KCNT1基因相关癫痫研究进展

张 欣，李光健，林卫红

(吉林大学第一医院神经内科，吉林 长春 130021)

癫痫是由不同病因引起脑部神经元高度同步化，且常具有自限性的异常放电，以发作性、短暂性、重复性和刻板性的中枢神经系统功能失常为特征的综合征。神经元之间的电活动平衡主要由兴奋性和抑制性活动相互牵制形成，离子通道是担负中枢神经系统兴奋性活动即神经元动作电位的传导以及神经元间突触信号的传递的核心构件，任何离子通道的异常都有可能异化通道蛋白的正常功能，从而导致中枢神经系统电活动的失衡最终诱发异常同步化放电，引起癫痫发作。KCNTl基因编码钠离子(Na+)门控钾离子(K+)通道[1]。2012年HERON等[2]首次报道KCNT1突变所致癫痫。近年来研究[3-5]显示：KCNT1基因与多种局灶性癫痫综合征或具有癫痫表现的疾病有关。为进一步认识KCNT1基因相关癫痫，引起临床医生的重视，现将该病的研究进展做一综述。

1 KCNT1基因及其功能

KCNT1 又称Kna1.1[6],除胼胝体和黑质外，该基因在大脑内高度表达，其中脑干、小脑和嗅球中表达最为明显[7]。该基因位于人类染色体9q34.3，共有31个外显子，编码1个含有1 235种氨基酸残基的Na+激活的K+通道(Na+activated K+channel)的α亚基，是目前已知最大的K+通道亚基，该通道由6个跨膜片段(S1～S6)组成，S5和S6形成孔道，C末端区域为K+传导的调节结构域(regulators of K+conductance,RCK)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)结合结构域[8]，其中RCK由2个K+结构域电导调节器组成，当Na+浓度升高时构象变化[9]；NAD+结合结构域则通过NAD+的浓度改变调节通道对Na+的需求量[10]，C末端结构通过与FMRP蛋白相互作用调节通道的开放，导致重复激发后的缓慢的超级化，从而参与细胞的信号调控[11]。

KCNT1与KCNT2同为编码Na+激活K+通道家族蛋白的基因，有76%的结构相似性，两者共同形成一个四聚体通道，介导一系列神经元细胞的钠敏感性钾电流[8]。既往认为KCNT2突变会产生与KCNT1突变相似的表现，但近期研究[12-13]表明：KCNT1与KCNT2基因的表达模式及功能有差异，并不会产生上述表现。目前KCNT1的功能已得到初步阐明，但其具体机制仍待进一步研究。

2 KCNT1基因的致病机制

近年来，KCNT1突变所致癫痫的机制备受关注，迄今为止所描述的24个癫痫相关KCNT1突变都是错义突变，大部分位于KCNT1蛋白的功能域(图1，见插页一)，少部分位于功能域附近，如p.arg1106gln。其中位于NAD+结合结构域突变的患者往往表现出更严重的临床症状[10]。

KCNT1通道亚单位参与动作电位后的缓慢超极化及动作电位重复激发后的缓慢超极化，在KCNT1突变患者中，由于K+电流的增强导致长时间超极化，导致神经元兴奋及抑制失衡，从而诱发癫痫[14]。2015年BAUSCH等[15]通过小鼠模型的研究发现：KCNT1突变导致小鼠运动减少，反向学习记忆力和适应新环境的能力受损，但未出现癫痫发作。但采用人KCNT1转录物进行体外功能研究[16]表明：在KCNT1突变患者体内发现电流幅度增强3～22倍。除突变P.Phe932ile外，所有突变位点均表现出通道功能的增加，导致癫痫发作[16-17]。不同KCNT1亚型的电生理特性导致KCNT1突变的不同表现，KCNT1通道有2个亚型，分别为Slack-A和Slack-B[6]。Slack-A去极化后可被迅速激活，由于突变导致Slack-A功能的增加导致更快速的去极化，从而导致整个大脑动作电位的神经元放电率增高，这可能是某些癫痫患者癫痫发作的原因之一；Slack-B在额叶皮质中广泛表达，突变导致其功能破坏，且缓慢的激活促使神经元节律性放电，从而诱发癫痫发作[8,18]。

