儿童交替性偏瘫的基因型与表型相关性

作者:李淑品[1] 张月华[1] 杨小玲[1] 陈娇阳[1] 曾琦[1] 张静[2] 吴希如[1] 
单位:北京大学第一医院[1]

摘要

 

目的

 

  探讨儿童交替性偏瘫(AHC)患儿的ATP1A3基因型与表型的相关性。

 

方法

 

  本研究为回顾性病例研究。收集2005年8月至2017年12月在北京大学第一医院儿科神经专业门诊及病房住院的AHC患儿病例资料,采集患儿及其家系成员外周血DNA,采用Sanger测序的方法或靶向捕获二代测序技术癫痫基因检测包检测筛查ATP1A3基因突变。根据携带ATP1A3基因突变类型的不同进行分组。分析基因型与表型之间的相关性。组间比较采用方差分析、χ2检验、Kruskal-Wallis检验或LSD法。

 

结果

 

  共收集AHC患儿119例,其中男68例、女51例。发病年龄≤18月龄者113例(95.0%),>18月龄6例。有偏瘫发作者119例(100.0%),眼球运动异常者109例(91.6%),肌张力不全者104例(87.4%),自主神经症状者31例(26.1%),癫痫发作31例(26.1%)。117例(98.3%)患儿存在不同程度的智力、运动发育落后。119例AHC患儿中,ATP1A3基因突变筛查阳性者113例(95.0%),其中111例为新生突变,2例为遗传突变。共发现39种突变类型,其中错义突变37种,缺失突变2种,17种为国际未报道的新突变。3种热点突变:D801N突变共34例(30.1%)、E815K突变20例(17.7%)和G947R突变13例(11.5%)。AHC患儿起病年龄D801N组与E815K组均早于G947R组[(3.1±2.1)、(2.3±2.3)比(6.4±7.7)月龄,P=0.004、0.003]。首次偏瘫发作年龄D801N组与E815K组也均早于G947R组[(6.4±3.1)与(6.8±3.3)比(11.4±10.1)月龄,P=0.004、0.016]。合并癫痫比例及智力、运动落后严重程度,E815K组患儿均高于D801N组(P=0.003及0.001)和G947R组(P=0.001及0.001)。

 

结论

 

  ATP1A3基因突变也是中国AHC患儿的主要致病基因,3种热点突变(D801N、E815K和G947R)与国际报道一致;热点突变E815K具有更严重的临床表型,表现为起病年龄及偏瘫出现年龄早,易合并癫痫发作,智力、运动发育落后更严重。


  儿童交替性偏瘫(alternating hemiplegia of childhood, AHC)是一种严重的罕见的小儿神经系统发作性疾病,文献报道AHC的发病率为1/100万[1],其主要临床特点为发作性的眼球运动异常、交替性偏瘫和肌张力不全,绝大多数患儿有智力、运动发育落后,少数可合并癫痫、舞蹈手足徐动、共济失调等,尚无特效治疗方法,预后不良[2,3]。2012年,Heinzen等[4]采用二代测序的方法发现AHC的主要致病基因为ATP1A3基因,国际已报道了ATP1A3基因的多种突变导致AHC,3个热点突变为D801N、E815K和G947G[5,6],但尚缺少中国人群AHC基因型与表型相关性的大样本研究。本研究回顾性总结分析北京大学第一医院收治AHC患儿基因型与表型的相关性。

 

对象和方法

 

一、对象

 

  本研究获得北京大学第一医院伦理委员会的批准,批准号:2013[555],患儿家长及其家系成员均签署知情同意书。

 

