發育性癲癇性腦病（Developmental epileptic encephalopathies，DEE）是以早發癲癇、腦電圖異常及發育落后或倒退為主要特征的一組疾病，具有病因復雜、藥物難治的特點，嚴重影響患兒，尤其是嬰幼兒的發育，是兒童神經系統疾病中的難題。近年來，隨著精準醫學的研究逐漸興起，已發現越來越多的DEE致病基因，但這些基因在體內具體的致病機制及信號通路依然有待研究。本文主要介紹了DEE遺傳模式以及基因檢測的選擇，通過癲癇表型來輔助判斷基因檢測的時機，尤其是單基因突變相關的DEE和新的治療藥物，以輔助DEE臨床診療決策。同時介紹利用用于DEE研究的神經生物學模型來有效推進癲癇研究，從而針對性進行基因靶向治療。
引用本文： 鄭小紅, 周有峰, 胡春輝. 遺傳性發育性癲癇性腦病神經生物學及臨床診治研究進展. 癲癇雜志, 2024, 10(3): 254-259. doi: 10.7507/2096-0247.202403005 復制
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發育性癲癇性腦病（Developmental and epileptic encephalopathy，DEE）是一組異質性癲癇疾病，通常伴隨發育遲緩，導致認知功能、運動和行為障礙，其中遺傳背景在DEE發展中起重要作用[1，2]。國際上目前將3月齡內起病的DEE定義為早發DEE，3月齡～2歲起病的DEE為嬰兒期DEE，2歲后起病的為幼兒期DEE，其中一些在新生兒期即可發病[1，3]。包括早發性嬰兒發育性癲癇性腦病、嬰兒癲癇伴游走性局灶性發作、嬰兒癲癇性痙攣綜合征、Dravet 綜合征，以及病因特異性癲癇綜合征等。DEE病因涉及遺傳性、代謝性、結構性及神經退行性變等，其中遺傳性病因起重要作用。隨著基因二代及三代測序的不斷發展，越來越多DEE相關致病基因被發現，這些突變基因涉及鈉離子通道（SCN1A、SCN2A、SCN8A）、鉀離子通道（KCNQ2、KCNT1、KCNA2）、鈣離子通道（CACNA1A、CACNA1E）、突觸蛋白（Synaptobrevin-associated protein 1，STXBP1）、基因表達調節因子（CDKL5）、蛋白修飾和翻譯（PIGA）、細胞黏附/膜穩定/細胞內相互作用（SPTAN1）和G蛋白偶聯轉導（GNAO1）等，從而在早期即可采取適當的精準治療措施。本文旨在對DEE研究的臨床診治進展和神經生物學模型作一綜述，以輔助DEE臨床診療決策。
1 DEE遺傳模式及基因檢測的選擇
癲癇具有非孟德爾遺傳基礎，涉及多基因相互作用，但在DEE中，單基因突變更為主要因素。這些突變在基因的外顯子編碼區產生顯性負效應。然而，在家族性病例中，其他機制，如體細胞嵌合和常染色體隱性遺傳，也可能導致DEE的發生[4]。
目前可用的基因檢測手段包括染色體核型分析、陣列比較基因組雜交（Comparative genomic hybridization，CGH）、拷貝數變異檢測（Copy number variation，CNV）、單基因檢測、基因panel檢測、全外顯子測序和全基因組測序。染色體核型可能對具有畸形特征或其他器官受累的癲癇患者有用。CGH和CNV通常用于癲癇伴智力低下、畸形或先天性異常的患者。當臨床表型多樣，全基因組或全外顯子測序是更有效的方法。其中癲癇基因panel診斷率為15%～25%，全外顯子測序診斷率為20%～40%，全基因組的診斷率并不明確[4-6]。癲癇表型是評估是否需要進行基因檢測的關鍵因素，建議進行基因檢測的情況包括以下幾種：基于臨床和腦電圖結果預測預后較差；根據國際癲癇聯盟的定義，無明顯誘因的后天出現的癲癇發作，且對藥物治療無效；癲癇發作與先天性代謝異常相關；癲癇與神經退行性疾病的臨床癥狀相關；癲癇與其他綜合征特征相關，如發育遲緩或智力低下、多種先天性異常和畸形特征；存在家族遺傳性癲癇時，至少兩名患有相關癲癇綜合征的一級家族成員，除外良性癲癇綜合征[7] 。
2 單基因突變相關的DEE
2.1 離子通道基因突變相關DEE
離子通道基因的致病性突變是DEE最常見的原因。鈉離子通道基因突變相關情況：SCN1A基因：它編碼電壓門控鈉通道NaV1.1，主要使抑制性γ-氨基丁酸（γ-amino butyric acid，GABA）能神經元產生鈉電流，約80%的Dravet綜合征患者發現SCN1A突變；SCN2A和SCN8A基因：它們對谷氨酸能神經元的興奮性中起著至關重要的作用，這兩個基因的大多數DEE相關突變為LOF錯義突變[8]，鉀離子通道KCNQ2、KCNT1、KCNB2、KCNA1等，鈣離子通道基因CDKL5、EAEB等基因突變與DEE相關[9，10]。一種基因突變可以多種綜合征，一種綜合征也可對應多種基因突變，提示DEE基因型與表型關聯具有基因異質性和表型異質性。
2.2 GABA受體基因突變相關DEE
