原發(fā)性低鉀型周期性麻痹分子遺傳學(xué)及其治療的研究進(jìn)展

王衡，鐘敏

1重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 國(guó)家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心兒童發(fā)育疾病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400014；2兒科學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

周期性麻痹是一組以周期性弛緩性肌無(wú)力為主要表現(xiàn)的骨骼肌離子通道疾病，包括低鉀型周期性麻痹（HypoPP）、正常鉀型周期性麻痹（NormPP）、高鉀型周期性麻痹、Andersen-Tawil綜合征。其中，HypoPP在周期性麻痹中最常見(jiàn)，發(fā)病率約為1/10萬(wàn)［1］，分為原發(fā)性和繼發(fā)性。原發(fā)性HypoPP是一種罕見(jiàn)的常染色體顯性遺傳病，由編碼骨骼肌鈉、鈣、鉀離子通道基因突變引起的，通常于10～20歲發(fā)病，臨床表現(xiàn)為局灶性或全身性弛緩性肌無(wú)力和低鉀血癥（<3.5 mmol/L）［2］。大多數(shù)原發(fā)性HypoPP是由骨骼肌L型Cav1.1通道基因（CACNA1S）或骨骼肌Nav1.4通道基因（SCN4A）α亞基突變引起的。我國(guó)曾報(bào)道由編碼電壓門(mén)控鉀離子通道的KCNJ18基因突變引起的散發(fā)性HypoPP，東莞地區(qū)還發(fā)現(xiàn)G116A、G119A、C167A、A745G、G576C五個(gè)新的錯(cuò)義突變位點(diǎn)［3］。其中，約60%原發(fā)性HypoPP與CACNA1S突變有關(guān)，定義為HypoPP-1型（OMIM：114208）；約20%原發(fā)性HypoPP與SCN4A突變有關(guān)，定義為HypoPP-2型；其余原發(fā)性HypoPP不存在這兩個(gè)基因突變，歸為HypoPP-3型［4-5］。目前，原發(fā)性HypoPP的分子遺傳學(xué)機(jī)制仍不完全清楚，其診斷共識(shí)和治療指南尚無(wú)統(tǒng)一意見(jiàn)，治療措施主要是避免誘因和補(bǔ)充鉀劑。本文結(jié)合文獻(xiàn)就原發(fā)性HypoPP分子遺傳學(xué)及其治療的研究進(jìn)展作一綜述。

1 原發(fā)性HypoPP的分子遺傳學(xué)機(jī)制

原發(fā)性HypoPP以發(fā)作性肌無(wú)力伴血鉀降低、補(bǔ)鉀后肌無(wú)力迅速緩解為特征。目前認(rèn)為，HypoPP是由CACNA1S或SCN4A突變所致的氨基酸改變，致使骨骼肌L型Cav1.1通道或Nav1.4通道中電壓傳感器跨膜段的一個(gè)門(mén)控電荷改變而形成門(mén)控孔電流（也稱(chēng)ω電流），陽(yáng)離子在靜息狀態(tài)下通過(guò)該孔滲漏，產(chǎn)生異常靜息電位，導(dǎo)致肌細(xì)胞膜對(duì)神經(jīng)刺激反應(yīng)減弱，收縮力降低，從而引起肌無(wú)力［6］。

