5 例GNAO1 基因相关疾病临床及遗传学分析

杨海波 文泳欣 章清萍 包新华

1.北京大学第一医院小儿外科（北京 100034）；2.广东省妇幼保健院康复医学科（广东广州 510010）；3.北京大学第一医院儿科（北京 100034）

GNAO 1基因变异最初报道与早发性婴儿癫痫性脑病相关，近年来的研究发现，存在GNAO 1基因变异的患者其临床表现具有异质性，除早发癫痫性脑病外，还可以表现为不伴癫痫发作的运动障碍等[1]。该基因变异所导致的疾病目前尚无特效治疗，深部脑刺激（deep brain stimulation，DBS）可缓解部分患儿的运动障碍。本病罕见，北京大学第一医院及广东省妇幼保健院自2017年9月至2021年1月共诊治了5例GNAO1基因变异患儿，并对其中两例在国内率先开展了DBS 治疗。现回顾分析5 例患儿的基因变异特征与临床特点，以及治疗反应，并结合文献探讨本病的治疗方法。

1 临床资料

5例患儿中男3例、女2例，8月龄～5岁7个月，平均3岁。分别来自无血缘关系家庭，所有患儿父母身体健康，均非近亲婚配，均无相关神经系统疾病家族史。所有患儿均为足月儿，出生史及母孕期无特殊。患儿的临床表现、辅助检查及治疗反应见表1。

表1 GNAO1基因变异患儿的临床特征

例1、例2 以早发性癫痫脑病为主要表现，分别于生后45天和9天出现癫痫发作，发作形式多样，包括局灶性发作、痉挛发作、强直发作等，发作频繁，每日发作数次至数十次。例3、例4 及例5 暂无癫痫发作。5例患儿均有锥体外系症状，首次出现时间为3个月～4岁，平均8.2个月。除例3主要表现为手足徐动外，其余4例均表现为肌张力不全。5例患儿均有严重的发育落后，例1 与例3 抬头不稳，例2 与例4尚不能独坐，例5为其中运动发育最好的患儿，于18月龄独走，但目前仍站立及行走不稳。例1、2、3均存在追视追听差；例4至今无语言，例5吞咽构音欠佳。

例2于6月龄行小儿神经心理检查提示大运动、精细动作、适应能力、语言、社交行为均发育落后。例4于4岁3月行Gesell发育评估提示适应性、大运动、精细运动、语言、社交均为极重度落后。其余患儿未行发育评估。

5例患儿均行脑电图检查，其中例1、例2脑电严重异常，分别为不典型高度失律和爆发-抑制图形；其余3 例脑电图未见痫样放电。5 例患儿均行头颅MRI检查、血尿代谢筛查，均未见异常。

为进一步明确病因，经家属知情同意，采用家系全外显子组测序的方法筛查患儿的基因变异。结果显示，5例患儿均存在GNAO1基因杂合变异，4例为错义突变，1例为剪切位点变异，分别是c.687C＞G（p.S229R）、c.810C＞A（p.N270K）、c.626G＞A（p.R209H）、c.124G＞A（p.G42R）和c.724-8G＞A。例1、例2、例3和例5的GNAO1变异为新生变异；例4 母亲未见相应位点的变异，由于缺乏父亲DNA 样本，其变异情况不详。上述所有变异经PolyPhen-2、SIFT和Mutation Taster预测均为有害变异。其中，例3（c.626 G＞A，p.R 209 H）与例4（c.124 G＞A，p.G 42 R）为既往文献已报道的致病变异；例5 的c.724-8G＞A变异在ClinVar数据库中收录为致病性变异，根据ACMG指南定义为疑似致病性变异；例1（c.687C＞G，p.S229R）与例2（c.810C＞A，p.N270K）的变异既往未见报道，为本研究新发现的变异，经ACMG指南判读定义为疑似致病性变异。

例1与例2以癫痫为主要表现，予多种药物抗癫痫治疗，包括促肾上腺皮质激素、丙戊酸钠、托吡酯、氨己烯酸、苯巴比妥、左乙拉西坦、拉考沙胺等，发作依旧难以控制，每日发作10余次。

例1与例2同时存在肌张力不全表现，例1未用药，例2 予左旋多巴治疗，疗效不明显，暂未行DBS治疗。例3 以舞蹈手足徐动为主要表现，目前在做DBS治疗的准备。例4、例5以肌张力不全为主要表现，曾予左旋多巴、盐酸苯海索治疗，症状无明显缓解，遂予DBS治疗。

