低鉀型周期性麻痹與CACNA1S基因相關的研究進展

何妍妍，鄒 偉，陳勇軍

（南華大學附屬南華醫院神經內科，湖南衡陽421002）

低鉀型周期性麻痹與CACNA1S基因相關的研究進展

何妍妍，鄒 偉，陳勇軍

（南華大學附屬南華醫院神經內科，湖南衡陽421002）

近年來隨著分子生物學、遺傳學的進展，越來越多的證據表明低鉀性周期性麻痹是一種與離子通道基因相關的遺傳性疾病，目前發現的突變基因有CACNA1S、SCN4A、KCNE3，其中以CACNA1S所發現的突變率最高，我們擬對近年以來發現的CACNA1S基因突變及相關功能研究做一綜述。

低鉀型周期性麻痹；遺傳性疾病，先天性；基因

低鉀型周期性麻痹（hypokalemic periodic paralysis，HOKPP）是一種常染色體顯性疾病，可分為原發性低鉀型周期性麻痹（primary hypokalemic periodic paralysis，PHOKPP）及繼發性低鉀型周期性麻痹。而PHOKPP中又包括家族性低鉀型周期性麻痹（familial hypokalemic periodic paralysis，FHOKPP）以及散發性低鉀型周期性麻痹（sporadical hypokalemic periodic paralysis，SHOKPP），有部分學者甚至把Andersen-Tawil綜合征也歸納為原發性周期性麻痹中的一種，我國患者發病以SHOKPP多見，西方國家則以FHOKPP多見［1］。繼發性低鉀型周期性麻痹病因包括甲狀腺功能亢進、腎小管酸中毒、Ig A腎病、醛固酮增多癥等，在亞洲，尤其是中國及日本，最主要的類型為繼發于甲狀腺功能亢進的甲亢性低鉀型周期性麻痹。

近年來隨著分子生物學、遺傳學的進展，越來越多的證據表明低鉀型周期性麻痹是一種與離子通道基因相關的常染體顯性遺傳性疾病，目前發現的突變基因有CACNA1S、SCN4A、KCNE3，其中以CACNA1S所發現的突變率最高，西方國家統計約占患病人數的69%［2］，CACNA1S基因上目前發現的突變位點包括：R528 H／G、876E、R897S、R900G／S、H916Q、R1239H／G。Sternberg分析數據后指出CACNA1S突變中以R528G、R1239 H最常見［2］。本文擬對近年以來發現的CACNA1S基因突變及相關功能研究做一綜述。CACNAIS相關突變位占見表1。

表1 CACNA1S基因上的突變位點

1 HOKPP的CACNA1S基因相關突變

1.1 HOKPP與R528 H R528H突變較常見，Sternberg等［2］調查了HOKPP患者58例，其中40例患者與突變的CACNA1S相關，證實發生R528 H突變26例，突變率為45.0%；Miller等［3］調查了HOKPP患者71例，42例CACNA1S突變的患者中有17例發生R528 H突變，突變率為40.5%。R528 H突變所致的低鉀型周期性麻痹的臨床特點是發病年齡較早、低鉀情況不重，癥狀較輕，不引起呼吸困難，可有肌肉疼痛癥狀。Kawamura等［4］指出R528H突變的患者首次發病時間為（14±3）歲。在發作時血鉀濃度方面，Miller等［3］在2004年對HOKPP患者進行數據分析后指出，HOKPP發作時血鉀濃度（2.9 ±0.7）mmol／L，但Sternberg等［2］研究樣本后總結的發作時血鉀濃度較低，為（1.69±0.49）mmol／L，這可能與樣本量小有關，需擴大樣本量繼續驗證。研究發現R528 H有不完全外顯率，突變的女性攜帶者可以無臨床癥狀或輕的表型，但是這種突變在子代和男性的外顯率高、表現嚴重［5］。動物實驗也支持這一臨床現象，雄性R528H小鼠比具有相同突變的雌性小鼠有更嚴重的表現［6］，目前還不明確是否與雌激素有關。Sternberg等［2］對大量的HOKPP患者的組織病理進行了研究發現R528H突變患者肌肉活檢表現為單純的肌纖維空泡樣變病理改變。治療上可予以乙酰唑胺降低發作頻率，也有報道稱乙酰唑胺治療無明顯效果，甚至可以加重病情［7］。有學者提出可予以氯離子阻斷劑布美它尼預防再發，其機制為布美他尼可抑制異常去極化及細胞興奮性的喪失從而治療低鉀型周期性麻痹，現階段的研究表明在小鼠及離體細胞中治療是有效的，尚未在人類中進行該項藥物實驗［8］。