在DEE患者中也發現了編碼神經遞質受體成分的基因缺陷，如越來越多編碼γ-氨基丁酸A受體（γ-amino butyric acid A receptor，GABAAR）亞單位的基因突變，GABAAR受體由具有不同亞單位組合的異五聚體組成，起著配體門控離子通道的作用。這些基因的功能缺失主要導致GABA能神經元去抑制，從而導致癲癇發病。與GABA遞質相反，谷氨酸是主要的興奮性神經遞質，編碼谷氨酸活化受體亞單位的基因的致病性突變也與DEE有關，如GRIN2A、GRIN2B等。
2.3 其他基因突變相關DEE
溶質載體是一類跨膜轉運蛋白，它們介導多種物質，如離子、營養素和代謝物，在生物膜間的交換。SLC2A1基因編碼葡萄糖轉運蛋白1（ Glucose transporter 1， GLUT1），SLC2A1的單倍體不足導致GLUT1-Dravet綜合征（GLUT1-dravet syndrome，GLUT1-DS），其特征是不同程度的智力低下、癲癇發作和運動障礙，生酮飲食是GLUT1-DS的有效治療方法。
盡管在DEE患兒中發現了大量的基因突變，但基因型與表型相關性很差，有學者認為可能存在一個共享基因調控網絡，單基因突變可能會干擾基因表達，使得基因表達網絡不穩定，從而產生多個異常表達結果，而不是任何特定基因之間相互作用的結果[11，12]。也可能是嵌合體或修飾基因相互作用的結果[13]。這些結果表明DEE的發病機制非常復雜，需要進一步研究來揭示基因型與表型之間的確切關系。
3 DEE新的治療藥物
對于DEE的治療，有上市新藥和基因治療。上市新藥，如大麻二酚、司替戊醇實際上并不是針對病因的治療，效果并不好，寄希望于基因治療。目前癲癇精準治療包括根據發作類型、綜合征等選擇相應的治療，包括基因治療、反義寡核苷酸治療及根據蛋白功能，如離子通道、突觸功能、酶缺陷、信號通路等選擇相應的治療。基因治療主要是腺相關病毒（Adeno-associated virus，AAV）介導的基因治療和應用反義寡核苷酸針對RNA的基因治療。AAV介導的基因治療應用包括基因替代、基因敲除、基因組編輯、基因組修飾、非編碼RNA調節。而RNA 療法主要干預基因轉錄翻譯過程，主要包括反義寡核苷酸（Antisense oligonucleotides，ASO）及小分子干擾 RNA（Small interfering RNA，siRNA）等[14]。
結節性硬化（Tuberoussclerosis complex，TSC）是由mTOR復合物1（mTORC1）負性調節劑的遺傳缺陷引起，TSC1和TSC2基因的突變編碼了蛋白質hamartin和tuberin，這些突變導致mTORC1活性異常增高，這些異常活躍引起神經元遷移和分化異常，影響了突觸可塑性改變以及膠質細胞過度激活。mTOR是mTORC1的核心元件，作為絲氨酸/蘇氨酸激酶發揮作用，是細胞增殖、生長和存活的關鍵調節因子。美國食品和藥物管理局和歐洲藥物管理局已經批準了mTOR抑制劑依維莫司作為2歲以上TSC相關局灶性癲癇患者的輔助治療。一項隨機雙盲對照第3階段EXIST-3研究（NCT01713946）表明依維莫司添加治療對于那些患有TSC相關的耐藥性癲癇的患者非常有效[15]。依維莫司通過與FKB12相互作用，作為mTOR1的抑制劑，從而降低了mTORC1下游信號傳導，包括S6激酶（S6K）和4E結合蛋白（14E-BP1）的效應[16，17]。需要注意的是，依維莫司與許多藥物相互作用，特別是影響細胞色素P450 3A4酶（CYP3A4）和P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）藥物，包括抑制劑、誘導劑或底物。對于那些同時服用CYP3A4誘導抗癲癇藥物的患者，如卡馬西平、奧卡西平、苯巴比妥、苯妥英鈉和托吡酯，需要較高的依維莫司起始劑量。由于依維莫司易受多種藥物相互作用的影響，因此應監測其血清藥物濃度以確保安全和有效的治療。
XEN901是一種選擇性鈉離子通道Na1.6 抑制劑，用于治療功能獲得性SCN8A突變相關的DEE，阿那白滯素是一種重組人白細胞介素-1（Interleukin-1，IL-1）受體拮抗劑，可減少神經源性炎，從而緩解感染引起的癲癇發作；依佐加濱是一種可選擇性作用于電壓門控鉀Kv7，可減少興奮性神經傳遞，有效治療功能獲得型KCNQ2突變相關DEE；XEN1101是一種類似于瑞替加賓的新化合物，具有特異開放電壓門控鉀通道作用，能夠減少興奮性神經傳遞，有效治療功能缺失型KCNQ2突變相關DEE；美金剛則是一種非競爭性NMDA受體拮抗劑，能夠減少谷氨酸能神經傳遞，對GRIN2突變相關DEE治療有效[18]。
