【佳学基因检测】四个符号测序基因检测改变癫痫患者的诊断与治疗

四个字母如何决定人体基因信息的复杂性和多样性？

人体的基因信息破解与揭密揭示人体基因信息的多样性和复杂性由DNA分子中的A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）和T（胸腺嘧啶）这四个碱基的组合和排列所决定。DNA是构成基因的分子，而基因则是携带遗传信息的单位。在基因组中，A、G、C和T这四种碱基按照一定的顺序排列，形成了不同的基因序列，从而决定了个体的遗传信息。

首先，A、G、C和T这四个碱基的排列方式决定了基因的序列。人类基因组中的基因数量众多，每个基因都由数百至数百万个碱基组成，这些碱基的排列顺序形成了基因的特定序列。这种序列的不同排列方式产生了基因的多样性，即不同个体之间基因序列的差异，这也是人类存在丰富多样性的基因组的基础。

其次，A、G、C和T这四个碱基的组合方式决定了基因的编码信息。DNA中的碱基序列通过三个碱基一组的密码子编码蛋白质的氨基酸序列。因为有四种不同的碱基，所以每个密码子有64种可能的组合。其中61种密码子编码20种氨基酸，而剩下的三种是终止密码子，用于标识蛋白质合成的终止点。这种基因编码信息的复杂性和多样性决定了蛋白质的种类和结构，进而影响了细胞的功能和性状。

此外，A、G、C和T这四个碱基的突变和多态性也是基因信息多样性和复杂性的重要来源。基因组中的碱基序列可能会发生突变，即单个碱基的改变，这可能导致基因的功能改变或失效。此外，基因组中也存在一些单核苷酸多态性（SNP），即同一位置上的碱基可以在不同个体之间发生变异。这些突变和多态性导致了人类基因组的差异，影响了个体的性状和易感性。

佳学基因解码总结到，A、G、C和T这四个碱基在DNA分子中的组合和排列决定了人体基因信息的多样性与复杂性。基因序列的多样性、编码信息的复杂性以及突变和多态性的存在共同塑造了人类基因组的特征，影响了个体的遗传特征和生物学功能。

基因解码提示出的癫痫的发病原因、分型与治疗方案

新一代分子测试技术正在加速许多人类疾病的基因发现。根据在线人类孟德尔遗传目录（OMIM，https://www.omim.org），已确定172个基因与癫痫性脑病相关，其中90个基因被确认与发育和癫性脑病（DEE)有关。然而，这个列表可能并不完整，因为发育和癫性脑病（DEE)的范围广泛，涵盖了大量的疾病，其中高达8%的个体是由从头拷贝数变异(CNV)引起的。

最新研究利用了新一代测序(NGS)方法，包括靶向基因组、全外显子组和全基因组测序，对大量表型相关的受影响个体进行了研究。这些研究表明，30-50%的发育和癫性脑病（DEE)可以归因于新的单基因致病变异。在患有发育和癫性脑病（DEE)的患者父母中，约有10%观察到低水平的体细胞嵌合，这对复发风险评估至关重要。除了单一的新变异之外，发育和癫性脑病（DEE)的发病机制还与11-38%的患者的隐性突变有关。标准的NGS方法通常无法检测到其他遗传机制，如非外显子变异、患者脑嵌合、寡基因遗传和表观遗传变化，这些也可能导致发育和癫性脑病（DEE)的病理生理学。

非外显子变异的贡献主要与“有毒”外显子有关，这些外显子被剪接到RNA转录本中时，可能会触发无义介导的衰变(NMD)，这是一种监视系统，用于检测和降解含有过早终止密码子(PTC)的RNA。Carvill及其合作者描述了这种机制与发育和癫性脑病（DEE)相关的一个例子，他们对640名患有未解决的发育和癫性脑病（DEE)的个体的SCN1A基因的11个非编码候选区域进行了测序，确定了内含子20中的五个变体，这些变体促进了毒外显子的包含并导致全长SCN1A蛋白的数量减少。由于对神经祖细胞(NPC)的转录组研究已鉴定出数百个差异剪接的外显子，因此由于包含有毒外显子而导致的基因表达减少可能代表了多种神经系统疾病的病因学机制。