  收集2005年8月至2017年12月在北京大学第一医院儿科神经门诊就诊及病房住院的AHC患儿。入选标准参照1993年Aicardi制定的AHC临床诊断标准[7]:(1)起病年龄≤18月龄;(2)反复的偏瘫发作,累及身体任何一侧;(3)双侧偏瘫或四肢瘫发作,表现从一侧偏瘫发作交替至对侧偏瘫发作,或发作开始即为双侧偏瘫;(4)其他发作性表现如肌张力不全姿势、眼球震颤、斜视、呼吸困难和其他自主神经症状,可伴随偏瘫发作出现或单独出现;(5)睡眠时所有发作性症状消失,醒后10~20 min发作性症状可能再次出现;(6)有发育迟缓和智力低下的证据,神经系统异常包括肌张力不全、舞蹈手足徐动症或共济失调;(7)排除了其他疾病。同时满足第(1)、(2)、(3)和(7)4条者,考虑为典型AHC病例;但少数病例起病年龄>18月龄或无双侧偏瘫发作但满足诊断标准其他项时,考虑为不典型AHC病例[3,8,9]。

 

二、方法

 

1.临床资料收集:

 

  对每例患儿均建立临床登记表,包括姓名、性别、出生日期、民族、起病年龄、首发症状、偏瘫发生年龄、偏瘫发作频率、眼球运动异常发作形式、肌张力不全姿势、癫痫发作、有无伴随症状(舞蹈手足徐动、共济失调、自主神经症状等)、运动发育、语言发育和智力发育;围产期情况、既往史、家族史、用药史及辅助检查[头颅磁共振成像(MRI)、脑电图、血尿代谢筛查等]结果。并通过门诊复诊或电话进行随访。并以"婴儿-初中生社会生活能力量表"评估患儿智力运动发育情况[10,11,12,13]。

 

2.提取基因组DNA:

 

  收集患儿及其家系成员外周血,采用Sanger测序或靶向捕获二代测序技术癫痫基因检测包检测筛查ATP1A3基因突变。

 

3.AHC基因型与表型相关性分析:

 

  对于携带热点突变的AHC患儿,根据携带ATP1A3基因突变类型的不同进行分组。比较不同热点突变组患儿在起病年龄、偏瘫出现年龄、偏瘫发作频率、合并癫痫比例及智力、运动落后严重程度方面的差异。

 

三、统计学处理

 

  应用SPSS 23.0对数据进行统计分析,符合正态分布的计量资料用±s描述,计数资料用例(%)描述。计量资料组间比较采用方差分析,计数资料的组间比较采用χ2检验。单向有序资料的组间比较采用非参数检验的Kruskal-Wallis检验。采用LSD法进行两两比较。P<0.05为差异有统计学意义。

 

结果

 

一、临床表现

 

  共收集符合AHC临床诊断标准患儿119例,其中男68例、女51例。起病年龄为6 h~103月龄(中位起病年龄为3月龄),其中1月龄以内起病者最多,为31例(26.1%),6月龄内起病者共91例(76.5%),7~18月龄起病者22例,≤18月龄起病者共113例(95.0%),>18月龄起病者6例。首发症状表现为眼球运动异常43例(36.1%),肌张力不全36例(30.3%),偏瘫发作26例(21.8%),四肢瘫起病4例(3.4%),癫痫发作为首发症状10例(8.4%)。

 

  119例AHC患儿均有偏瘫发作,首次偏瘫发作年龄为1月龄~8岁7月龄(中位7月龄),偏瘫出现的高峰年龄为5~6月龄(20例,16.8%),108例(90.7%)患儿首次偏瘫出现在18月龄以前。偏瘫可表现为一侧肢体无力或由一侧肢体无力发展为另一侧肢体无力,也可表现为一侧肢体无力尚未完全恢复又出现对侧肢体无力,即发作过程中出现双侧瘫,也可表现为发作开始即为双侧瘫,病程中有双侧瘫表现者共74例。四肢瘫发作过程中,41例患儿伴随有吞咽困难,37例伴有构音障碍。119例AHC患儿中,起病最晚者为一男性患儿,8岁7月龄时以四肢瘫起病,且每次发作均为四肢瘫,病程中有肌张力不全,但无眼球运动异常。

 