一些新的抗癲癇發作藥物具有多種機制，其中包括司替戊醇（Stiripentol，STP）。STP是一種正變構調節劑，對GABAAR起作用，包括對苯二氮卓敏感的含γ的GABAAR和苯二氮卓不敏感的含δ的GABAAR，這些受體位于突觸周圍和突觸外，負責介導強直性抑制，因此對兒童DEE，尤其是DS治療有效。STP還在嚙齒類動物模型中表現出神經保護作用，可減少海馬CA1區的細胞損傷。在DS患者中，STP與氯巴占（Clobazam，CLB）結合使用時，由于CYP2C19和CYP3A4的抑制，CLB和活性代謝物去甲基CLB的水平都增加，通常可以減少CLB的劑量使用[18]；大麻二酚（Cannabidiol，CBD），具有復雜的藥效學特征，與多個靶點相互作用，包括G蛋白偶聯受體55的調節、與鈣濃度內流偶聯的瞬時受體電位香草醛1的激動作用以及腺苷再攝取，已經證實對DS和Lennox Gastaut綜合征均有效[ 19]；Radiprodil是一種選擇性別構NR2B谷氨酸拮抗劑，對GRIN2B相關的West綜合征治療有效[18]；TAK935/OV935是一種靶向大腦特異酶膽固醇24-羥化酶，通過降低NMDA激動劑24S-羥基膽固醇的興奮性，對DS治療有效；加奈索酮是一種GABAA激動劑，對CDKL5突變相關DEE有效[18]；芬氟拉明釋放5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），通過不同的5-HT受體增加5-HT能信號，對DS、Lennox Gastaut綜合征及CDKL5突變相關DEE治療有效[20-22]。
4 用于DEE研究的神經生物學模型
4.1 動物和患者源性誘導多能干細胞模型
盡管我們已經識別了與癲癇患者相關的一些致病基因，但這些基因的體內功能及機制尚不清楚。因此，需要依賴動物模型和患者源性誘導多能干細胞（induced Pluripotent stem cells，iPSC）模型來有效推進癲癇研究。最新的基因編輯技術，如CRISPR/Cas9編輯技術，已經進一步促進了癲癇綜合征動物模型和iPSC模型的發展。不同的模型可以根據研究目標來選擇，以更好地理解癲癇的發病機制。
iPSC和CRISPR/Cas9基因編輯技術的發展為創建患者特異性疾病模型提供了重要工具，使用iPSC技術創建患者源性細胞，采用同步重編程和CRISPR/Cas9突變相結合的方法來產生雜合子和純合功能喪失iPSC株系，在iPSC重編程固有克隆基礎上，使得成纖維細胞在培養中更容易轉染，能夠高效生成三種基因型（野生型/野生型、野生型/缺失型和缺失型/缺失型），將有助于快速開發用于疾病建模和基礎研究的功能喪失誘導多能干細胞株系（Loss-of-function induced pluripotent stem cell，LOF-iPSC）[23]。一些遺傳性癲癇已經成功建立了疾病特異性iPSC模型，iPSC技術的發展促成了神經元類器官或“微型大腦”模型的產生。這些類器官表現出與大腦類似的電生理活動，將更適合用于癲癇相關的研究[24]。
目前已應用于多個人類LOF疾病基因，包括常染色體和X連鎖基因，SCN1A、SCN8A、PCDH19、SCN1B、CHD2、HPRT1等，其中多個基因涉及DEE[25，26]。對SCN8A突變相關DEE患者進行皮膚穿刺活檢，取成纖維細胞，并使用iPSC培養，CRISPR基因編輯和iPSC重編程的方法能夠快速生成人SCN8A突變型iPSC株系。這些iPSC株系的神經元表現出特定的電生理特征，顯示了快速網絡爆發的周期，隨著時間的推移，該周期變得越來越短和頻繁，與SCN8A基因突變相關的DEE患者的癲癇表現一致。此外，患者iPSC衍生的神經元軸突起始段長度減少。通過這些模型，研究人員發現一種藥物利魯唑，可能對SCN8A基因突變相關的DEE患者有效[25]。然而患兒特異性疾病模型的建立依然需要納入多種基因不同的突變位點，從而篩選靶向治療藥物，以便達到模擬基因突變相關癲癇的精準治療。
研究發現，長期培養的腦類器官的轉錄組變化與人腦變化較為相似，例如GRIN2A、GRIN2B在腦類器官300天和胚胎腦7～8個月的動態變化一致[27]。盡管如此，腦類器官用于癲癇研究仍存在一些限制：① 腦類器官處于不成熟的發育狀態；② 缺乏遠距離的神經投射和連接；③ 轉錄組分析發現異常無法歸類的神經元種類和炎癥應激因子升高；④ 分層不明晰，區域不明晰；⑤ 培養時間長、成本高[27]。因此，雖然腦類器官為研究提供了有價值的工具，但必須認識到這些局限性，并在使用時謹慎考慮。
4.2 嚙齒動物模型
癲癇有兩種嚙齒動物模型，即非遺傳模型和遺傳模型。在非遺傳模型中，對嚙齒動物局部應用鎢酸、鈷、乙酰膽堿、海人藻酸或戊四氮等可誘發癲癇發作。給嚙齒類動物服用毛果蕓香堿或紅藻氨酸同樣可以誘發急性癲癇和復發性自發癲癇，這些模型可導致神經元損傷和突觸重組，通常被用作顳葉癲癇模型[28]。