体细胞嵌合是在合子形成后发生的一种变异，该变异由于子细胞通过有丝分裂传递，导致同一体内出现遗传上不同的细胞亚群。这种变异根据发生的时间，可能影响一种或多种组织。最近的深度测序研究发现，大脑局限性突变与皮质发育局灶性畸形（MCD）相关。机械/哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)通路基因AKT1、AKT3、DEPDC5、MTOR、NPRL2、NPRL3、PIK3CA、PIK3R2、TSC1和TSC2的突变现在已被认为是II型局灶性皮质发育不良的主要已知原因（FCDII）和半巨脑畸形（HME）。而编码UDP-半乳糖转运蛋白的SLC35A2体细胞突变已在有限数量的FCD I型患者中发现，以及伴有少突胶质细胞增生的轻度皮质发育畸形（MOGHE）和非病变局灶性癫痫（NLFE）。

此外，在单基因、多基因癫痫组或全外显子组突变阴性的发育和癫性脑病（DEE)患者中，1-3.5%发现了体细胞变异，如SCN1A的微缺失或CDKL5、PCDH19、SCN1A和SCN2A的点突变。在临床诊断环境中进行测序(WES)。然而，体细胞突变对发育和癫性脑病（DEE)的影响可能被低估，因为主要挑战之一是分析正确的目标脑组织，而对于许多发育和癫性脑病（DEE)患者来说，这并不容易。

寡基因遗传是指在某些情况下，具有复杂表型的疾病不是单纯的单基因孟德尔遗传，也不是经典的复杂性状，而是符合少数基因突变可能相互作用的模型。一些发育和癫性脑病（DEE)可以归因于这种类型的继承。研究表明，不同离子通道基因中两种或多种突变的同时发生可能导致患者和动物模型的癫痫表型。例如，通过对一名男孩的靶向全外显子组测序发现，KCNJ10和KCNT1中的致病性变异可能导致致命的疾病。此外，遗传修饰剂可以影响某些发育和癫性脑病（DEE)患者的临床表现。例如，将Scn1a -R1648H 等位基因与Scn2a Q54组合会导致自发性、成人发作的部分运动性癫痫发作。这些结果表明，Scn2a和Kcnq2中的变异可以显著影响携带Scn1a-R1648H 突变的小鼠的表型。

基于两个mTOR通路基因（MTOR和RPS6）的体细胞突变已被证明与半侧巨脑畸形和顽固性癫痫有关。

在多种情况下已检测到导致基因表达模式改变（表突变）的异常染色质状态。表观突变可以继发于顺式或反式作用因子的DNA突变（二次表观突变），或者在没有任何DNA序列变化的情况下作为“真正的”表观突变或初级表观突变。在大脑中，这种改变可能会损害将短暂细胞信号与整个神经元活动和全局基因表达结合的信息传递。动物模型和人类脑组织中的新发现表明，发育和癫性脑病（DEE)可以归因于这两类表突变。与二次表观突变相关的发育和癫性脑病（DEE)的一个典型例子是Rett综合征，它可能是由编码甲基化DNA结合蛋白的MECP2的核苷酸突变和重复引起的。

DNA甲基化的改变在癫痫中尚未得到太多探索，但它们代表了与发育和癫性脑病（DEE)相关的初级表观突变的一个很好的例子。事实上，在大脑中，这种表观遗传修饰调节细胞命运的决定和成熟，并在诱导活动依赖性突触可塑性、记忆和认知方面发挥着重要作用。DNA甲基化的动态改变也可能导致癫痫发生。例如，各种研究表明，脑源性神经营养因子（BDNF）的表达受到多种细胞过程的调节，包括其启动子的甲基化，导致与癫痫发生有关的大脑区域的表达上调。此外，在海马神经元中，介导BDNF启动子去甲基化的DNA甲基转移酶的抑制会导致神经元兴奋性和网络活动的抑制。