1.2 HOKPP與R528G Wang等［9］于2005年首次報道了我國的1個R528G突變的家系，該家系的臨床特點為患者的發病頻率與年齡的關系曲線呈倒U型，發病頻率及發病年齡與性別無關，女性存在不完全外顯率。家系成員的發病年齡為3～23歲，40歲以后發病頻率減少，60歲之后消失。女性外顯率為83.3%（10／12），男性外顯率為100%（9／9）。臨床癥狀為以雙下肢乏力為主的四肢乏力，未報導呼吸困難，但Kil等［10］在2009年報道了1例16歲R528G突變的男性患者，他的發病特點主要表現為四肢和軀干的嚴重遲緩性麻痹及呼吸窘迫，當時測得血鉀2.7mmol／L，補鉀后癥狀緩解。口服乙酰唑胺對病情預防無效，予以螺內酯、阿米洛利及鉀鹽聯合治療后發作次數減少。

1.3 HOKPP與V876E V876E突變首次由Ke等［11］于2009年研究一南美HOKPP家系時發現，此突變的臨床特點為發病年齡早、完全外顯、預后嚴重，男性患者臨床表現較女性患者嚴重，家族中甚至有2例男性患者出現呼吸抑制而死亡。我國于2015年報告了1例散發的V876E突變的女性低鉀麻痹患者，發作時有心悸、呼吸急促［12］。V876E突變發病的平均年齡為（5.2±3.6）年，比R528H突變及R1239H突變均早，南美發病家系中甚至有一個出生后1年內開始發生癥狀［11］。較R528 H及R1239 H突變不同，V867E基因突變的男女攜帶者均患病，表現為完全外顯。治療上鉀劑治療效果較乙酰唑胺好。

1.4 HOKPP與R897S、H916Q R897S、H916Q均較少見。目前僅發現1例具有土耳其血統的男性患者被報道存在R897S突變，患者發病年齡早，出生時即有呼吸窘迫、肌張力減退，但當時血鉀正常，患者在1歲時，觀察到有短暫性行走困難和癱瘓現象，多在夜晚發作，每次持續時間10～30分鐘，血鉀最低可達2.4 mmol／L。患者隨著年齡增長，發作頻率以及嚴重程度均減輕，但持續時間延長，可達數小時，治療上予以鉀鹽及乙酰唑胺均有效［13］。H916Q也僅見我國于2012年報道的1個家系［14］，其特點如下：首發年齡（19±1）歲，發作頻率1～7次／年，以清晨及夜間發病為主，每次發病持續時間2～12小時，存在不完全外顯率，所有男性攜帶者（10例）均患病，暫未發現女性攜帶者（4例）有明顯的臨床表現。

1.5 HOKPP與R900G、R900S R900G、R900S在同一位點被不同的氨基酸取代，臨床特點表現不同。Hirano等［15］于2011年報道發現1個R900G突變的家系，此突變的特征是：寒冷不誘發低鉀麻痹的癥狀、發病后有血鉀水平升高甚至出現高鉀血癥的現象、鉀劑及乙酰唑胺治療有效。Matthews等［16］于2009年首次發現R900S突變，但未描述其臨床特點，Ke等［17］在2015年報道了一個R900S突變所致的低鉀麻痹的家系，患者可被寒冷誘發低鉀麻痹，對乙酰唑胺治療無效，但聯合氨苯蝶啶及氯化鉀治療后發作頻率可減少，有不完全外顯率，所有的男性突變攜帶者（3例）均發病，所有3個女性突變攜帶者（3例）無癥狀。