  3例患儿起病至出现偏瘫发作时间间隔较长,其中1例为2日龄起病,3岁出现偏瘫发作,第2例为2月龄起病,3岁出现偏瘫发作,出现偏瘫前以眼球运动异常、肌张力不全及发育落后为主要表现。第3例为8月龄起病,6岁出现偏瘫发作,出现偏瘫前以发作性肌张力不全、共济失调及发育落后为主要表现,头颅MRI显示小脑萎缩(图1)。

  图1 伴小脑萎缩的儿童交替性偏瘫患儿头颅磁共振成像(6岁,女)A:矢状面,B:T1像,C:T2像,D:液体衰减反转恢复序列(Flair)像;可见小脑萎缩

 

  119例AHC患儿中,109例(91.6%)病程中有眼球运动异常,表现为双眼斜视、双眼内聚、眼球震颤、单侧眼球运动异常(单眼斜视或单眼震颤)。104例(87.4%)有肌张力不全表现,可表现为头颈偏转向一侧、角弓反张样姿势、一侧肢体僵硬屈曲或过伸。有自主神经症状者31例(26.1%),表现为大汗、面色潮红或苍白等。出现癫痫发作者31例(26.1%),有呼吸紊乱者9例(7.6%),表现为呼吸频率增快或呼吸节律不整。

 

  119例AHC患儿中,117例(98.3%)存在不同程度的智力、运动发育落后,其中113例表现为2岁以前大运动发育里程碑的落后,4例患儿大运动里程碑正常,但偏瘫发作后出现发育迟滞或倒退。发作间期有共济失调表现者39例(32.8%),舞蹈手足徐动1例(0.8%)。

 

  共有3例(2.5%)AHC患儿死亡。第1例为6岁男性患儿,死于癫痫持续状态;第2例为6岁女性患儿,于一次癫痫发作缓解6 h后,出现呼吸心跳骤停,可能性癫痫猝死;第3例为1岁10月龄女性患儿,于持续时间较长(>24 h)的四肢瘫发作过程中,出现呼吸衰竭,未及时就诊,最终死亡,该患儿病程中无癫痫发作。

 

二、ATP1A3基因突变特点

 

  119例AHC患儿中,ATP1A3基因突变阳性者113例,阳性率为95.0%。共39种突变,其中37种错义突变,2种缺失突变,其中17种为国际未报道过的新突变。113例基因突变阳性患儿中,111例(98.2%)为新生突变,2例(1.8%)为遗传性突变,均为母女同患家系,家系1为8岁女性患儿及其母同时患病,母女均携带G947R突变,家系2为2岁女性患儿及其母同时患病,母女均携带G958R突变(图2),两个家系中患儿母亲均为新生突变。有2例患儿来自兄妹同患的一个家系(图3),兄长16岁,妹妹6岁,兄妹携带相同突变位点,Sanger测序显示父亲疑似嵌合体。有4例患儿为2对单卵双胎同患AHC。

 

箭头所指为突变c.2872G>A/p.G958R位置

 

  图2 母女同患儿童交替性偏瘫家系2的ATP1A3基因突变筛查结果可见先证者和母亲c.2872G>A/p.G958R,父亲同一位点未见突变

 


箭头所指为突变c.2401G>A/p.D801N位置

 

  图3 兄妹同患儿童交替性偏瘫家系的ATP1A3基因突变筛查结果可见先证者及妹妹c.2401G>A/p.D801N,父母相同位点均未见突变

 

  本研究AHC患儿中,ATP1A3基因较常见的3种突变为D801N、E815K及G947R,分别为34例(30.1%)、20例(17.7%)和13例(11.5%),其余突变包括D923N 3例(2.7%)、D814N 3例(2.7%)、T771N 2例(1.8%)、L802P 2例(1.8%)、L839P 2例(1.8%)、D805H 2例(1.8%)、L834S 2例(1.8%),以及M167V、M806K、I810N、T771I、T370N、S137Y、D923Y、G755S、S772R、G706R、G893R、P808L、G755C、Q851P、L770R、D992Y、E277K、C927W、N773T、A338V、T133P、D801E、D801Y、A320P、Q851R、D742H各1例。发现2例缺失突变,T368del和V917del各1例。17种突变L802P、L839P、D805H、L834S、M167V、G706R、G893R、P808L、Q851P、Q851R、L770R、N773T、A338V、T133P、D801E、A320P和T368del为国际未报道的新突变。