1.1 CACNA1S突變 CACNA1S定位于人染色體1q31-32上，全長(zhǎng)約73 kb，包含44個(gè)外顯子，編碼骨骼肌細(xì)胞二氫吡啶受體敏感的L型Cav1.1通道蛋白。該通道蛋白是由5個(gè)亞基組成的寡聚蛋白，即兩個(gè)高分子量多肽亞基（α1、α2）和三個(gè)較小的亞基（β、γ、δ），其中α1亞基是主要的功能單位。HypoPP-1型是由編碼二氫吡啶受體α1亞基（Cav1.1α1）錯(cuò)義突變引起的。二氫吡啶受體是一種錨定在骨骼肌纖維管狀膜上的蛋白復(fù)合物，由4個(gè)同源結(jié)構(gòu)域（Ⅰ～Ⅳ）組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)域包含6個(gè)跨膜區(qū)段（S1～S6）。其中，S4區(qū)段中的精氨酸通過(guò)與相鄰節(jié)段的殘基相互作用，形成了一個(gè)非常狹窄的隔膜，能夠?qū)o(wú)離子通透性的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的水隙分開(kāi)。大部分基因突變影響結(jié)構(gòu)域Ⅱ～Ⅳ的S4區(qū)段，該區(qū)段中的精氨酸被中性殘基替代，破壞了這種結(jié)構(gòu)，橋接了細(xì)胞內(nèi)外液體，形成了一個(gè)可傳導(dǎo)Ca2+并響應(yīng)去極化而打開(kāi)的門(mén)控通道，從而控制肌漿網(wǎng)Ca2+釋放，影響肌肉的興奮—收縮偶聯(lián)［7］。WU等［8］研究發(fā)現(xiàn)，Cav1.1通道蛋白STAC3過(guò)表達(dá)能夠增強(qiáng)非洲爪蟾卵母細(xì)胞膜上Cav1.1表達(dá)，在非肌肉來(lái)源的細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)對(duì)HypoPP突變通道的功能評(píng)估。目前認(rèn)為，周期性麻痹（HypoPP、NormPP）、惡性高熱綜合征、與Cav1.1相關(guān)的肌病和肌強(qiáng)直性營(yíng)養(yǎng)不良1型四種肌肉疾病，可能與CACNA1S突變或剪接缺陷有關(guān)，以HypoPP最常見(jiàn)［9］。

與原發(fā)性HypoPP相關(guān)的CACNA1S突變導(dǎo)致的氨基酸位點(diǎn)改變主要包括R528H/G/C/L、R1239H/G、R897S/M、R900G/S、H916Q、V876E、R489H、R1242G，其 中R528H和R1239H最 常 見(jiàn)［5，10-18］。MILLER等［10］研究報(bào)道，c.1583 G>A（p.Arg528His）突變所致的原發(fā)性HypoPP患者首發(fā)年齡為（14±5）歲，而c.3716 G>A（p.Arg1239His）突變?yōu)椋?±4）歲，表明c.3716 G>A（p.Arg1239His）突變所致的原發(fā)性HypoPP發(fā)病年齡更早。HIRANO等［11］報(bào)道了一例CACNA1S基因c.2698 A>G（p.Arg900Gly）突變的男性周期性麻痹發(fā)作患者，其基因突變發(fā)生在結(jié)構(gòu)域Ⅲ的S4區(qū)段，患者在肌無(wú)力恢復(fù)后血鉀明顯升高，這可能是因?yàn)榘l(fā)作間期低鉀血癥使肌膜不穩(wěn)定，從而向血清釋放肌內(nèi)鉀。CHABRIER等［12］報(bào)道了一例氨基酸R897S變化的先證者，患者是土耳其血統(tǒng)近親結(jié)婚夫婦的獨(dú)生子女，無(wú)肌肉疾病家族史，1歲左右發(fā)病，表現(xiàn)為以下肢為主的全身性肌無(wú)力，發(fā)作持續(xù)時(shí)間10～30 min，該突變表明結(jié)構(gòu)域Ⅲ的S4區(qū)段功能障礙也可引起原發(fā)性HypoPP，故分子研究不應(yīng)局限于結(jié)構(gòu)域Ⅱ、Ⅳ的S4區(qū)段。WEBER等［13］報(bào)道了一例由CACNA1S突變導(dǎo)致的女性原發(fā)性HypoPP患兒，首發(fā)年齡為3歲，在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)或感染誘發(fā)下表現(xiàn)出明顯的下肢無(wú)力甚至不能行走，經(jīng)鑒定是CACNA1S c.3715 C>G（p.Arg1239Gly）突變引起的。c.2627 T>A（p.Val876Glu）突變最早在一個(gè)南美家系中被發(fā)現(xiàn)，該家系共發(fā)現(xiàn)6例原發(fā)性HypoPP患者［14］，之后分別于2015年在一例中國(guó)女性［15］和2020年在一個(gè)日本家系［16］中發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)突變。目前，c.2690 G>A（p.Arg897Met）突變只在中國(guó)人群中報(bào)道，是在一例16歲男性原發(fā)性HypoPP患者中首次發(fā)現(xiàn)，CACNA1S的突變位點(diǎn)為R897M，患者母親亦存在該位點(diǎn)突變且已發(fā)病，經(jīng)補(bǔ)鉀治療有效［17］?？傊?，CACNA1S突變位點(diǎn)可發(fā)生在多個(gè)結(jié)構(gòu)域的不同區(qū)段，并且某些突變位點(diǎn)，如R528H、R1239H，可表現(xiàn)為不完全外顯率，但更多的突變位點(diǎn)有待于進(jìn)一步探索。CACNA1S常見(jiàn)的突變位置以及核苷酸、氨基酸變化見(jiàn)表1。