KCNT1突变患者往往伴有智力和精神障碍，KCNT1突变导致与FMRP蛋白相互作用的异常目前认为与患者的认知精神障碍有关[19],当人类缺少FMRP蛋白时会导致脆性X综合征，多表现为中度到重度的智力障碍、言语障碍和大耳朵等，具体致病机制仍需进一步研究。

3 KCNT1相关癫痫的临床研究进展

3.1 KCNT1基因相关的遗传性局灶性癫痫

遗传性局灶性癫痫是一类具有单基因遗传特点的局灶性癫痫综合征，近年来随着基因检测技术的发展，有2种KCNT1相关的遗传性局灶性癫痫被报道，分别为婴儿恶性迁移部分发作癫痫和常染色体显性遗传夜间额叶癫痫(autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy, ANDFLE)。

3.1.1 婴儿恶性迁移部分性发作癫痫 婴儿恶性迁移部分性发作癫痫也称婴儿癫痫伴游走性局灶性发作(epilepsy of infancy with migrating focal seizures,EIMFS)由COPPOLA等于1995年首次报道[20],该病发病率低，临床表现有以下几个特点：①出生后6个月内起病;②频繁的、游走性的和多种类型的局灶性发作;③发作期脑电图表现为游走性和多灶性放电;④智力、运动发育落后或倒退;⑤对抗癫痫药物疗效不佳;⑥通常预后不良,死亡率高；⑦查体及影像学检查多无特异表现[21-22]。EIMFS预后不良，部分患儿死亡原因为并发感染和呼吸系统衰竭，部分患儿死于癫痫性猝死和癫痫持续状态。

目前已发现8个EIMFS的致病基因，分别为KCNT1、SCN1A、SCN2A、SCN8A、PLCB1、SLC25A22、TBC1D24和SLC12A5[20]，国内外共报道38例KCNT1阳性的EIMFS患儿，共18种突变，均为错义突变。BARCIA等[23]首次通过全外显子组测序法对12例EIMFS患儿KCNT1基因进行检测,发现6例患儿存在该基因的突变 (P.Ar9428Gln 3例，P.Ala934Thr、P.Ar9474His和P.Ile760Met 各1例)，该基因突变影响KCNT1的C末端区域，导致K+通道的结构性激活，使通道功能增强。2013年ISHII等[24]发现2例EIMFS 患儿有KCNT1基因错义突变，分别为C.862G>A/p.Gly288Ser，该突变影响KCNT1离子通道的结构蛋白，使K+通道功能增加。2015年MOLLER等[25]报道了10例 KCNT1基因突变的EIMFS患儿(P.Gly288Ser 3例， P.Ar9398Gin 2例，P.His257Asp、P.Ar9262Gln、P.Ar9428Gln、 P.Ala934Thr和P.Ar9950Gln各1例)；同年OHBA等[26]通过基因测序技术发现11例KCNT1突变患者，其中有9例为EIMFS。2016年LIM等[8]研究发现： KCNT1基因突变阳性率可达39%(28/71)，为EIMFS的主要致病基因。2017年MADAAN等[27]及KAWASAKI等[28]研究发现：KCNT1突变的EIMFS除有较严重的癫痫外，还多伴有其他并发症，如心力衰竭和咯血等。

EIMFS患者致病基因来自有着种系嵌合体或表型较轻的杂合子的非患病父母[10]。因此临床上多数患者可能为阴性家族史，需临床医生根据患者的临床症状及辅助检查综合诊断，及早行基因检测，以防止漏诊和误诊。

3.1.2 ADNFLE ADNFLE于1981年首先由LUGARESI等[29]报道，是第一个被发现的致病基因的癫痫综合征，其发作特点为夜间成串、刻板且短暂发生的运动发作(20～50s)[30]，查体及影像学检查多无异常，发作期脑电图多表现为额区或以额区为主的局灶性或继发全面性痫样放电，常见的节律为阵发性棘(尖)波或者棘(尖)慢波,棘波多为8～11Hz，发作间期脑电图多正常，睡眠期脑电图偶尔可见癫痫样放电[10]。KCNT1突变的ADNFLE患者通常有更严重的临床症状，包括较早的癫痫发作年龄、更频繁的癫痫发作、智力及精神障碍、抑郁、焦虑、注意力缺陷和多动症[8]。

