作者：曾敏怡，导师：廖卫平
单位：广州医科大学神经科学研究所 广州医科大学附属第二医院
来源：广州医科大学硕士学位论文
论文提交日期：2014年5月
文献导读：
本文选自廖卫平教授指导硕士生论文的前沿和综述。原文70页，旨在探讨在SCN1A基因上不同位置的截短突变能否激发无意义密码子介导的mRNA降解(NMD)机制，以及研究NMD与临床表型的关系。
为什么要关注截短突变？截短突变包括移码突变和无义突变。廖教授指导的另一篇博士论文中这样说：“相比错义突变，截短突变对蛋白功能的干扰及影响更为严重，几乎所有的SCN1A基因截短突都会引起相对比较严重的临床表型，如Dravet综合征”，了解致痫机理可以帮助我们更好认识疾病；但关于突变类型和临床表型的关系，科学家们还没有确切的结论，还请大家不要诉诸情绪，理性看待。
囿于篇幅，难免出现断章取义的可能，请感兴趣的朋友后台回复索取原文。
- 电压门控型钠离子通道
电压门控钠通道与动作电位的产生和传播有密切的关系，控制着细胞的电兴奋性，因此电压门控钠通道在神经元异常放电所致的癫痫疾病中起着重要作用。
哺乳动物的电压门控钠通道由1个α亚基和1个或多个β亚基组成。α亚基是一个大分子蛋白，它包含一个介导离子通过的孔区并且可以在没有β亚基的辅助下发挥钠离子通道的功能。
目前在哺乳动物中9个不同的电压依赖钠离子通道已经被克隆，它们分别由同一家族的9个基因编码（SCN1A–SCN11A）。其中SCN6A和SCN7A表示相同的基因，编码一种非电压门控钠通道。
而电压门控钠通道α亚基由九个基因编码，该基因编码的9个不同亚型，编码的蛋白命名分别为Nav1.1到Nav1.9，由相应基因编码的Nav1.1、Nav1.2、Nav1.3、Nav1.6主要在中枢神经系统表达，其他亚型在周围神经系统、骨骼肌和心肌中表达。
在中枢神经系统的亚型因发育的不同而有不同时、空分布。Nav1.1成为出生后不久即可检测到，并且继续增加至成年。Nav1.2在胚胎发育过程中即可检测到，且成年达到最高水平。Nav1.3通常被认为是胚胎亚型，因为出生时其表达高峰，在成年老鼠通常检测不到，但人类在成年一直在较低水平。在成年大鼠背根神经节损伤后和一些癫痫鼠模型，其神经系统也观察到Nav1.3的表达。Nav1.6胚胎后期和产后早期阶段表达，而且在成年时高水平表达。
其中SCN1A基因编码的蛋白命名为Nav1.1，Nav1.1主要表达在抑制性中间神经元，主要位于神经元的胞体部位，负责整合来自树突的刺激信号，建立动作电位产生和传播的阈值。
Nav1.1是由四个高度同源的结构域（Ⅰ～Ⅳ）通过胞内连接环相连组成，每个结构域含有6个跨膜片段（S1～S6），其中序列保守且富含正电荷氨基酸残基的S4区充当通道激活的电压感受器，当去极化时可导致S4片段跨膜移动，从而引起通道激活。S5和S6之间形成反向平行的β折叠附于孔道内壁，称为“孔区”，这一结构决定对离子的选择性。
4个不同的辅助性β亚基（β1-β4）由基因SCN1B–SCN4B基因编码，在成人中枢神经系统α亚基一般连有β1和β2亚基。β亚基调节通道的门控和细胞的定位。有研究报道在GEFS+家系中发现了编码钠离子通道β亚基的SCN1B基因突变。SCN1B基因也是癫痫的致病基因之一。
- 突变形式对钠通道功能的影响
Dravet综合征是一种难治性的癫痫综合征，国内外研究资料显示，目前已经明确SCN1A是Dravet综合征的重要致病基因之一，大部分为新生突变，约70%-80%的Dravet综合征患者携带SCN1A基因异常，其中包括：截短突变()、错义突变、移码突变、剪切位点突变等多种基因突变形式。
在Dravet综合征患者中，大约50%的SCN1A基因突变为截短突变，由无义突变和移码突变引起蛋白翻译被提前终止从而生成没有功能的截短蛋白，导致一半的Nav1.1功能丧失，从而引起症状较重的癫痫表型。而错义突变占42%，剪切位点突变占11%。而Catterall等人亦提出在SMEI患者的突变中，超过半数以上是由于提前的终止密码和缺失突变产生钠通道功能丧失。因此，从文献报道可知SCN1A基因的截短突变与Dravet综合征的发生密切相关。
目前SCN1A基因截短突变对钠通道功能的影响机制存在两种假设，包括单倍剂量不足和显性负效应。
单倍体不足是指单一拷贝正常基因翻译的蛋白质不足以维持正常功能，是导致人类疾病发生的一个重要因素。基因敲除以及截短突变的SCN1A基因杂合突变小鼠都能发生严重的癫痫提示单倍剂量不足是导致癫痫的原因。另外，McArdle等人在携带SCN1A基因突变c.3608delA的癫痫患者的脑组织中检测到正常表达的SCN1A截短突变mRNA，但没有检测到Nav1.1的截短突变蛋白，提示截短蛋白缺失不是由于RNA的转录水平所致，他们研究结果认为SCN1A基因移码突变所产生的截短蛋白未被发现，说明单倍体剂量不足是该疾病最主要机制。
另一方面，Kamiya等人通过体外研究发现SCN2A的R102X截短蛋白可能通过蛋白骨架相互作用而影响钠通道的功能，对野生型钠通道产生显性负效应。而Kang等人发现在GEFS+患者的GABRG2(Q351X)突变同样具有显性负效应。因此，可以推测SCN1A基因截短突变也可能通过截短蛋白对野生型蛋白的显性负效应而导致癫痫发生。
然而，McArdle等人[9]在携带SCN1A基因突变c.3608delA的Dravet综合征患者的脑组织中没有检测到Nav1.1的截短突变蛋白，所以仍需进一步体外实验提供更多依据。
编者注：显性负性效应学说认为,在两个等位基因中如果一个基因突变,一个基因保持野生型,即使突变的基因完全失去功能,理论上这一对等位基因仍应保留有50%的功能。但在某些情况下突变的蛋白质不仅自身不能发挥其正常的生理功能,还使正常蛋白质也不能发挥功能,这种蛋白质相互作用中的干扰现象称为显性负效应。（信息来源：CNKI知识元）
参考文献：（略）