轉基因和基因敲除技術使得可以獲得多種基因突變的小鼠模型，如純合子缺失SCN1A突變小鼠在出生后第15天死亡。雜合子SCN1A突變小鼠在出生后第21天出現自發癲癇發作和散發性死亡。在雜合子SCN1A突變小鼠的抑制性中間神經元中，鈉電流密度降低，但興奮性錐體神經元則沒有這種情況。這些觀察結果表明，雜合子SCN1A突變小鼠中GABA能抑制中間神經元的鈉電流降低導致高興奮性，導致DS患者癲癇發作[29]。這些小鼠模型有助于確定導致癲癇癥狀的潛在缺陷，并促進治療干預[28]。嚙齒動物模型顯示膠質細胞誘導的高興奮性在癲癇中的起著作用，例如星形膠質細胞特異性Kir4缺失會破壞鉀離子轉移和谷氨酸攝取功能，導致小鼠癲癇發作、共濟失調和過早死亡[30]。這些嚙齒動物模型已被用于尋找癲癇發生的機制和癲癇發生的生物標志物，以及評估通過高通量篩選確定的新候選藥物。
4.3 斑馬魚模型
斑馬魚是一種成熟的脊椎動物模型，用于檢測與神經發育障礙（包括癲癇）相關的基因功能[31]。其透明胚胎的外部發育使得在發育過程中容易觀察神經系統表型，使斑馬魚成為癲癇綜合征藥物篩選的有效模型[32]。
斑馬魚純合SCN1LAB突變體出現自發發作和癲癇發作，開始于受精后（Days post-fertilization，DPF）4天，高通量篩選發現抗組胺藥克立咪唑可以抑制這種癲癇樣行為[29]。SCN1A純合突變體可以存活到14天，而雜合子繁殖良好，可以在18個月內保持健康。提取斑馬魚腦組織內RNA并進行單細胞RNA測序，揭示了大腦成分變化。在4～7 DPF，純合突變體中谷氨酸能神經元數量相對減少，星形膠質細胞明顯增加，而突變型GABA神經元顯著減少，導致GABA和谷氨酸能神經元之間的比率在7 DPF時降低了近50%，而在野生型中只有輕微的降低。這表明，在7 DPF時，突變型和野生型之間存在顯著差異，可能是癲癇發生的潛在機制。3 DPF突變型的樹突結構數量減少，芬氟拉明可增加突變型樹突結構[33]。臨床上芬氟拉明確實改善了DS患者的癲癇發作。此外，人STXBP1的直系同源物STXBP1B的斑馬魚突變體表現出癲癇發作，也開發出了CACNA1A相關癲癇的斑馬魚模型[34]。
4.4 秀麗線蟲模型
秀麗線蟲是一種成熟的非寄生線蟲，用于研究神經系統發育和功能。秀麗線蟲中存在約65%與人類疾病相關基因同源的同源基因。成年雌雄同體的秀麗線蟲中含有302個神經元（雄性為383個），可分為118個神經元細胞和56個膠質細胞[29]。與其他動物模型相比，秀麗線蟲中缺少電壓門控鈉通道，秀麗線蟲模型在癲癇研究中具有獨特的特性，可能是脊椎動物模型的補充。線蟲是透明的，可以通過熒光標記來可視化神經元，秀麗線蟲的癲癇發作可在攜帶有GABA傳遞缺陷的LIS1基因突變的遺傳模型中誘發。戊四唑（Pentylenetetrazol，PTZ）治療和RNA干擾介導的LIS1通路相關基因的敲除，如NUD-1、NUD-2以及DHC-1、CDK-5或CDKA-1也可誘發驚厥[29]。
4.5 果蠅模型
果蠅是用于研究遺傳學、發育生物學和神經生物學的良好模式生物，具有體型小、繁殖率高、維護成本低、易于操作的特點。此外，果蠅表現出復雜的行為，包括社交活動、學習記憶和求偶行為。因此，果蠅成為研究人類癲癇的有吸引力的模式生物。
在果蠅基因組中，para是唯一編碼電壓門控鈉通道α亞基的基因，是人類SCN1A、SCN2A、SCN3A、SCN4A、SCN5A、SCN7A、SCN8A、SCN9A、SCN10A和SCN11A基因的單一同源基因。其中，SCN1A、SCN2A、SCN3A和SCN8A基因與DEE相關。果蠅para（Nav）鈉通道結構與人類鈉通道結構相似，其重要區域在兩種物種之間高度保守。SCN1AS1231R突變是在DS患者中發現的一種錯義突變，影響了鈉通道結構域III的跨膜段S1和S2。使用CRISPR-cas9系統編輯果蠅para基因，成功產生了攜帶SCN1AS1231R突變的DS模型，這些果蠅DS模型表現出熱敏感癲癇發作[29]。此外，還開發了與DEE相關的其他基因模型，包括KCNB1、KCNQ2、HCN1、CACNA1A、CACNA1B、CACNA1E、GABRA1、GABRA2、GABRA4、GABRA5、GABRA6等果蠅模型[29]。
4.6 其余體外細胞模型
第一種為原代細胞模型，例如使用原代海馬神經元，這種模型通常是通過將細胞從動物暴露于低鎂培養基中獲得的。原代海馬神經元是一種公認的癲癇體外模型[35]。隨著對神經膠質細胞在癲癇病理中作用的認識增加，也出現了原代星形膠質細胞或小膠質細胞單培養細胞模型，以及星形膠質細胞與小膠質細胞共培養細胞模型，用于癲癇病理的研究。第二種為商業化的永生細胞系，因為它們的培養相對容易，因此在癲癇研究中也被廣泛使用。這些細胞系通常是經過維護和傳代培養的，便于大規模的實驗和高通量篩選。
5 未來與展望