1.6 HOKPP與R1239 H R1239 H也較為常見，Sternberg等［2］分析樣本后指出R1239 H突變占24.0%。和R528 H突變相似，癥狀的嚴重程度與年齡的曲線呈倒U型關系，患者兒童期即可發病，青春期病情逐漸加重，大多數患者30歲后癥狀的嚴重程度開始減輕、發作頻次開始減少，甚至可以不再發病［18］。有學者認為R1239H發病年齡較R528H早、發作時血鉀水平較R528 H低［19］。Kawamura等［4］指出R1239 H的首次發病時間是（10±5）歲，比R528 H早（7±4）歲。在發病時血鉀濃度方面，Miller等［3］分析樣本后得出發作時血鉀濃度為（1.9±0.4）mmol／L，而Sternberg等［2］指出R1239 H發作時血鉀濃度為（2.23±0.86）mmol／L，較R528H高。Kawamura與Sternberg分析樣本后得出的R1239H與R528H發作時血鉀濃度的差異性結果完全相反，因此還需繼續擴大樣本量明確不同的突變類型間發作時血鉀濃度有無差異。R1239 H也存在不完全外顯率，女性攜帶者可無癥狀或癥狀輕微。予以乙酰唑胺治療可降低發作頻率，但也有報道稱引起肌無力加重［7］。2014年有學者使用托吡酯成功降低了一例反復發作、使用乙酰唑胺治療效果欠佳的R1239H突變低鉀麻痹型患者的發病次數及嚴重程度［20］，提示托吡酯對治療低鉀型周期性麻痹有效，但其作用機制尚未完全明確。

1.7 HOKPP與R1239G 韓國學者Kim等［21］于2005年報道了1個R1239G突變的家系，患者首次發病較早，在3～14歲之間，每天可多次發作，一般在晚上或早上發病，下午恢復正常，女性月經前期發作頻率增加，呼吸抑制、心律失常少見。隨病情發展，發作頻率及程度都會進一步加快或加重；男性患者病情的嚴重程度隨著年齡的增長而加重，但女性患者的發病頻率以及嚴重程度卻隨著年齡的增長而減輕。男女性患者均對鉀劑和乙酰唑胺無效，甚至使用乙酰唑胺有病情加重的情況，而安體舒通、螺內酯治療后癥狀明顯改善。Winczewska-Wiktor等［22］也在2007年對波蘭存在這一突變的病例進行了報導，臨床特點基本與韓國報道相似。

