癫痫从基因检测到精准医学

癫痫（Epilepsy）是由于脑部神经元阵发性过度放电而引起的发作性、短暂性脑机能失调，表现为抽搐，感觉、意识、行为等方面的异常，是一类以反复发作（seizure）为常见症状的疾病。由于癫痫包括大量不同的综合征和癫痫发作类型，再加上不同个体对治疗的反应不同，使得这类疾病的治疗常常具有挑战性。在过去的二十年中，研究发现超过一半的癫痫病患者有遗传病因，大多数遗传性癫痫病患者（包括局灶性、病灶性、特定癫痫性发育性脑病）发现携带有离子通道（ionchannels）或神经递质受体（neurotransmitterreceptors）的单基因缺陷。

目前，有几种基因检测方式可用于癫痫的病因诊断，包括基因芯片、全外显子测序（WholeExomeSequencing，WES）和全基因组测序（WholeGenomeSequencing，WGS）。反过来，这些技术也推动了癫痫病遗传病因的发现，并加深了我们对许多癫痫病分子机制的了解，也为部分综合征比如Dravet综合征（也称为婴儿严重肌阵挛性癫痫）、吡哆醇（维生素B6）依赖性癫痫和葡萄糖转运蛋白1缺乏症等的精准治疗提供了靶点。然而，上述疾病毕竟只代表了癫痫病中相对较少的一部分。迄今为止，癫痫病的精准医学主要集中在癫痫发作的控制上，而其它临床方面，例如神经发育和神经精神并发症等方面仍需进一步解决。在这里，我们总结了关于癫痫病相关基因检测以及部分癫痫病治疗方法的最新进展。在未来的几年中，随着精准医学（precisionmedicine）的发展，相信将会对癫痫病病因和治疗有更深入的理解。

概述

癫痫病是一种慢性神经系统疾病，影响着全世界约0.5–1％的人口（约50,,人），在病因、临床表现、治疗方法和预后等方面都表现出异质性。癫痫治疗主要是避免和防止癫痫发作。然而，尽管在过去的二十年中，药物治疗有了长足的发展，但仍有约30％的患者反复发作，引起严重的健康、经济和社会问题。

在最近的二十年中，遗传技术的发展，例如基因芯片和大规模队列研究，已经确定了几种癫痫综合征的病因，发现所有癫痫症中有一半以上由遗传因素导致，离子通道或神经递质受体中的单基因缺陷与几种遗传性癫痫病有关，包括以前被归类为“特发性”的那些，还包括一些局灶性和病灶性以及特定癫痫性发育性脑病。

精准医学一词旨在针对患者特殊的情况实施有针对性的疗法，换句话说，即治疗的个性化，针对不同的发病机制有着不同的治疗方案。这种方法将使医生可以更准确地预测针对特定疾病的哪种治疗和预防策略将在特定人群中起作用。它与“一刀切”的方法形成鲜明对比，“一刀切”的治疗方法是针对普通人开发的，很少考虑或根本不考虑个体之间的差异。尽管精准医学已经在少数几个领域中有所应用，但其范围仍然非常有限。

鉴于已经发现了大量基因与癫痫病有关，因此这也为其个性化治疗提供了极好的机会，但也具有很大的挑战性，因为脑是人体最复杂的器官，另外在基因表达数量上，与其它器官相比，脑中表达的数量最多。

临床评估：精准治疗第一步

精准医学依赖于患者的数据。因此，仔细评估临床表型是癫痫患者个性化治疗的第一步，也是至关重要的一步。这些数据主要包括四个方面：1）家庭和个人病史；2）临床检查；3）癫痫发作症状；4）仪器辅助检测。

