活性，但β亚基却只有通过跟α亚基结合才具有钠离子通道活性，故现在对于Nav的研究主要集中在对α亚基的研究中。
- 电压门控钠离子通道基因与癫痫
Nav1.1、Nav1.2、Nav1.3、Nav1.6主要表达于中枢神经系统，以前认为Nav1.5只特异性的存在于心肌细胞中，近年来发现其在中枢神经系中也有着广泛的表达。Nav基因的结构发生改变与癫痫密切相关，概述如下。
2.1 SCN1B与癫痫
第一个发现的与癫痫有关钠通道基因是SCN1B，1998年，Wallace等报道了在癫痫伴热性惊厥叠加综合征(generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+)的一个家系中发现了β1亚单位的突变。
连锁分析将基因位点定位与染色体19q13.1，对位于此区的SCN1B基因进行筛查，发现了第3外显子的点突变C387G，这使β1亚单位的胞外结构域发生了C124W的突变，从而破坏了维持蛋白结构域的二硫键，β1的功能发生缺失。
2009年，在一Dravet综合征患者中发现了SCN1B的突变(p.R125C)，此患者是纯合突变，故推测这个突变是常染色体隐性遗传的突变，这是一个功能性的无义突变，通过功能基因的失活可以导致该综合征的发生。
2012年，Ogiwara等通过对67位Dravet患者的基因筛查，又发现了一个SCN1B基因的纯合突变(p.I106F)，当异亮氨酸突变为苯丙氨酸后，由于苯丙氨酸有较大的苯环，故影响了β1亚单位和细胞外粘附分子的相互作用，从而导致了神经细胞的高兴奋性。
Brackenbury等研究发现，SCN1B基因敲除的大鼠在出生后10d即可以表现出严重的自发痫性发作。与正常大鼠相比，敲除SCN1B的大鼠在神经细胞的增殖、迁移中出现了异常，故推测由SCN1B基因突变引起的GEFS+很可能跟神经细胞异常的增殖、迁移有关。
2.2 SCN1A与癫痫
在所有编码Nav的基因中，SCN1A与癫痫有关的基因突变的数量是最多的，同时SCN1A也被认为是与癫痫的关系最为密切的一个。
在众多与癫痫相关的疾病中均有报道：Dravet综合征(DS)又称婴儿严重肌阵挛癫痫(severe myoclonic epilepsy ininfancy，SEMI)，大约85%的DS患者有SCN1A基因的突变，SCN1A基因突变最常见(大约70%)的显型也是DS。
在DS患者中最常见的基因突变类型是无义突变和框移突变，其次是错义突变，缺失突变和剪接位点的突变少见。同时，Nav1.1的C-端、跨膜段、胞内段和N-端都可出现SCN1A基因的突变。
边缘型SEMI(borderline SEMI，SEMB)是一种临床表现类似于SEMI的癫痫综合征，对于那些SEMI的诊断依据不足的患者就可以诊断为SEMB。由于SEMB患者的数量较少，故在这些患者中发现的SCN1A的基因突变也较少，其中常见的基因突变类型有蛋白截断突变、错义突变。
2000年，Escayg等首次报道了在GEFS+家系中发现的SCN1A基因的突变。在后来的研究中发现，几乎所有的与GEFS+相关的SCN1A基因突变类型都是错义突变，与DS患者的基因突变不同的是，GEFS+患者SCN1A的基因突变主要集中在Nav1.1的胞内段。大约5%～10%GEFS+家系中可以发现SCN1A基因的突变。
上述一系列突变都是通过影响钠通道的功能，导致其在复活或者失活阶段出现异常，从而出现痫性放电。由于Nav1.1在抑制性中间神经元的表达明显高于在兴奋性神经元中的表达，故研究者们开始关注选择性Nav1.1激动剂在癫痫治疗中的潜在应用。
2.3 SCN2A与癫痫
良性家族性新生儿婴儿惊厥(benign familial neonatal-infantile seizures，BFNIS)是一种介于良性家族性新生儿惊厥(BFNS)和良性家族性婴儿惊厥(BFIS)之间的一种癫痫综合征，同时也是SCN2A突变最常见的一种表型。