目前在動物模型中，可以利用提高CHASERR（CHD2-DEE Alleviation by Spatiotemporal Repression of Repetitive Regions）的表達來治療CHD2-DEE，是一種利用基因之間相互關系的基因治療方法[36]。DEE的治療性干預應在疾病早期考慮，然而，最佳干預時機仍未明確。確定治療干預的最佳時機是一項挑戰，尤其是癲癇發作和癲癇樣異常放電產生的并發癥的治療，這方面仍存在爭議。盡管如此，病因仍然在決定臨床嚴重程度方面占據主導地位，即使患有DEE的患者病情嚴重，晚期治療仍然有改善的可能。越來越多的研究表明，使用新藥或在適當的情況下重新評估現有藥物的用法可以顯著改善DEE的癥狀。隨著對越來越多的DEE致病基因的發現，盡管具體的發病機制信號通路仍需深入研究，但未來的研究應著眼于理解DEE的神經生物學過程，從而針對性進行基因靶向治療。
利益沖突聲明 所有作者無利益沖突。
發育性癲癇性腦病（Developmental and epileptic encephalopathy，DEE）是一組異質性癲癇疾病，通常伴隨發育遲緩，導致認知功能、運動和行為障礙，其中遺傳背景在DEE發展中起重要作用[1，2]。國際上目前將3月齡內起病的DEE定義為早發DEE，3月齡～2歲起病的DEE為嬰兒期DEE，2歲后起病的為幼兒期DEE，其中一些在新生兒期即可發病[1，3]。包括早發性嬰兒發育性癲癇性腦病、嬰兒癲癇伴游走性局灶性發作、嬰兒癲癇性痙攣綜合征、Dravet 綜合征，以及病因特異性癲癇綜合征等。DEE病因涉及遺傳性、代謝性、結構性及神經退行性變等，其中遺傳性病因起重要作用。隨著基因二代及三代測序的不斷發展，越來越多DEE相關致病基因被發現，這些突變基因涉及鈉離子通道（SCN1A、SCN2A、SCN8A）、鉀離子通道（KCNQ2、KCNT1、KCNA2）、鈣離子通道（CACNA1A、CACNA1E）、突觸蛋白（Synaptobrevin-associated protein 1，STXBP1）、基因表達調節因子（CDKL5）、蛋白修飾和翻譯（PIGA）、細胞黏附/膜穩定/細胞內相互作用（SPTAN1）和G蛋白偶聯轉導（GNAO1）等，從而在早期即可采取適當的精準治療措施。本文旨在對DEE研究的臨床診治進展和神經生物學模型作一綜述，以輔助DEE臨床診療決策。
1 DEE遺傳模式及基因檢測的選擇
癲癇具有非孟德爾遺傳基礎，涉及多基因相互作用，但在DEE中，單基因突變更為主要因素。這些突變在基因的外顯子編碼區產生顯性負效應。然而，在家族性病例中，其他機制，如體細胞嵌合和常染色體隱性遺傳，也可能導致DEE的發生[4]。
目前可用的基因檢測手段包括染色體核型分析、陣列比較基因組雜交（Comparative genomic hybridization，CGH）、拷貝數變異檢測（Copy number variation，CNV）、單基因檢測、基因panel檢測、全外顯子測序和全基因組測序。染色體核型可能對具有畸形特征或其他器官受累的癲癇患者有用。CGH和CNV通常用于癲癇伴智力低下、畸形或先天性異常的患者。當臨床表型多樣，全基因組或全外顯子測序是更有效的方法。其中癲癇基因panel診斷率為15%～25%，全外顯子測序診斷率為20%～40%，全基因組的診斷率并不明確[4-6]。癲癇表型是評估是否需要進行基因檢測的關鍵因素，建議進行基因檢測的情況包括以下幾種：基于臨床和腦電圖結果預測預后較差；根據國際癲癇聯盟的定義，無明顯誘因的后天出現的癲癇發作，且對藥物治療無效；癲癇發作與先天性代謝異常相關；癲癇與神經退行性疾病的臨床癥狀相關；癲癇與其他綜合征特征相關，如發育遲緩或智力低下、多種先天性異常和畸形特征；存在家族遺傳性癲癇時，至少兩名患有相關癲癇綜合征的一級家族成員，除外良性癲癇綜合征[7] 。
2 單基因突變相關的DEE
2.1 離子通道基因突變相關DEE
離子通道基因的致病性突變是DEE最常見的原因。鈉離子通道基因突變相關情況：SCN1A基因：它編碼電壓門控鈉通道NaV1.1，主要使抑制性γ-氨基丁酸（γ-amino butyric acid，GABA）能神經元產生鈉電流，約80%的Dravet綜合征患者發現SCN1A突變；SCN2A和SCN8A基因：它們對谷氨酸能神經元的興奮性中起著至關重要的作用，這兩個基因的大多數DEE相關突變為LOF錯義突變[8]，鉀離子通道KCNQ2、KCNT1、KCNB2、KCNA1等，鈣離子通道基因CDKL5、EAEB等基因突變與DEE相關[9，10]。一種基因突變可以多種綜合征，一種綜合征也可對應多種基因突變，提示DEE基因型與表型關聯具有基因異質性和表型異質性。
2.2 GABA受體基因突變相關DEE
在DEE患者中也發現了編碼神經遞質受體成分的基因缺陷，如越來越多編碼γ-氨基丁酸A受體（γ-amino butyric acid A receptor，GABAAR）亞單位的基因突變，GABAAR受體由具有不同亞單位組合的異五聚體組成，起著配體門控離子通道的作用。這些基因的功能缺失主要導致GABA能神經元去抑制，從而導致癲癇發病。與GABA遞質相反，谷氨酸是主要的興奮性神經遞質，編碼谷氨酸活化受體亞單位的基因的致病性突變也與DEE有關，如GRIN2A、GRIN2B等。
2.3 其他基因突變相關DEE