 

三、基因型-表型相关性分析

 

  119例AHC患儿中,携带D801N、E815K、G947R突变者分别为34、20、13例,3组患儿的起病年龄差异有统计学意义(F=4.882,P=0.011);两两比较D801N组与E815K组均早于G947R组[(3.1±2.1)与(2.3±2.3)比(6.4±7.7)月龄,P=0.003、P=0.004]。

 

  3种热点突变组患儿的首次偏瘫发作年龄差异有统计学意义(F=4.689,P=0.013);两两比较D801N组与E815K组早于G947R组[(6.4±3.1)与(6.8±3.3)比(11.4±10.1)月龄,P=0.004、0.016]。

 

  根据临床分期,AHC患儿以偏瘫发作为主要表现的阶段为1~6岁,3种热点突变组患儿该阶段偏瘫发作的频率及持续时间差异无统计学意义(P均>0.05,表1)。

 


  D801N、E815K、G947R组合并癫痫者分别为8、13、1例,差异有统计学意义(χ2=14.44,P=0.001);进一步两两比较,E815K组癫痫发生率高于D801N组(P=0.003)和G947R组(P=0.001)。

 

  6岁以上患儿智力、运动发育情况较稳定。D801N组6岁以上患儿11例,其中4例存在智力、运动轻度落后,7例为中度落后。E815K组6岁以上患儿8例,其中2例为中度落后,6例为重度落后。G947R组6岁以上患儿7例,其中6例为轻度落后,1例为中度落后。3组间6岁以上患儿智力、运动发育落后情况差异有统计学意义(χ2=16.479,P<0.001);经两两比较,E815K组严重程度高于D801N组(P=0.001)和G947R组(P=0.001)。

 

讨论

 

  AHC通常在18月龄内起病,可早至新生儿期,国际报道最大起病年龄为54月龄,中位起病年龄为3.5月龄,但尚无研究对AHC的起病高峰年龄进行报道[3,14]。本结果显示,AHC患儿起病高峰年龄为1月龄内,超过一半的患儿在6月龄内起病,绝大多数(95.0%)于18月龄内起病。本组患儿最大起病年龄为8岁7月龄。文献报道眼球运动异常和肌张力不全发作常为该病的首发表现,其中眼球运动异常最早出现,有研究报道61%的患儿以眼球运动异常为首发症状,且左右不对称的眼球运动异常为AHC的早期特点[15,16]。本研究中,首发症状以眼球运动异常最常见,占36.1%,其次为肌张力不全。以偏瘫及四肢瘫发作起病者占25.2%,与既往报道相似[3,14]。本组AHC患儿中,最常见的症状为偏瘫发作(100.0%),然后依次为眼球运动异常(91.6%)和肌张力不全(87.4%),其他研究报道的AHC患儿也均有偏瘫发作(100.0%),91%~100%的患儿有眼球运动异常,88%~95%有肌张力不全,本组研究结果与其相似[2,3,14]。本研究中,3例患儿在18月龄内起病,但偏瘫出现较晚,出现偏瘫以前主要以眼球运动异常、肌张力不全及轻度发育落后为主要表现,ATP1A3基因突变筛查均阳性,其中2例为国际未报道过的新突变。该3例患儿在出现偏瘫发作前均已疑诊AHC,均已确诊为AHC,可见ATP1A3基因突变筛查对于AHC早期明确诊断,避免误诊,特别是偏瘫出现前以眼球运动异常及肌张力不全为主要表现时与癫痫的鉴别诊断,具有重要意义。

 