迄今为止，已鉴定出ADNFLE的可能致病基因有CHRNA4、CHRNB2、CHRNA2、KCNT1、DEPDC5和CRH，目前已发现的导致ADNFLE的KCNT1突变位点有c.862G>A、c.2386T>C、c.2688G>A和c.2782C>T。2012年HERON等[2]应用全基因组外显子测序技术结合连锁定位分析发现KCNT1为可能的ADNFLE致病基因,2014年MILLIGAN等[18]利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)检测发现KCNT1突变导致锥体神经元的放电频率增加、中间神经元兴奋性抑制减弱使得网络系统去抑制，从而引起癫痫发作，2015年MOLLER等[25]发现了1例KCNT1突变的ADNFLE的散发病例，强调在偶发环境中均可能会出现KCNT1突变[25]。2017年EVELY等[31]通过全外显子测序的方法首次证实KCNT1突变导致通道的膜表达明显降低。

与EIMFS不同的是，ADNFLE患者的致病基因多遗传自同样患病的父母[10]，若家族史为阴性的ADNFLE患者临床需考虑是否未识别家系成员的疾病，或是外显率降低，也可能为患者新发突变或父母是种系嵌合体，需进一步行基因检测。

3.2 KCNT1基因相关的其他癫痫

随着基因测序技术的发展，越来越多的KCNT1基因突变导致的癫痫被发现，West 综合征是婴儿期常见的儿童癫痫脑病，以3～6个月为发病高峰，临床上以抽搐发作伴精神运动发育迟缓为特征，已发现的病因多为结构性异常[32]。日本研究者OHBA等[26]于2015年发现1例West综合征患者存在KCNT1突变(c.1421G>A)，虽然目前仅发现1例West综合征患者存在该基因突变，但根据该病的遗传异质性，应将KCNT1基因列入该病的致病基因中。

Ohtahara综合征(Ohtahara syndrome)又称大田原综合征，发病率低，其主要特点为出生3个月内特别是新生儿期发病，患者多为先天性的脑结构异常，临床表现多为频繁的成串或单次强直痉挛发作，脑电图上表现为清醒和睡眠中均可见到的爆发抑制波形，治疗困难，预后差[33]。1例Ohtahara综合征患者被发现存在KCNT1错义突变(p.Ala966Thr)[25]，该突变使通道电流大幅增加，导致患者严重的癫痫发作。

ARAI-ICHINOI 等[34]在1例严重迟发性髓鞘形成患者、1例有难治性癫痫的白质脑病患者和2例髓鞘发育不良患者(其初始症状均为癫痫)中，经基因测序的方法鉴定了新发性KCNT1杂合子突变；2018年SHI等[35]在1例良性癫痫伴中央颞区棘波(BECT)患者中发现KCNT1突变；2019年RUBBOLI等[36]发现1例KCNT1突变患者有脑皮质发育不良，并认为KCNT1相关癫痫致病机制除了离子通道的异常外，还与突变所致的皮质发育畸形有关；2019年JIA等[37]在1例诊断为Lennox-Gastaut综合征患者中发现KCNT1突变。上述发现进一步证明KCNT1突变具有多样的表型，可引起广泛多样的癫痫。

3.3 KCNT1基因相关癫痫的临床特点

根据现有的KCNT1相关癫痫的病例报道，总结出该类疾病总体上有以下几个特点:①多为常染色体显性遗传；②表型多样，KCNT1基因突变既可以导致皮质发育不良，又可以导致脑结构正常的癫痫综合征[10]；③多为局灶性发作，临床症状重，起病年龄小；④多伴有精神行为异常；⑤抗癫痫药物疗效相对较差；⑥多伴有先天性发育异常[38]。

4 KCNT1基因相关的其他疾病

KCNT1作为在全身广泛分布的K+通道，与心脏节律有密不可分的关系，2014年1例诊断为心律不齐-布鲁加达综合征(BRS)患者通过基因测序的方法发现了一个新的KCNT1杂合子错义突变P.arg1106gln[39]。2015年MOLLER等[25]报告了KCNT1突变的ADNFLE患者具有类似于BRS的心律失常特征，且同一家族的另一成员死于突发性癫痫(SUDEP)。上述研究[39-40]表明：KCNT1突变可能参与了心脏动作电位调节，从而导致心律失常。