溶質載體是一類跨膜轉運蛋白，它們介導多種物質，如離子、營養素和代謝物，在生物膜間的交換。SLC2A1基因編碼葡萄糖轉運蛋白1（ Glucose transporter 1， GLUT1），SLC2A1的單倍體不足導致GLUT1-Dravet綜合征（GLUT1-dravet syndrome，GLUT1-DS），其特征是不同程度的智力低下、癲癇發作和運動障礙，生酮飲食是GLUT1-DS的有效治療方法。
盡管在DEE患兒中發現了大量的基因突變，但基因型與表型相關性很差，有學者認為可能存在一個共享基因調控網絡，單基因突變可能會干擾基因表達，使得基因表達網絡不穩定，從而產生多個異常表達結果，而不是任何特定基因之間相互作用的結果[11，12]。也可能是嵌合體或修飾基因相互作用的結果[13]。這些結果表明DEE的發病機制非常復雜，需要進一步研究來揭示基因型與表型之間的確切關系。
3 DEE新的治療藥物
對于DEE的治療，有上市新藥和基因治療。上市新藥，如大麻二酚、司替戊醇實際上并不是針對病因的治療，效果并不好，寄希望于基因治療。目前癲癇精準治療包括根據發作類型、綜合征等選擇相應的治療，包括基因治療、反義寡核苷酸治療及根據蛋白功能，如離子通道、突觸功能、酶缺陷、信號通路等選擇相應的治療。基因治療主要是腺相關病毒（Adeno-associated virus，AAV）介導的基因治療和應用反義寡核苷酸針對RNA的基因治療。AAV介導的基因治療應用包括基因替代、基因敲除、基因組編輯、基因組修飾、非編碼RNA調節。而RNA 療法主要干預基因轉錄翻譯過程，主要包括反義寡核苷酸（Antisense oligonucleotides，ASO）及小分子干擾 RNA（Small interfering RNA，siRNA）等[14]。
結節性硬化（Tuberoussclerosis complex，TSC）是由mTOR復合物1（mTORC1）負性調節劑的遺傳缺陷引起，TSC1和TSC2基因的突變編碼了蛋白質hamartin和tuberin，這些突變導致mTORC1活性異常增高，這些異常活躍引起神經元遷移和分化異常，影響了突觸可塑性改變以及膠質細胞過度激活。mTOR是mTORC1的核心元件，作為絲氨酸/蘇氨酸激酶發揮作用，是細胞增殖、生長和存活的關鍵調節因子。美國食品和藥物管理局和歐洲藥物管理局已經批準了mTOR抑制劑依維莫司作為2歲以上TSC相關局灶性癲癇患者的輔助治療。一項隨機雙盲對照第3階段EXIST-3研究（NCT01713946）表明依維莫司添加治療對于那些患有TSC相關的耐藥性癲癇的患者非常有效[15]。依維莫司通過與FKB12相互作用，作為mTOR1的抑制劑，從而降低了mTORC1下游信號傳導，包括S6激酶（S6K）和4E結合蛋白（14E-BP1）的效應[16，17]。需要注意的是，依維莫司與許多藥物相互作用，特別是影響細胞色素P450 3A4酶（CYP3A4）和P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）藥物，包括抑制劑、誘導劑或底物。對于那些同時服用CYP3A4誘導抗癲癇藥物的患者，如卡馬西平、奧卡西平、苯巴比妥、苯妥英鈉和托吡酯，需要較高的依維莫司起始劑量。由于依維莫司易受多種藥物相互作用的影響，因此應監測其血清藥物濃度以確保安全和有效的治療。
XEN901是一種選擇性鈉離子通道Na1.6 抑制劑，用于治療功能獲得性SCN8A突變相關的DEE，阿那白滯素是一種重組人白細胞介素-1（Interleukin-1，IL-1）受體拮抗劑，可減少神經源性炎，從而緩解感染引起的癲癇發作；依佐加濱是一種可選擇性作用于電壓門控鉀Kv7，可減少興奮性神經傳遞，有效治療功能獲得型KCNQ2突變相關DEE；XEN1101是一種類似于瑞替加賓的新化合物，具有特異開放電壓門控鉀通道作用，能夠減少興奮性神經傳遞，有效治療功能缺失型KCNQ2突變相關DEE；美金剛則是一種非競爭性NMDA受體拮抗劑，能夠減少谷氨酸能神經傳遞，對GRIN2突變相關DEE治療有效[18]。
一些新的抗癲癇發作藥物具有多種機制，其中包括司替戊醇（Stiripentol，STP）。STP是一種正變構調節劑，對GABAAR起作用，包括對苯二氮卓敏感的含γ的GABAAR和苯二氮卓不敏感的含δ的GABAAR，這些受體位于突觸周圍和突觸外，負責介導強直性抑制，因此對兒童DEE，尤其是DS治療有效。STP還在嚙齒類動物模型中表現出神經保護作用，可減少海馬CA1區的細胞損傷。