例4、例5 分别于4 岁、5 岁2 月行DBS 治疗，选用北京品驰医疗设备有限公司的刺激器，植入电极型号为L 302，植入刺激器型号为G 102 R，治疗前后采用Burke-Fahn-Marsden肌张力障碍评估量表（Burke-Fahn-Marsden Dystonia Rating Scale，BFMDRS）进行评分，DBS 术后缓解率=（术前BFMDRS 运动评分-术后BFMDRS 运动评分）/术前BFMDRS 运动评分×100%。两例患儿术后定期随访评估疗效并调整程控参数（表2）。例4 植入靶点为双侧苍白球内侧核（globus pallidus interna,GPI），术后经影像融合提示植入点与术前计划完全吻合。患儿术前BFMDRS评估为77分，术后12个月BFMDRS评估为71分，改善程度为7.79%。考虑例4 行GPI-DBS 术后改善效果不明显，经科内专家讨论及综合评估，决定例5 的植入靶点为双侧丘脑底核（subthalamic nucleus，STN），术后经影像融合提示植入点与术前计划完全吻合。患儿术前BFMDRS评估为62分，术后1月BFMDRS评估为42分，改善程度为32.26%。

表2 DBS程控参数

2 讨论

GNAO 1基因编码G 蛋白的α 亚基多肽链O（Gαo），是脑内最常见的膜蛋白，占脑组织膜蛋白的1%，在脑组织内分布广泛，在海马、纹状体和小脑中高表达。Gαo亚基可与多种重要的G蛋白偶联受体（G protein coupled receptors，GPCRs）结合，包括γ-氨基丁酸B 型（GABAB）受体、α 2 肾上腺素能受体、腺苷A1受体和多巴胺D2受体等，在调节神经递质释放和神经发育中发挥重要作用。Gαo还参与多种信号通路的调节，如通过抑制腺苷酸环化酶下调环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平、抑制N型（Cav2.2）和P/Q型（Cav2.1）钙通道、调控神经递质囊泡释放等[2]，这或许是GNAO1变异致运动障碍的机制之一。此外，Gαo和Gβγ亚基还可结合内向整流钾(G protein-coupled inward rectifying potassium,GIRK)通道，以刺激通道开放，而GIRK通道异常与癫痫发作相关[3]，这可能是GNAO1突变导致癫痫性脑病的机制之一。

早在2013 年Nakamura 等[4]在大田原综合征及早发性婴儿癫痫性脑病17 型（early infantile epileptic encephalopathy，EIEE17,OMIM 615473）的患者中发现GNAO 1基因变异，随后研究发现GNAO 1基因变异还与神经发育异常伴不随意运动（neurodevelopmental disorder with involuntary movements,NEDIM,OMIM 617493）相关[5]。有研究显示肌张力低下和发育迟滞是GNAO 1变异患者最常见的临床表现，分别占已报道病例的68%和78%；此外，癫痫，智力障碍和锥体外系症状如肌张力不全、舞蹈手足徐动也是这类患者较为常见的临床表现。近期有文献指出，GNAO 1的基因型与临床表型有一定的相关性：在体外cAMP 调节实验中，GNAO1基因功能缺失性（loss of function，LOF）变异多与癫痫脑病相关，而正常功能性（normal function，NF）（仅指在HEK-293T细胞中下调环磷酸腺苷的功能，不排除其它功能异常）或功能获得性（gain of function，GOF）GNAO1基因变异则与伴或不伴癫痫发作的运动障碍相关[1]。迄今，已报道的GNAO1基因变异患者约50余例，女性稍多于男性，主要为新发变异[1]，但也有同胞携带同样GNAO1变异的病例报道，这可能是由于父母存在生殖细胞嵌合突变所致[6]。在已报道的GNAO1基因变异中，错义变异最为常见，其中p.G203、p.R209、p.E246是GNAO1基因变异致运动障碍表型的热点突变[1]。