  AHC预后较差,除发作性症状外,绝大多数患儿有智力、运动发育的落后,国际报道的出现智力运动发育落后的比例为91%~100%[3,14]。本组98.3%的患儿存在不同程度的智力、运动发育落后,绝大多数患儿有大运动里程碑事件的落后,部分患儿在偏瘫或癫痫发作后出现智力、运动发育落后或倒退。癫痫发作可能导致认知损害,但本组患儿合并癫痫发作者共31例,说明癫痫发作和智力、运动落后都是本病的表现,但不能除外偏瘫和癫痫发作加重患儿发育落后的可能。国际报道AHC患儿50%~72%会遗留舞蹈手足徐动或肌张力不全姿势,68%~96%会遗留共济失调[2,3,14],本组患儿在发作间期有共济失调(32.8%)和舞蹈手足徐动(0.8%)等症状的比例,均明显低于国际报道,推测发作间期遗留共济失调、肌张力不全姿势等表现可能存在东西方患儿的差异,也可能与随访时间有关,本组患儿还需要进一步随访。

 

  绝大多数AHC患儿头颅影像学无明显异常,也有文献报道少数AHC患儿可有小脑萎缩[17,18]。本组中仅有1例患儿存在小脑萎缩,该患儿有共济失调表现,提示小脑萎缩导致的小脑功能障碍可能为部分AHC患儿出现共济失调的原因。

 

  本组死亡3例,病死率为2.5%,死亡原因包括癫痫持续状态、可能的癫痫猝死和长时间四肢瘫过程中出现的呼吸衰竭。

 

  Panagiotakaki等[3]报道了多中心157例AHC患儿中有7例死亡,其中3例死于发作时间长的四肢瘫,2例死于癫痫持续状态,1例死于癫痫发作时心跳呼吸骤停,1例死于心肺衰竭。可见AHC患儿常见死亡原因为癫痫持续状态、癫痫猝死及长时间的四肢瘫发作。Nashef[19]最早于1997年指出,可能的癫痫猝死是癫痫患者在有或无目击者情况下发生的、非外伤或溺水等引起的、突然的无法解释的死亡,可有或无癫痫发作的证据,并且需除外癫痫持续状态,尸检无可致死的毒理学及解剖学原因。2012年,Nashef等[20]又对癫痫猝死的定义及诊断标准进行了修改,提出以下建议:(1)癫痫猝死全称中用"无法预料的死亡"一词代替"不能解释的死亡";(2)死亡前有或无癫痫发作不作为癫痫猝死排除条件;(3)死亡在1 h内发生;(4)除外癫痫持续状态所致死亡,癫痫持续状态要求统一发作时间≥30 min;(5)尸检应制定统一检查标准并及时更新(如补充完善基因检查等)。Annegers[21]提出将癫痫猝死分为4类:肯定的癫痫猝死(必须做尸解)、很可能的癫痫猝死(没有尸解,也没有明确死因)、可能的癫痫猝死(不能除外,但缺乏足够证据说明是癫痫猝死)和非癫痫猝死(有明确死因)。本组中1例患儿于癫痫发作缓解6 h后,突然出现呼吸心跳骤停,未进行尸检,为可能的癫痫猝死。频繁强直阵挛发作是癫痫猝死最重要独立危险因素[22]。一项关于癫痫猝死的研究认为呼吸心跳骤停多发生在癫痫发作后1~3 min内,如在此时间内给予有效的心肺复苏,可降低癫痫猝死发生风险[23]。故控制癫痫发作及注意癫痫发作后的监护,可能减少AHC患儿因癫痫发作导致的死亡。四肢瘫发作过程中的死亡,可能为呼吸肌受累或合并自主神经功能障碍和呼吸问题而导致的呼吸衰竭所致,故当四肢瘫发作过程中出现呼吸困难时,可给予呼吸机辅助通气,可能会减少因四肢瘫导致的死亡。

 