在DS患者中，STP與氯巴占（Clobazam，CLB）結合使用時，由于CYP2C19和CYP3A4的抑制，CLB和活性代謝物去甲基CLB的水平都增加，通常可以減少CLB的劑量使用[18]；大麻二酚（Cannabidiol，CBD），具有復雜的藥效學特征，與多個靶點相互作用，包括G蛋白偶聯受體55的調節、與鈣濃度內流偶聯的瞬時受體電位香草醛1的激動作用以及腺苷再攝取，已經證實對DS和Lennox Gastaut綜合征均有效[ 19]；Radiprodil是一種選擇性別構NR2B谷氨酸拮抗劑，對GRIN2B相關的West綜合征治療有效[18]；TAK935/OV935是一種靶向大腦特異酶膽固醇24-羥化酶，通過降低NMDA激動劑24S-羥基膽固醇的興奮性，對DS治療有效；加奈索酮是一種GABAA激動劑，對CDKL5突變相關DEE有效[18]；芬氟拉明釋放5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），通過不同的5-HT受體增加5-HT能信號，對DS、Lennox Gastaut綜合征及CDKL5突變相關DEE治療有效[20-22]。
4 用于DEE研究的神經生物學模型
4.1 動物和患者源性誘導多能干細胞模型
盡管我們已經識別了與癲癇患者相關的一些致病基因，但這些基因的體內功能及機制尚不清楚。因此，需要依賴動物模型和患者源性誘導多能干細胞（induced Pluripotent stem cells，iPSC）模型來有效推進癲癇研究。最新的基因編輯技術，如CRISPR/Cas9編輯技術，已經進一步促進了癲癇綜合征動物模型和iPSC模型的發展。不同的模型可以根據研究目標來選擇，以更好地理解癲癇的發病機制。
iPSC和CRISPR/Cas9基因編輯技術的發展為創建患者特異性疾病模型提供了重要工具，使用iPSC技術創建患者源性細胞，采用同步重編程和CRISPR/Cas9突變相結合的方法來產生雜合子和純合功能喪失iPSC株系，在iPSC重編程固有克隆基礎上，使得成纖維細胞在培養中更容易轉染，能夠高效生成三種基因型（野生型/野生型、野生型/缺失型和缺失型/缺失型），將有助于快速開發用于疾病建模和基礎研究的功能喪失誘導多能干細胞株系（Loss-of-function induced pluripotent stem cell，LOF-iPSC）[23]。一些遺傳性癲癇已經成功建立了疾病特異性iPSC模型，iPSC技術的發展促成了神經元類器官或“微型大腦”模型的產生。這些類器官表現出與大腦類似的電生理活動，將更適合用于癲癇相關的研究[24]。
目前已應用于多個人類LOF疾病基因，包括常染色體和X連鎖基因，SCN1A、SCN8A、PCDH19、SCN1B、CHD2、HPRT1等，其中多個基因涉及DEE[25，26]。對SCN8A突變相關DEE患者進行皮膚穿刺活檢，取成纖維細胞，并使用iPSC培養，CRISPR基因編輯和iPSC重編程的方法能夠快速生成人SCN8A突變型iPSC株系。這些iPSC株系的神經元表現出特定的電生理特征，顯示了快速網絡爆發的周期，隨著時間的推移，該周期變得越來越短和頻繁，與SCN8A基因突變相關的DEE患者的癲癇表現一致。此外，患者iPSC衍生的神經元軸突起始段長度減少。通過這些模型，研究人員發現一種藥物利魯唑，可能對SCN8A基因突變相關的DEE患者有效[25]。然而患兒特異性疾病模型的建立依然需要納入多種基因不同的突變位點，從而篩選靶向治療藥物，以便達到模擬基因突變相關癲癇的精準治療。
研究發現，長期培養的腦類器官的轉錄組變化與人腦變化較為相似，例如GRIN2A、GRIN2B在腦類器官300天和胚胎腦7～8個月的動態變化一致[27]。盡管如此，腦類器官用于癲癇研究仍存在一些限制：① 腦類器官處于不成熟的發育狀態；② 缺乏遠距離的神經投射和連接；③ 轉錄組分析發現異常無法歸類的神經元種類和炎癥應激因子升高；④ 分層不明晰，區域不明晰；⑤ 培養時間長、成本高[27]。因此，雖然腦類器官為研究提供了有價值的工具，但必須認識到這些局限性，并在使用時謹慎考慮。
4.2 嚙齒動物模型
癲癇有兩種嚙齒動物模型，即非遺傳模型和遺傳模型。在非遺傳模型中，對嚙齒動物局部應用鎢酸、鈷、乙酰膽堿、海人藻酸或戊四氮等可誘發癲癇發作。給嚙齒類動物服用毛果蕓香堿或紅藻氨酸同樣可以誘發急性癲癇和復發性自發癲癇，這些模型可導致神經元損傷和突觸重組，通常被用作顳葉癲癇模型[28]。
轉基因和基因敲除技術使得可以獲得多種基因突變的小鼠模型，如純合子缺失SCN1A突變小鼠在出生后第15天死亡。雜合子SCN1A突變小鼠在出生后第21天出現自發癲癇發作和散發性死亡。在雜合子SCN1A突變小鼠的抑制性中間神經元中，鈉電流密度降低，但興奮性錐體神經元則沒有這種情況。這些觀察結果表明，雜合子SCN1A突變小鼠中GABA能抑制中間神經元的鈉電流降低導致高興奮性，導致DS患者癲癇發作[29]。這些小鼠模型有助于確定導致癲癇癥狀的潛在缺陷，并促進治療干預[28]。嚙齒動物模型顯示膠質細胞誘導的高興奮性在癲癇中的起著作用，例如星形膠質細胞特異性Kir4缺失會破壞鉀離子轉移和谷氨酸攝取功能，導致小鼠癲癇發作、共濟失調和過早死亡[30]。這些嚙齒動物模型已被用于尋找癲癇發生的機制和癲癇發生的生物標志物，以及評估通過高通量篩選確定的新候選藥物。