本研究的5例患者中，2例患儿以难治性癫痫为主要症状，同时存在肌张力不全表现；2例患儿主要表现为肌张力不全，1例患儿主要表现为舞蹈手足徐动，无癫痫发作。5 例患儿均存在严重的发育落后。例1、例2表现为早发性婴儿癫痫性脑病，有严重的癫痫发作、发育迟滞，同时伴有肌张力不全的临床表现。其中，例1的基因变异c.687C＞G（p.S229R）既往未见报道，根据患儿的临床表现，推测该变异以功能缺失性变异的可能性大；例2 的基因变异c.810C＞A（p.N270K）虽然尚无文献报道，但其相同的氨基酸位点变异p.N270H已有报道，为功能缺失性变异[7]。例3、例4、例5以锥体外系症状为主要表现，同时伴有发育迟滞，暂无癫痫样发作。其中，例3 的变异c.626 G＞A（p.R 209 H）既往已有报道，为正常功能性（下调环磷酸腺苷的功能）变异[7]；例4的变异c.124G＞A（p.G42R）既往已有报道，为功能获得性变异[7]；例5的基因变异c.724-8G＞A在ClinVar数据库中已被收录，但尚无体外功能性实验验证的报道，根据患儿的临床表现，推测其为正常功能性变异或功能获得性变异的可能性大。需要注意的是，部分患者癫痫发病时间较晚，特别是早期以运动障碍为主要表现的患者，可到10岁后才出现癫痫发作[8,9]，本研究中3例以锥体外系症状为主要表现的患儿，后续仍需密切观察有无癫痫发作。

目前尚无针对GNAO1基因变异的特异性治疗，从机制上来说，Gαo偶联受体拮抗剂可通过抑制功能获得性的GNAO 1基因变异，从而减轻运动障碍患者的症状；相反地，Gαo偶联受体激动剂则可能对GNAO1基因变异引起的癫痫发作有效[1]。在运动障碍患者中，四苯喹嗪是最有效的药物，但其副作用限制了其广泛使用。此外，抗精神病药物（neuroleptics，如利培酮）可能对GNAO 1基因变异患者的舞蹈样动作有缓解作用[10]。既往研究报道托吡酯减轻了1 例患者的舞蹈样动作[11]，可乐定改善了2 例患者的运动障碍，而急性加重期患者似乎只对大剂量苯二氮卓类或麻醉类药物有反应[8]。本研究中2 例以癫痫为主要症状的患儿，均为药物难治性癫痫，多种抗癫痫药物无法控制发作；5 例患儿均有锥体外系症状，如肌张力不全、手足徐动，左旋多巴、苯海索等药物对锥体外系症状均无明显疗效。DBS 是治疗药物难治性的遗传性单基因肌张力障碍的安全有效的方法，截止到2021 年1 月，国外共报道了16例GNAO1突变相关疾病患者进行了Gpi-DBS治疗（8 例女性，8 例男性），患者年龄中位数为9.5 岁（5～17岁），术后患者的运动障碍都有不同程度的缓解[6,8-9,12-16]。对GNAO1突变患者DBS治疗长达数年的随访，显示DBS对GNAO1变异患者长期有效，特别是运动障碍方面有显著的疗效，提高了患者的生活质量。本研究中例4行GPI-DBS手术治疗后1年，肌张力障碍症状较术前改善不显著，其疗效与国外文献报道有差异，不排除与基因变异位点不同有关，既往文献报道的DBS有效的GNAO1基因变异多为p.R209、p.E237、p.E246等热点变异，本患儿所携带的p.G 42 R 变异尚未有DBS 术后疗效的相关报道。此外，本研究的随访时间较短，有报道随时间的延长DBS 的疗效会进一步提高。本研究还对例5 率先尝试了STN-DBS 靶点治疗，术后BFMDRS 评分较术前改善了32%，提示STN 也可作为GNAO 1基因变异患者DBS 的植入靶点。从本研究随访数据来看，STN-DBS对GNAO1基因变异患者的改善效果优于GPi-DBS，但需更大样本量的研究来评估两个靶点DBS治疗对GNAO1基因变异患者的疗效。

本研究提示GNAO 1基因变异患儿的临床表现存在差异性，且与基因变异存在一定的相关性。患儿可以癫痫为主要表现，也可以运动障碍为主要表现，但即便是以癫痫为主要表现的患儿，往往也存在锥体外系症状；此外，患儿普遍存在严重的智力运动发育迟滞。DBS 是药物治疗无效的锥体外系疾病的手段之一，对癫痫发作也有一定疗效，而GNAO1基因变异所致的癫痫和锥体外系症状药物治疗均无明显疗效，故可以尝试DBS 治疗。本研究中例5 行STN-DBS治疗，术后1月BFMDRS评分较术前下降约30%，是目前首例选择STN 靶点治疗的GNAO 1基因变异患儿，提示STN也可作为本病DBS治疗的靶点。有关DBS 对GNAO 1基因变异患者的疗效还需更多病例、更长时间的随访研究。