在癫痫患者中发现了2个已知的多引起心律失常的SCN5a和KCNH2基因突变。2009年AURLIEN等[41]在1例特发性癫痫患者中发现SCN5a基因突变，经过随访得知该患者死于SUDEP，后续在有着BRS患者和癫痫患者的家族中发现SCN5a突变[41]。2010年HERON等[42]在1例有着癫痫和长QT综合征(LQTS)的患者中发现SCN5a基因突变。2009年JOHNSON等[43]报道了1例KCNH2基因突变导致的LQTS患者，该患者同时伴有癫痫发作。由此可见，遗传导致的癫痫和心律失常之间有密切联系，需要进一步的研究来阐明其中的关系，同时建议存在KCNT1基因突变所致癫痫的患者完善心脏相关辅助检查。

5 KCNT1基因相关癫痫对临床工作的启示

局灶性癫痫是癫痫中最常见的类型，自1995年首个局灶性癫痫致病基因CHRNA4被鉴定以来，随着基因测序技术的发展，越来越多的致病基因被陆续发现。近年来国内相关的病例报道提示KCNT1基因突变在我国人群中可能并非罕见，由于其临床表现复杂多样且不典型，需在临床工作中高度重视。

KCNT1呈不完全外显率。2015年OHBA等[26]报道1例早发性癫痫性脑病(EOEE)患者母亲是正常人，经检测含KCNT1基因突变的种系嵌合体，其血液、唾液和指甲样本中的含量为14%～29%，结果表明：KCNT1基因突变的表现形式多样，从完全正常的个体到ADNFLE，到临床症状重、死亡率高且预后不良的疾病，如恶性游走性部分性癫痫(MMFSI)或其他EOEE。这不仅仅归因于突变位点不同导致产生不同氨基酸，同时也归因于KCNT1基因突变多样化的表型，即使是在单一家族中，基因相似且突变位点相同的患者仍表现出差异较大的临床症状。因此，在临床上需注意KCNT1基因突变的存在，遇到可疑病例应及早行基因检测，以助患者早期的诊断治疗，同时有助于对该基因进一步的认识。

KCNT1基因相关癫痫患者中药物难治性癫痫的比例相对较高，而目前其治疗方面的研究仍较少，KCNT1相关的癫痫通常对常规抗癫痫药不敏感，司替戊醇、苯二氮卓类、左乙拉西坦和生酮饮食通常疗效良好，奎尼丁作为K+通道阻滞剂可改善异常的通道功能，从而达到治疗效果。3例KCNT1基因突变的药物难治性癫痫患者接受奎尼丁治疗，2例MMFSI患者在奎尼丁治疗后癫痫严重程度及发作频率明显改善，其中1例患者在用药后4个月内无癫痫发作，另外1例患者癫痫发作频率降低80%，该2例患者的生长发育同样有所改善[44]。2018年YOSHITOMI等[45]报道了4例KCNT1基因突变所致癫痫，给予患者奎尼丁治疗后，仅有1例患者癫痫发作频率下降，但随着剂量的增加，有2例患者出现心律失常。因此，在使用奎尼丁时必须谨慎，奎尼丁作用于多个K+通道，包括心脏中的K+通道，可能导致延长QT间期，导致心律失常[46]。2018年NUMIS等[47]对4例KCNT1基因突变所致EIMFS患者给予奎尼丁治疗，无明显治疗效果。MULLEN等[48]研究证实：奎尼丁对成人和青少年ADNFLE患者治疗无效且可导致心脏骤停等不良后果，因此，对于KCNT1基因突变的癫痫患者仍需寻找一种比奎尼丁更安全、更有效、有良好血脑屏障穿透能力和更有针对性的替代药物。

综上所述，KCNT1基因相关癫痫作为由离子通道编码基因突变引起的遗传性局灶性癫痫，具有许多不同于经典的遗传性癫痫的特征。尽管KCNT1基因相关癫痫已日益受到关注，但其复杂的临床表现和遗传方式仍给该病的诊断和治疗带来挑战。随着基因检测技术的进步和癫痫遗传学研究的进展，进一步了解KCNT1基因相关癫痫致病机制和针对钾离子通道开展精准治疗研究，具有重要的临床指导意义。