家族史可能表明家族性癫痫的遗传模式，以及相关亲属的遗传风险信息，应特别注意直系血亲和自然流产、婴儿死亡的病史；个人病史应包括有关妊娠和分娩的信息以及相关神经系统症状的评估，特别应该准确地评估精神活动，尤其是在运动和语言技能方面。如果是智力残疾，必须确定是在开始癫痫发作之前还是在癫痫之后。此外，还应询问其他神经精神病学特征，例如注意缺陷多动障碍，自闭症谱系障碍和行为异常。

临床检查应集中于识别面部畸形特征，躯干和四肢的相关异常或其他器官的功能障碍。例如，咖啡色斑点或色素沉着过度病变的存在可能提示患有1型神经纤维瘤病，而色素沉着性黄斑和面部血管瘤则可能意味着结节性硬化症潜在风险。尽管在这些疾病之间，导致脑神经元过度兴奋的机制有所不同，但在遗传和分子通路方面也存在着一定的重叠，例如靶向雷帕霉素（mTOR）信号通路是潜在的特异性治疗方法（见下文）。

癫痫发作症状的信息应尽可能详细，包括癫痫发作特征、发作年龄、癫痫发作频率以及触发因素或发生方式的详细说明。这些数据应与仪器检查结果相匹配，尤其是眼电图或脑电图的记录数据。脑部MRI对识别皮层迁移缺陷，血管异常以及胼胝体和小脑的缺陷至关重要。在某些情况下，仅通过MRI检查可能有助于选择最佳的遗传学检测方法，例如，在一例病例中，患者是位小女孩，通过脑部MRI发现双侧脑室周围结节性异常信号，有选择性地筛查了FilaminA突变。

癫痫与靶向基因检测

遗传异常影响了超过70％的癫痫综合征。因此，基因检测已成为癫痫检查不可或缺的一部分。

当前有多种基因检测方法可用于研究癫痫病的病因。诊断技术的发展已允许从单基因检测（例如FISH和Sanger测序）转变为多基因检测，诸如基因芯片、全外显子组测序，全基因组测序等。这些手段需根据不同的情况进行选择。

基因芯片通常是伴有发育迟缓/智力残疾，自闭症谱系障碍和/或多种先天性异常的患者首选的细胞遗传学诊断方案。比较基因组杂交芯片（array-CGH）特别适合检测DNA拷贝数变异（CNV），例如缺失或重复。然而array-CGH却不适合核型检测，包括染色体转位或复杂的重排，如15q11重复或倒位等。单核苷酸多态性（SNP）检测芯片可检测基因上单个位点，可区分杂合和纯合。另外对于患者父母的遗传咨询和基因检测对于预测出生缺陷和遗传性疾病十分重要。这些技术可以诊断出约10％的婴儿癫痫和5％的癫痫性发育性脑病，因为大多数癫痫病都与单个基因的突变有关。但是这些技术最大的缺失是只能检测已知的基因位点，对于未知的遗传风险则无能为力。

虽然Sanger测序在一定程度上可以检测未知的基因位点，但是在通量上仍然存在很大的缺陷。很快，基因芯片和传统的Sanger测序都被下一代测序（Next-GenerationSequencing，NGS，也称为二代测序）所取代，NGS可以以相对较低的成本对许多基因进行同时测序，比如全外显子（WES）测序可以对人类基因所有的外显子（编码序列，约占整个基因组的1％左右）进行测序，因此NGS在具有遗传基础的癫痫疾病的临床诊断中越来越多地被使用。

基于NGS的靶向测序已被证明对婴儿癫痫的诊断特别有用，与基因芯片的诊断率约5-10％相比，NGS的诊断率从20％到50％不等。然而，目前可用的商业癫痫基因组靶向测序在筛选的基因数量上有所不同，导致所进行的测试的诊断率和临床意义上的差异。根据靶向测序的类型和所调查人群的特征，其诊断率约为30％（范围为10％至50％）。但是，由于靶向测序所涵盖的基因数量有限，并且需要不断更新所包含的基因，因此具有很大的局限性，而这些局限性已被全外显子测序（WES）和全基因组测序（WGS）克服了。此外，使用WES和WGS还有助于鉴定患有复杂癫痫性发育性脑病患者的新突变。随着靶向测序、全外显子测序和全基因组测序的成本迅速下降，基因检测可能成为癫痫病中必需的检测手段。然而，尽管全基因组检测非常强大，但其在临床实践中的应用仍然受到限制，这主要归因于处理大量数据导致的技术困难以及非编码区域中突变还未完全阐明。此外，确定突变基因的致病性也具有挑战性，因为相同的突变会导致可变的表型，而不同的突变可能会导致相似的表型。