表1 CACNA1S常見(jiàn)的突變位置以及核苷酸、氨基酸變化

1.2 SCN4A突變 SCN4A定位于人染色體17q23-25，全長(zhǎng)35 kb，有24個(gè)外顯子，編碼骨骼肌電壓門(mén)控鈉通道Nav1.4α亞基。Nav1.4α亞基由圍繞中心離子孔的4個(gè)同源結(jié)構(gòu)域（Ⅰ～Ⅳ）組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)域由6個(gè)跨膜片段組成。SCN4A突變可導(dǎo)致高鉀型周期性麻痹、HypoPP-2型（OMIM：613345）、先天性副肌強(qiáng)直和先天性肌無(wú)力綜合征。

JIANG等［19］構(gòu)建了細(xì)菌鈉通道模型，闡明通過(guò)門(mén)孔的離子滲透是由電壓傳感器狀態(tài)和R4的轉(zhuǎn)子構(gòu)象動(dòng)態(tài)變化控制的，這在分子水平上揭示了原發(fā)性HypoPP的發(fā)病機(jī)制。電壓門(mén)控鈉通道Nav1.4電壓傳感器的S4跨膜區(qū)段中帶正電荷的殘基單個(gè)突變可引起原發(fā)性HypoPP。最外層門(mén)控電荷（R1、R2）突變會(huì)在電壓傳感器中形成病原性門(mén)控孔，陽(yáng)離子在靜息狀態(tài)下通過(guò)該孔泄漏，產(chǎn)生門(mén)控孔電流，從而導(dǎo)致原發(fā)性HypoPP。鈉通道是一種高選擇性電壓門(mén)控通道，通過(guò)構(gòu)象變化激活去極化，然后失活阻斷鈉電流，引起膜復(fù)極化。該通道失活的輕微延遲即可導(dǎo)致肌強(qiáng)直或肌無(wú)力，在運(yùn)動(dòng)后休息、攝入碳水化合物或胰島素、感染等誘發(fā)因素下，電壓門(mén)控鈉通道長(zhǎng)時(shí)間處于膜去極化（從-90 mV至-60 mV）而失活狀態(tài)［2，9］。