各种非遗传性病因也与某些发育和癫性脑病（DEE)相关，包括缺氧缺血性脑病（HIE）、脑血管、感染性或自身免疫性疾病、肿瘤、脑外伤和代谢性疾病。尽管这些病因的分子发病机制比遗传病因更加复杂和多因素，但它们提供了一个环境，可以探索疾病发病机制、网络功能障碍和药物耐药性中的“共同途径或机制”问题，以开发具有更广泛应用的治疗方法。例如，神经元间病以及mTOR失调与遗传和非遗传病因发育和癫性脑病（DEE)都有关联。

发育和癫性脑病（DEE)中癫痫和认知表型的病理生理机制是多方面的，导致特定的皮质网络功能受损或更广泛的癫痫变化。这些机制的交叉使得基因型与功能表型之间的关系变得复杂。在大脑中，皮质和皮质下神经元网络相互作用，可能导致正常皮质功能的广泛变化。兴奋性皮质神经元的放电受到钠通道和钾通道活动的细微调节，这些活动受到跨细胞膜的化学和离子梯度的调控。如果钠和钾梯度之间的平衡受到干扰，比如由于编码Na+或K+离子通道的基因发生突变，出现异常去极化，会导致神经元活动和皮质兴奋性的异常。改变谷氨酸能神经元之间连接的基因突变也与发育和癫性脑病（DEE)有关。除了兴奋性神经元放电的改变外，发育和癫性脑病（DEE)的癫痫发作可能与中间神经元网络的功能障碍有关。例如，SCN1A突变与Dravet综合征和其他癫痫表型相关，主要与抑制性神经元中的功能丧失有关。因此，SCN1A突变的致癫痫作用主要是由抑制性中间神经元活性的改变介导的，而不是由兴奋性神经元的异常放电介导的。最近的研究证实，SCN1A主要在抑制性神经元中表达。相反，SCN2A/3A/8A编码的通道主要在兴奋性神经元中表达，这表明这些基因突变引起的癫痫主要与直接神经元相关的兴奋性电导的改变有关。因此，对通道突变功能效应的了解对于确定其在癫痫发作中的作用至关重要。通道突变在同一基因家族中可能有所不同，甚至对于相同基因也可能有所不同。

谷氨酸受体或离子通道的基因突变可能导致癫痫的大脑结构异常。通过DREADD（仅由设计药物激活的设计受体）方法，基因解码基因检测的研究发现，迁移投射神经元（PN）的瞬时胚胎激活会诱导多种活性依赖性受体的转录变化，包括谷氨酸代谢型受体、红藻氨酸受体、NMDA和AMPA受体。这导致浅层PN的过早分支和持续层状错误定位到深层皮质层，而不影响层特异性分子身份标记的表达。这些发现支持这样的假设，即迁移过程中内在活性的增加可能充当皮质PN迁移的停止信号。

通过类似的DREADD方法，已经证明，在发育中的小鼠新皮质心室区祖细胞随着产生连续的神经元亚型而变得更加超极化。实验性体内超极化将这些祖细胞的转录程序和分裂模式转变为较晚的发育状态，导致中间祖细胞的早熟生成以及其神经元后代的层流、分子、形态和回路特征的前移。这表明，在发育过程中，生物电过程的改变也会影响不可兴奋的细胞，包括神经元祖细胞。

遗传背景可能改变基因型与表型的关联。这在人类中已知，并且在不同实验室的小鼠模型中也得到了证实。癫痫的基因解码过程中提出了一个引人注目的例子，其中Kcna1敲除和Cacna1a错义突变的组合掩盖了与Cacna1a相关的失神性癫痫，并减轻了Kcna1缺失突变导致的边缘癫痫发作和死亡。在C57BL/6背景下，Na v 1.1+/-小鼠表现出高热诱导的自发性癫痫发作、认知和行为缺陷以及早期死亡，而在129/SvJ背景下，小鼠出现高热诱发的癫痫发作、较轻的自发性癫痫发作，并且没有认知缺陷。