基因检测与精准医学

精准医学旨在根据特定基因和分子为每一位患者量身定做特定的治疗方案。下表列举了一些针对部分遗传性癫痫综合征基因突变的靶向治疗的例子。

表1：针对部分遗传性癫痫综合征基因突变的靶向治疗

寻找癫痫可用于治疗的病因显然是早期诊断和治疗的第一步，并对预测和改善预后也很重要。另外，发现癫痫病背后的基因异常可能有助于解释抗癫痫药的正面或负面反应。

Dravet综合征是由编码钠通道基因α1亚基的SCN1A基因的功能丧失突变引起的，其特征是大约6个月时与发烧相关的癫痫发作延长，演变为严重的多发性脑病和高热惊厥。在Dravet综合征中，使用钠通道阻滞剂如卡马西平或苯妥英钠可能会导致临床恶化，因此应避免使用这两种药物。相反，钠通道阻滞剂是与SCN2A和SCN8A（这两个基因分别编码神经元电压门控钠通道的α2和α8亚基）突变相关的癫痫性发育性脑病患者的主要治疗策略，尤其是具有严重癫痫表型携带有功能获得性突变的患者。

精准医学在癫痫病中的另一个很好的例子是在与KCNQ2相关的脑病中使用了瑞替加滨（ezogabine）。瑞替加滨是KCNQ2-5（Kv7.2-7.5）离子通道的正向变构调节剂，是第一种用于癫痫治疗的神经元钾通道开放剂。体外研究表明，该药物能够打开Kv7钾通道，从而恢复与功能丧失突变相关的KCNQ2脑病的正常通道功能，如果能尽早治疗，对难治性癫痫发作具有良好的疗效。然而，长期治疗方案提醒该药伴有严重的不良反应，包括皮肤和视网膜色素沉着，可能会限制视力，因此也限制了瑞替加滨的使用。

用于癫痫患者的另一种精准医学治疗药物是钾通道阻滞剂——奎尼丁。这是一种抗疟疾和抗心律不齐药物，对KCNT1具有特定的抑制作用，可通过抑制脉冲启动和传导所需的Na离子流入来稳定神经元膜。功能研究表明，奎尼丁可以抵消和逆转局灶性癫痫发作的顽固性婴儿癫痫患者的KCNT1激活突变功能障碍。但是，后续研究报道了药物在该疾病中的效果并不令人满意，可能是由于药物无法在脑脊液中达到足够的有效浓度。此外，即使在血清奎尼丁水平较低的情况下，也观察到心脏方面的副作用，这表明该药可能无效，并伴有相当大的心脏风险。

基因检测对癫痫病治疗的意义不仅仅是发现上述离子通道突变。比如，一些先天性代谢疾病也伴有癫痫发作，在某些情况下，迅速诊断有助于该病的治疗。葡萄糖转运蛋白1缺乏综合征也会表现出癫痫发作，该病患者主要采用生酮饮食，该综合征是由SLC2A1中的突变（编码葡萄糖转运蛋白GLUT1）引起的，该突变导致通过血脑屏障的葡萄糖转运不足。生酮饮食是一种高脂肪饮食，碳水化合物含量低，可为大脑提供酮体，作为葡萄糖的替代能源。因此，这种饮食方案应在脑葡萄糖供应受损的情况下有效。确实，对这种缺陷的适当纠正可改善癫痫病和相关的神经系统症状（例如运动障碍和智力残疾）。但是，这种治疗应该及时开始，因为早期治疗可以显著改善患病儿童的长期预后。还有一个例子是吡哆醇（维生素B6）依赖型儿童型癫痫，该病是由多个基因（ALDH7A1，PNPO，ALPL/ALDH4A1，PROSC）突变所导致，其特征是对抗癫痫药物具有耐药性，但可通过每日补充药理剂量吡哆醇或5磷酸吡哆醛控制该病。