有研究報(bào)道，原發(fā)性HypoPP-2型的致病性突變多位于SCN4A編碼的精氨酸堿基上，特別是在結(jié)構(gòu)域Ⅱ上。SCN4A突變的主要位點(diǎn)包括R222W/Q、R225W/G、R669H/G、R672H/G/S/C、R675Q、R1129Q、R1132Q/G、R1135H/C、P1158S和N820Y，其中R672G和R1132Q最常見(jiàn)［5，20-28］。CARLE等［20］于2006年在一個(gè)歐洲家系中發(fā)現(xiàn)了c.3395 G>A（p.Arg1132Gln）突變，該突變導(dǎo)致鈉離子通道Nav1.4α亞基結(jié)構(gòu)域Ⅲ電壓傳感器S4區(qū)段中的精氨酸被谷氨酰胺取代，改變了鈉通道激活的電壓依賴(lài)性，增強(qiáng)了快速和慢速失活。c.2458 A>T（p.Asn820Tyr）突變是2020年在一個(gè)中國(guó)家系中報(bào)道的新發(fā)突變，因SCN4A第14外顯子突變，位于Nav1.4α亞基結(jié)構(gòu)域Ⅱ的S6區(qū)段末端，該突變可導(dǎo)致Nav1.4靜息電位持續(xù)去極化，從而降低了肌纖維的興奮性，主要表現(xiàn)為發(fā)作性四肢無(wú)力［21］。c.3386 G>A（p.Arg1129Gln）突變是2010年在一個(gè)中國(guó)家系中發(fā)現(xiàn)的，是SCN4A結(jié)構(gòu)域Ⅲ電壓傳感器S4區(qū)段的精氨酸被谷氨酰胺取代，該家系中共發(fā)現(xiàn)3例HypoPP、5例NormPP，氯化鉀能夠緩解HypoPP患者肌無(wú)力癥狀，但對(duì)NormPP患者無(wú)效，提示鈉通道功能障礙可能與R1132Q突變有關(guān)［22］。c.2024 C>T（p.Arg675Gln）突變?cè)趦蓚€(gè)中國(guó)家系中被發(fā)現(xiàn)，位于SCN4A編碼的骨骼肌電壓門(mén)控鈉離子通道Nav1.4α亞基結(jié)構(gòu)域Ⅱ的S4區(qū)段，該區(qū)段第3個(gè)帶正電荷的精氨酸被疏水氨基酸殘基取代，在電壓傳感器中形成病原性門(mén)控孔，從而導(dǎo)致異常門(mén)控孔電流形成，患者伴有肌肉酸痛和肌酸激酶升高，肌肉酸痛和肌酸激酶升高可能與該位點(diǎn)基因突變密切相關(guān)［5］。c.664 C>T（p.Arg222Trp）是與原發(fā)性HypoPP相關(guān)的第一個(gè)引起骨骼肌鈉通道Nav1.4結(jié)構(gòu)域Ⅰ改變的突變，在既往報(bào)道該突變的兩個(gè)家系中可出現(xiàn)呼吸功能不全等嚴(yán)重臨床表現(xiàn)［23］，而在BAY?LESS-EDWARDS等［24］報(bào)道的家系中則具有以四肢無(wú)力為特征的輕度臨床表現(xiàn)，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)，R222W突變產(chǎn)生的鈉通道失活缺陷是骨骼肌纖維動(dòng)作電位衰減的主要驅(qū)動(dòng)力，而由該位點(diǎn)突變產(chǎn)生的超極化誘導(dǎo)ω電流則能促進(jìn)肌纖維去極化。KOKUNAI等［25］研究報(bào)道，SCN4A第4外顯子雜合狀態(tài)下新的錯(cuò)義突變位點(diǎn)c.611 C>A（p.Ala204Glu），該突變導(dǎo)致骨骼肌電壓門(mén)控鈉離子通道Nav1.4α亞基結(jié)構(gòu)域Ⅰ的S3區(qū)段改變，乙酰唑胺與補(bǔ)鉀能夠減少患者肌無(wú)力發(fā)作。R669G是荷蘭報(bào)道的SCN4A新突變［26］，該研究從234個(gè)不相關(guān)的家系中鑒定了405例骨骼肌通道病患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該突變導(dǎo)致荷蘭非營(yíng)養(yǎng)不良性肌強(qiáng)直和周期性麻痹的患病率分別為1.7/10萬(wàn)、0.69/10萬(wàn)。SCN4A常見(jiàn)的突變位置以及核苷酸、氨基酸變化見(jiàn)表2。

表2 SCN4A常見(jiàn)的突變位置以及核苷酸、氨基酸變化

2 原發(fā)性HypoPP治療

原發(fā)性HypoPP的臨床診斷并不困難，結(jié)合基因檢測(cè)可進(jìn)一步明確病因，但目前缺乏有效的根治方法。

原發(fā)性HypoPP導(dǎo)致的肌無(wú)力是可逆的，持續(xù)治療可減少肌無(wú)力發(fā)作頻率，并防止永久性肌無(wú)力發(fā)生。有研究報(bào)道，一例女性原發(fā)性HypoPP患者經(jīng)螺內(nèi)酯、補(bǔ)鉀等治療，從輪椅依賴(lài)者轉(zhuǎn)變?yōu)樵跊](méi)有幫助下步行甚至慢跑，表明中重度肌無(wú)力發(fā)作經(jīng)適當(dāng)治療是可以逆轉(zhuǎn)的［13，29］。原發(fā)性HypoPP的治療管理主要基于三個(gè)原則：第一，改變生活方式，盡量減少HypoPP的觸發(fā)因素；第二，急性期穩(wěn)定血鉀水平；第三，使用碳酸酐酶抑制劑等預(yù)防肌無(wú)力發(fā)生。

2.1 減少觸發(fā)因素 原發(fā)性HypoPP常見(jiàn)的觸發(fā)因素及其潛在機(jī)制：①高碳水化合物飲食、葡萄糖輸液、糖皮質(zhì)激素等，這些因素能夠使胰島素介導(dǎo)的Na+-K+-ATP酶活性增強(qiáng)，通過(guò)阻礙鉀離子通道活性，抑制鉀離子外流；②劇烈運(yùn)動(dòng)后休息，長(zhǎng)時(shí)間或過(guò)度運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致局部酸中毒，夜間或清晨休息時(shí)肌細(xì)胞內(nèi)鉀流入增多；③創(chuàng)傷和情緒壓力，能夠使兒茶酚胺介導(dǎo)的Na+-K+-ATP酶活性增強(qiáng)，通過(guò)阻礙鉀離子通道活性，抑制鉀離子外流。