2 CACNA1S突變導致HOKPP機制

CACNA1S基因位于染色體1q31-32上，編碼L－型鈣通道的α1亞基，L－型鈣通道由α1、α2、β、γ和δ5個亞基組成，其中α1亞基是離子通道的主要的功能單位［23］，其他亞基起輔助調節作用。α1亞基包含有（DI-DIV4）4個同源結構域，它們對稱排列，中間圍成親水通道，每一個結構域還包括（S1-S6）6個跨膜螺旋結構片段，其中S1-S4是電壓傳感區［11］，而S5和S6是孔道區，S4片段含有帶正電荷的氨基酸，隨膜電位的變化而發生構象變化，調節通道的開閉，是電壓感受器的關鍵。目前發現CACNA1S突變主要影響S4片段，以Ⅱ和Ⅳ的S4最多，僅有V876E影響了S3片段。CACNA1S如何導致低鉀血癥尚不清楚，有學者提出了以下假說：①門控電流假說：突變的S4片段因結構功能改變，形成一個獨立于正常離子通道孔的附屬離子通道，產生門控孔電流（Ⅰgp），Ⅰgp在靜息電位時激活，去極化時關閉，靜息電位時Ⅰgp因內向的質子或離子流導致細胞膜的去極化及Na＋超載［11，23］，當細胞外血鉀水平正常時，去極化并不明顯，但是當細胞外血鉀水平降至3 mmol／L以下時，靜息電位肌纖維去極化，產生電壓依賴性離子通道失活、弛緩性肌肉麻痹、細胞內鈉離子超載、肌細胞水腫等一系列低鉀型周期性麻痹的特征［1，23-26］，實驗證明在CACNA1S突變的大鼠模型和患者肌纖維中可以檢測到Ⅰgp電流［1，6，23］。而突變所致的異常Na＋的內流，導致細胞內Na＋濃度的升高，這可以刺激Na＋-K＋-ATP將細胞內多余的Na＋移出細胞，同時把細胞外的K＋移入細胞內，產生低鉀血癥，很多學者甚至認為Na＋泵活性增強是HOKPP發生的最終通路［24，27］。但是患者平時不發病，可能因為機體的負反饋機制使機體內環境平衡，當誘因出現時，通過一系列級聯放大反應，改變了Na＋-K＋-ATP與Na＋的親和力和最大反應速度，在突變所致的細胞內Na＋濃度異常升高的情況下，改變調定點，使血鉀降低，從而導致低鉀型周期性麻痹。②鈣通道假說：CACNA1S突變可直接影響L-型鈣通道的α1亞基，α1亞基有骨骼肌雙氫吡啶受體，而骨骼肌雙氫吡啶受體可以激活鈣通道使細胞內鈣離子釋放，從而引起骨骼肌收縮，S 4片段突變后鈣離子通道受到影響，出現開放異常，導致Ca2＋釋放減少，這使得骨骼肌細胞膜的靜息電位穩態以及閾值發生改變，不僅直接影響骨骼肌細胞的收縮，還可以直接或間接使鈉通道失活，從而導致細胞膜不能興奮性或興奮性下降，出現肌無力癥狀［28］。

在治療方面，首先是避免寒冷、輸入加胰島素的葡萄糖等誘因，其次是藥物治療，較常見的是鉀鹽及碳酸酐酶抑制劑，而碳酸酐酶抑制劑中又以乙酰唑胺使用最多，現也有學者將二氯苯磺胺用于臨床，但目前缺乏大樣本的臨床資料［29］。碳酸酐酶抑制劑的治療機制考慮與改變血液PH值相關，在周期型低鉀性麻痹患者中，往往碳酸酐酶抑制劑對R被H替換者比對R被G替換者更有效，目前原因尚不明確，可能與R被H替換相較于R被G替換對血液PH值影響更大有關［7］。對于使用碳酸酐酶抑制劑無效的患者，還可使用保鉀利尿劑，如氨苯蝶啶、阿米洛利等。隨著醫學技術的發展，在治療方面也有新的進展，Wu等［8］于2013年提出可使用氯離子阻斷劑布美他尼阻止氯離子內流從而抑制異常去極化及細胞奮性的喪失來治療低鉀型周期性麻痹，但該藥尚無臨床實驗。2014年García-Sobrino等［20］使用托吡酯成功治療了一例對乙酰唑胺治療無效的患者，托吡酯也是通過影響PH值起效，但治療效果與碳酸酐酶抑制劑不同，暫不排除托吡酯有影響Na＋通道或其他作用機制。

綜上所述，HOKPP是一類與基因突變相關的遺傳性疾病，突變位點的不同及替代的氨基酸的不同臨床表現存在差異，對碳酸酐酶抑制劑的治療效果也不同。目前發現CACNA1S突變所占比例最大，其中又以R528H、R1239H較常見，主要影響Ⅱ、Ⅳ的S4片段，僅有V876E影響了S3片段，暫未發現有突變影響其他片段。基因突變點的確定對疾病診斷及基因治療甚至產前篩查均有重要意義，目前我們對于HOKPP的少見類型及臨床病例研究資料仍不足，是否存在尚未發現的突變影響了S1、S2、S6片段仍不清，還需進一步擴大樣本研究。

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：1004-583X（2017）03-0264-04

10.3969／j.issn.1004-583X.2017.03.021

2016-12-15 編輯：武峪峰

鄒偉，Email：zouwei415＠163.com