  2012年两个独立研究小组均采用全外显子组测序的方法证实,ATP1A3基因为导致AHC的主要致病基因[4,24]。不同报道AHC病例中ATP1A3基因突变率为78%~100%,多数为新生突变,新生突变比例为99%~100%[4,24,25]。目前已发现的ATP1A3基因突变有80余种,主要为错义突变,少数为剪接突变和碱基缺失移码突变。国际已报道的3个热点为D801N、E815K和G947R[5,6]。本组119例AHC患儿中,ATP1A3基因突变阳性率为95.0%,突变类型以错义突变为主,且绝大多数为新生突变。本研究共发现39种突变,其中17种为国际未报道过的突变,扩展了AHC患儿ATP1A3基因突变谱。

 

  本研究中3个热点突变D801N、E815K和G947R分别有34、20和13例,比较3组患儿的临床表型,携带D801N与E815K突变的患儿出现发作性症状的时间早于携带G947R突变的患儿。6岁以上AHC患儿智力、运动发育情况已相对稳定,携带E815K突变的患儿较D801N和G947R突变的患儿会遗留更严重的智力、运动发育落后。合并癫痫比例以携带E815K突变者最高。可见E815K突变具有更严重的临床表型,预后较差,而G947R突变临床表型相对较轻。本组患儿中3例死亡,其中2例携带E815K突变(1例死于癫痫持续状态,1例死于可能的癫痫猝死),另1例携带D801N突变。推测死亡病例可能多携带E815K突变,可能与E815K突变表型严重且易合并癫痫有关。Panagiotakaki等[3]报道的多中心研究中,死亡的7例AHC患儿中并无基因检测结果。有关AHC患儿死亡与基因突变位点的关系需进一步进行研究。

 

  Heinzen等[4]曾报道,D801N、E815K和其他突变并不降低Na+/K+-ATP酶的α3亚基表达水平,但却显著降低了ATP酶的活性。而E815K突变在酶功能缺陷上与其他基因大致相似,表明单独用酶活性的缺陷不能完全解释为何E815K突变具有更严重的表型。国外有研究表明,Na+/K+-ATP酶除离子转运功能外,还具有运输质子的功能[26,27]。Na+/K+-ATP酶,在一个被称为正向循环的过程中,使用ATP水解的能量,将3个Na+转运至细胞外,同时两个K +转运进入细胞内,并伴随质子的被动向内运输,可起到维持细胞内外酸碱平衡及调节细胞兴奋性的作用[27]。ATP1A3基因突变中,与AHC相关的大多数突变位于Na+/K+ATP酶α亚基的跨膜结构域中,表明这些突变对离子结合和转运具有一定的影响。Li等[27]使用电生理技术利用非洲爪蟾卵母细胞,针对D801N、E815K和G947R突变对Na+,K+和H+流动的影响进行了研究,结果显示,这3个突变与离子转运功能缺陷有关,提示正向循环缺陷是AHC的病理机制之一。D801N、E815K和G947R 3种热点突变,影响钠离子及钾离子转运的程度大致相似,但E815K突变后对质子转运功能的影响较其他突变更为显著,可引起更严重的细胞内碱中毒。由此推测,质子转运功能缺陷导致更严重的细胞内碱中毒可能为E815K突变具有更严重临床表型的原因。

 

  根据AHC临床分期,以交替性偏瘫发作为主要临床表现的阶段为1~6岁,本组患儿中,携带不同热点突变的患儿在偏瘫发作严重程度上并无明显统计学差异,尚需进一步收集病例,进行大样本研究。

 

  综上所述,ATP1A3基因也是中国AHC患儿的主要致病基因,3种热点突变(D801N、E815K和G947R)与国际报道一致,本研究发现的17种新突变扩展了AHC患儿的ATP1A3基因突变谱;热点突变E815K具有更严重的临床表型,表现为起病年龄及偏瘫出现年龄早,易合并癫痫发作,智力、运动发育落后更严重。


    2018/12/28 15:39:07     访问数:290
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