2.2 急性期穩(wěn)定血鉀水平 目前，原發(fā)性HypoPP常見(jiàn)的治療藥物主要有鉀補(bǔ)充劑、碳酸酐酶抑制劑、利尿劑等。其中，碳酸酐酶抑制劑乙酰唑胺、二氯苯酰胺臨床治療HypoPP已有近50年歷史，能夠有效降低HypoPP發(fā)作頻率，提高患者生活質(zhì)量［30］。但碳酸酐酶抑制劑不良反應(yīng)較多，如感覺(jué)異常、疲勞、肌肉痙攣和輕度可逆性認(rèn)知功能障礙等［14］。利尿劑布美他尼是目前尚處于研究階段的治療藥物，可通過(guò)抑制Na+-K+-2Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體，限制與重復(fù)動(dòng)作電位相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)氯離子濃度升高，從而導(dǎo)致肌纖維膜在低細(xì)胞外鉀狀態(tài)下穩(wěn)定。雖然布美他尼是HypoPP的潛在治療藥物，但尚未在臨床上應(yīng)用，還需要進(jìn)一步研究［31-33］。

急性發(fā)作期治療主要采取口服或靜脈補(bǔ)鉀?？诜a(bǔ)鉀速度一般為0.4～0.8 mEq/（kg·h），每天不超過(guò)200～250 mEq。當(dāng)無(wú)法口服補(bǔ)鉀時(shí)需要靜脈補(bǔ)鉀，補(bǔ)鉀速度一般不超過(guò)20 mEq/h，每天不超過(guò)200 mEq。

2.3 預(yù)防肌無(wú)力發(fā)生 預(yù)防肌無(wú)力發(fā)生的藥物治療：①乙酰唑胺：成人125～1 000 mg/d，兒童5～10mg/（kg·d），能夠預(yù)防HypoPP肌無(wú)力發(fā)作，但使用乙酰唑胺可增加腎結(jié)石的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［30］，故在使用乙酰唑胺預(yù)防治療前應(yīng)先進(jìn)行腎臟超聲檢查；②補(bǔ)鉀：口服補(bǔ)鉀每天30～60 mEq，首選緩釋制劑；③保鉀利尿劑：如氨苯蝶啶50～150 mg/d、安體舒通25～100 mg/d、依普利酮50～100 mg/d，這些保鉀利尿劑不僅能預(yù)防HypoPP肌無(wú)力發(fā)作，還能使肌纖維復(fù)極化增強(qiáng)和肌力增加；④二氯苯酰胺：已被批準(zhǔn)用于預(yù)防HypoPP肌無(wú)力發(fā)作，能夠降低肌無(wú)力嚴(yán)重程度、發(fā)作頻率，減少發(fā)作持續(xù)時(shí)間，但其具體治療劑量尚不統(tǒng)一。

綜上所述，原發(fā)性HypoPP的分子遺傳學(xué)機(jī)制主要是由于CACNA1S或SCN4A突變致使電壓門(mén)控鈣通道Cav1.1或鈉通道Nav1.4改變而產(chǎn)生ω電流，繼而影響膜結(jié)構(gòu)域Ⅱ～Ⅳ的S4區(qū)段，最終出現(xiàn)局灶性或全身性弛緩性肌無(wú)力和低鉀血癥。原發(fā)性HypoPP的臨床診斷并不困難，結(jié)合基因檢測(cè)可進(jìn)一步明確病因，但目前缺乏有效的根治方法，治療原則主要為減少觸發(fā)因素、急性期穩(wěn)定血鉀水平以及預(yù)防肌無(wú)力發(fā)生。原發(fā)性HypoPP的常規(guī)治療藥物主要有鉀補(bǔ)充劑、碳酸酐酶抑制劑、利尿劑等。但由于國(guó)內(nèi)外原發(fā)性HypoPP的病例報(bào)道不多，許多藥物的有效性和安全性尚缺乏證據(jù)。未來(lái)需要進(jìn)一步探索原發(fā)性HypoPP的分子遺傳學(xué)機(jī)制，以便研發(fā)安全有效的治療藥物。