4.3 斑馬魚模型
斑馬魚是一種成熟的脊椎動物模型，用于檢測與神經發育障礙（包括癲癇）相關的基因功能[31]。其透明胚胎的外部發育使得在發育過程中容易觀察神經系統表型，使斑馬魚成為癲癇綜合征藥物篩選的有效模型[32]。
斑馬魚純合SCN1LAB突變體出現自發發作和癲癇發作，開始于受精后（Days post-fertilization，DPF）4天，高通量篩選發現抗組胺藥克立咪唑可以抑制這種癲癇樣行為[29]。SCN1A純合突變體可以存活到14天，而雜合子繁殖良好，可以在18個月內保持健康。提取斑馬魚腦組織內RNA并進行單細胞RNA測序，揭示了大腦成分變化。在4～7 DPF，純合突變體中谷氨酸能神經元數量相對減少，星形膠質細胞明顯增加，而突變型GABA神經元顯著減少，導致GABA和谷氨酸能神經元之間的比率在7 DPF時降低了近50%，而在野生型中只有輕微的降低。這表明，在7 DPF時，突變型和野生型之間存在顯著差異，可能是癲癇發生的潛在機制。3 DPF突變型的樹突結構數量減少，芬氟拉明可增加突變型樹突結構[33]。臨床上芬氟拉明確實改善了DS患者的癲癇發作。此外，人STXBP1的直系同源物STXBP1B的斑馬魚突變體表現出癲癇發作，也開發出了CACNA1A相關癲癇的斑馬魚模型[34]。
4.4 秀麗線蟲模型
秀麗線蟲是一種成熟的非寄生線蟲，用于研究神經系統發育和功能。秀麗線蟲中存在約65%與人類疾病相關基因同源的同源基因。成年雌雄同體的秀麗線蟲中含有302個神經元（雄性為383個），可分為118個神經元細胞和56個膠質細胞[29]。與其他動物模型相比，秀麗線蟲中缺少電壓門控鈉通道，秀麗線蟲模型在癲癇研究中具有獨特的特性，可能是脊椎動物模型的補充。線蟲是透明的，可以通過熒光標記來可視化神經元，秀麗線蟲的癲癇發作可在攜帶有GABA傳遞缺陷的LIS1基因突變的遺傳模型中誘發。戊四唑（Pentylenetetrazol，PTZ）治療和RNA干擾介導的LIS1通路相關基因的敲除，如NUD-1、NUD-2以及DHC-1、CDK-5或CDKA-1也可誘發驚厥[29]。
4.5 果蠅模型
果蠅是用于研究遺傳學、發育生物學和神經生物學的良好模式生物，具有體型小、繁殖率高、維護成本低、易于操作的特點。此外，果蠅表現出復雜的行為，包括社交活動、學習記憶和求偶行為。因此，果蠅成為研究人類癲癇的有吸引力的模式生物。
在果蠅基因組中，para是唯一編碼電壓門控鈉通道α亞基的基因，是人類SCN1A、SCN2A、SCN3A、SCN4A、SCN5A、SCN7A、SCN8A、SCN9A、SCN10A和SCN11A基因的單一同源基因。其中，SCN1A、SCN2A、SCN3A和SCN8A基因與DEE相關。果蠅para（Nav）鈉通道結構與人類鈉通道結構相似，其重要區域在兩種物種之間高度保守。SCN1AS1231R突變是在DS患者中發現的一種錯義突變，影響了鈉通道結構域III的跨膜段S1和S2。使用CRISPR-cas9系統編輯果蠅para基因，成功產生了攜帶SCN1AS1231R突變的DS模型，這些果蠅DS模型表現出熱敏感癲癇發作[29]。此外，還開發了與DEE相關的其他基因模型，包括KCNB1、KCNQ2、HCN1、CACNA1A、CACNA1B、CACNA1E、GABRA1、GABRA2、GABRA4、GABRA5、GABRA6等果蠅模型[29]。
4.6 其余體外細胞模型
第一種為原代細胞模型，例如使用原代海馬神經元，這種模型通常是通過將細胞從動物暴露于低鎂培養基中獲得的。原代海馬神經元是一種公認的癲癇體外模型[35]。隨著對神經膠質細胞在癲癇病理中作用的認識增加，也出現了原代星形膠質細胞或小膠質細胞單培養細胞模型，以及星形膠質細胞與小膠質細胞共培養細胞模型，用于癲癇病理的研究。第二種為商業化的永生細胞系，因為它們的培養相對容易，因此在癲癇研究中也被廣泛使用。這些細胞系通常是經過維護和傳代培養的，便于大規模的實驗和高通量篩選。
5 未來與展望
目前在動物模型中，可以利用提高CHASERR（CHD2-DEE Alleviation by Spatiotemporal Repression of Repetitive Regions）的表達來治療CHD2-DEE，是一種利用基因之間相互關系的基因治療方法[36]。DEE的治療性干預應在疾病早期考慮，然而，最佳干預時機仍未明確。確定治療干預的最佳時機是一項挑戰，尤其是癲癇發作和癲癇樣異常放電產生的并發癥的治療，這方面仍存在爭議。盡管如此，病因仍然在決定臨床嚴重程度方面占據主導地位，即使患有DEE的患者病情嚴重，晚期治療仍然有改善的可能。越來越多的研究表明，使用新藥或在適當的情況下重新評估現有藥物的用法可以顯著改善DEE的癥狀。隨著對越來越多的DEE致病基因的發現，盡管具體的發病機制信號通路仍需深入研究，但未來的研究應著眼于理解DEE的神經生物學過程，從而針對性進行基因靶向治療。
利益沖突聲明 所有作者無利益沖突。