目前已知的SCN2A的突变类型绝大部分为错义突变。Heron等报道了1例伴有智力发育障碍的BFNS患儿的基因拷贝数目的变异，SCN2A基因刚好位于此突变区，这种基因拷贝数目的变异扩大了SCN2A基因的突变谱；SCN2A的基因突变(N1001K)也可存在于BFIS的家系中，这也表明BFNIS和BFIS在临床表现上是有重叠的。首次在GEFS+患者中发现的SCN2A基因突变是一错义突变(R187W)，由于第187位的高度保守的精氨酸变成了色氨酸，从而导致了此综合征的发生。
2009年，Shi等在3名Dravet综合征的患者中发现了3个SCN2A基因的突变位点，其中两个同时合并了SCN1A基因的突变，另一个则没有合并SCN1A基因的突变，这一患者有新发的SCN2A基因的错义突变(c.3935G＞C:R1312T)，突变的区域位于DIII结构域的第4段跨膜区，而这一区域有着电压传感器的作用，故此突变通过影响Nav1.2的功能导致该综合征的发生。
由于SCN2A的转基因大鼠Q54(GAL879-881QQQ)在海马区域存在有神经元的丢失以及胶质细胞的增生，因此被认为是研究中央颞叶癫痫的理想模型，故猜想Nav1.2的改变是否可以导致家族性中央颞叶癫痫，但是通过对57名家族性中央颞叶癫痫患者的基因进行关联分析却否定了这一猜想。
2.4 SCN3A与癫痫
SCN3A基因突变与癫痫关系的研究起步较晚，直至2008年，Holland等在隐匿性儿童部分发作的患儿中发现了K354Q这一突变，突变位于DI结构域的S5～6之间的连接区域，而这一区域决定了离子通道的选择性，进一步的研究表明，此突变增高了Nav1.3的持续性电流，降低了动作电位的阈值，同时导致了自发发作和阵发性去极化漂移。
最近，Carlos等在儿童局灶性癫痫患儿中发现了4种新发突变(R357Q、D766N、E1111K和M1323V)，其中，R357Q这一突变使电流密度明显减少，E1111K这一突变则增加了持续性的钠电流，通过电生理学进一步得知，这4种突变在缓慢的去极化电压的作用下都表现出了异常的电流激活，从而降低神经细胞的兴奋阈值，最后导致了神经系统的高兴奋性网络的形成。
在自发性癫痫大鼠(spontaneously epileptic rat，SER)的海马区域，可以发现Nav1.3较正常大鼠表达上调，虽然其上调的机制需要进一步的研究，但是这一结果表明SER海马区域Nav1.3的表达变化可能参与了癫痫的发生发展过程。
2.5 SCN5A与癫痫
2009年，Aurlien等在1例伴有长QT综合征的癫痫患者中检测到SCN5A基因的突变(p．R523C)，这一突变使高保守区域的碱性的精氨酸变成了中性的半胱氨酸，但是癫痫和此基因突变之间的关系还需要进一步的探究。
2013年，Parisi等在伴有Brugada综合征的癫痫的家系中发现了一个SCN5A基因的无义突变(p．W1095X，c．3284G＞A)，而这一突变被认为与心脏及脑部的病变有关。
2.6 SCN8A
与癫痫以前关于SCN8A的研究主要集中在精神疾病与运动障碍性疾病中，2007年，Martin等通过对两种SCN8A基因突变大鼠(SCN8Amed、SCN8Amed-jo，均属无义突变)的研究发现，这两种大鼠均表现出阈电位值的升高，即对癫痫的易感性降低。
2009年，Hal等在电点燃大鼠癫痫模型中发现，点燃成功的大鼠海马CA3区的Nav1.6表达增高，同时，SCN8A基因突变大鼠(SCN8Amed)则不易成功点燃，这就说明Nav1.6能增强海马细胞的兴奋性，在癫痫的发展过程中有着重要的作用。之后，Veeramah等人的研究也表明，Nav1.6的活性增高可以导致神经系统兴奋性的增加。
近两年来，通过对散发病例的基因测序可以发现，在早发型癫痫性脑病(early-onset epileptic encephalopathy，EOEE)的患者中，可检测出若干SCN8A基因的突变。故SCN8A与癫痫之间也有着密不可分的联系。
癫痫的病因复杂，兴奋功能与抑制功能的病理性失衡被认为是其中主要的发病机制，而离子通道则是体内兴奋性调节的基础。近年来，随着研究的不断深入以及神经生物学、分子遗传学等的发展，VGSC在癫痫发生发展中的作用越来越受到重视。临床上许多的抗癫痫药物都是以钠离子通道为作用靶点，故通过对这一靶点更加深入的研究，对于指导临床用药等方面具有重大的意义。
参考文献：（略）