除了离子通道相关基因，GATOR基因（包括DEPDC5，NPRL2和NPRL3等）的发现也为癫痫病的发病机制带来一个新的解释。GATOR主要与局灶性癫痫发作（例如运动亢进或额叶癫痫发作）相关，通常与睡眠有关且具有耐药性，有时也与局灶性皮质发育不良有关。GATOR1复合物是mTORC1通路的负调节剂，mTORC1通路主要调节细胞生长，增殖和迁移，是治疗相关癫痫病的潜在靶点，相关的mTORC1抑制剂也已经在癫痫中开始尝试，比如tensirolimus,everolimus,和ridaforolimus，这些药物可以阻断mTOR通路，但是还需要进一步研究以确认这些药物在癫痫中的潜在价值。

结论与未来展望

癫痫病是由脑部神经元过度放电引起的反复发作的一系列疾病的统称。癫痫病的治疗存在一定的局限性，即具有不同作用机制的多种抗癫痫药只能控制症状，并且对约三分之一的患者无效，或可能引起不良反应。近年来，下一代测序技术的发展显著提高了我们对癫痫发生机理的认识，也揭示了部分癫痫病的遗传原因。

如今，基因检测在大多数发育性癫痫性脑病和一些特发性癫痫等复杂疾病的诊断中起着关键作用。此外，基因检测的结果可能会对治疗策略产生积极影响，从而改善患者护理。因此，专门针对突变蛋白并选择性解决致病机制的新药的开发为个性化治疗方法（精准医学）开辟了新的前景。精准医学提出了治疗的个性化概念，理想情况下必须针对疾病的精确分子发病机理。但是，癫痫的病因异质性、大量不同的综合征和癫痫发作类型，以及对药物的个体差异反应，使这种疾病的个性化治疗仍然具有挑战性。然而，即使在没有直接或间接影响治疗的情况下，遗传诊断也可以提供有关预后等相关信息。最后，基因检测对于咨询和帮助生殖决策（包括在未来妊娠中进行产前或植入前诊断）也至关重要。

将精准医学完全整合到临床实践中还有很长的路要走。将来，进一步的改进可能来自药物，即研究这些遗传差异如何影响药物的敏感性、不良反应等，我们有可能了解在不同的个体中，由于遗传因素的不同，有可能药物存在有不同的反应，从而帮助临床医生对临床受益进行预测，更有针对性地选择药物。基因疗法是另外一种治疗方式，对于一些药物抵抗性的癫痫病尤其如此。病毒载体介导的基因治疗为设计合理的治疗方法提供了机会，该治疗方法基于对癫痫发作机理的理解，并且可以针对癫痫灶中特定的神经元群体。尽管如此，在实施这些疗法的同时，还应开发出更多技术手段，以辅助临床医生能够尽早识别出适合这类诊断的癫痫病患者，包括癫痫数据库的完善、更多致病因素的了解等方面。当然，癫痫病的精准治疗——这一雄心勃勃的目标需要众多基础科学家和临床研究人员之间进行实质性和有效的合作。

参考文献：

StrianoP,MinassianBA.FromGeneticTestingtoPrecisionMedicineinEpilepsy.Neurotherapeutics.Jan24.

赛福基因是一家专注于基因大数据解析、提供精准医疗服务的生物科技公司，是国家高新技术企业。赛福基因专注于揭示“癫痫”背后的故事，期望可以帮助更多的癫痫病患者！