COL4A1/COL4A2基因變異相關(guān)嬰兒痙攣癥的臨床特點(diǎn)及預(yù)后

張 鵬，王秋紅，鄒麗萍，王楊陽，張夢娜，盧 倩，劉麗英，王 靜，沈雁文 解放軍醫(yī)學(xué)院，北京 00853； 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 兒內(nèi)科，北京 00853

Ⅳ型膠原蛋白基因α1(collagen type Ⅳ，alpha-1，COL4A1)和Ⅳ型膠原蛋白基因α2(collagen typeⅣ，alpha-2，COL4A2)位于13號染色體，分別編碼Ⅳ型膠原蛋白的α1和α2鏈。2個α1鏈和一個α2鏈組裝成異三聚體型的Ⅳ型膠原蛋白。膠原蛋白的α鏈由3個結(jié)構(gòu)域組成：氨基端區(qū)(7S)、羧基端區(qū)(NC1)和三螺旋區(qū)域(THR)。其中THR由氨基酸三聯(lián)體重復(fù)序列(Gly-Xaa-Yaa)組成，第一個為甘氨酸(Gly)，其余兩個氨基酸可以為任意氨基酸[1-2]。Ⅳ型膠原蛋白是一種重要的結(jié)構(gòu)蛋白，其為基底膜的結(jié)構(gòu)成分之一，表達(dá)于所有組織中，尤其是在血管系統(tǒng)[3]。該基因突變使血管基底膜極不穩(wěn)定，在環(huán)境因素影響下可導(dǎo)致血管破裂，引起腦出血等一系列腦血管病[4]。該病發(fā)病年齡為胎兒時期到成年晚期[5-6]。可表現(xiàn)為家族性腦穿通Ⅰ型、腦出血、腦小血管疾病、癲癇發(fā)作、精神運(yùn)動發(fā)育遲滯、嬰兒偏癱及運(yùn)動功能障礙等[5,7]。另外，該基因變異亦可累及眼、腎及骨骼肌等中樞外的器官。目前COL4A1/COL4A2基因變異相關(guān)嬰兒痙攣癥(infantile spasms，IS)的報(bào)道少見，國外僅報(bào)道2例COL4A1基因變異相關(guān)IS患兒[8-9]，國內(nèi)尚無COL4A1/COL4A2基因變異相關(guān)IS的報(bào)道。本文報(bào)道6例COL4A1/COL4A2變異相關(guān)IS患兒的臨床特征及預(yù)后，以提高臨床醫(yī)生對此類疾病的認(rèn)識。

對象和方法

1 研究對象 選取2019年5月- 2020年8月就診于解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心，經(jīng)基因檢測確診為COL4A1/COL4A2變異相關(guān)腦病的6例患兒(其中3例COL4A1患兒我們已經(jīng)報(bào)道[10])。為進(jìn)一步明確COL4A1/COL4A2相關(guān)的表型及預(yù)后，增強(qiáng)臨床醫(yī)生對本病的認(rèn)識，本研究綜合分析了6例患兒的臨床資料。所有患兒家長均已簽署知情同意書。

2 方法 詳細(xì)收集6例患兒的基本資料(姓名、性別、出生日期、聯(lián)系方式)、臨床病史(起病年齡、臨床表現(xiàn)、體格檢查、既往史、個人史、家族史、服用抗癲癇藥情況及預(yù)后)、腦電圖資料、影像學(xué)檢查資料及全外顯子或癲癇基因包檢測結(jié)果，并通過門診復(fù)查及電話在線隨訪患兒情況。

3 基因分析 采用家系全外顯子基因檢測或癲癇基因包檢測技術(shù)對外周血基因組DNA進(jìn)行測序，測序結(jié)果經(jīng)Sanger測序驗(yàn)證，進(jìn)行父母來源的分析。根據(jù)遺傳模式、變異類型、群體頻率和與患者主要表型特征相關(guān)的基因列表篩選變異，使用Mutation taster及PolyPhen-2等生物信息學(xué)蛋白功能預(yù)測軟件預(yù)測蛋白功能的有害性，并進(jìn)行美國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)與基因組學(xué)學(xué)會(American College of Medical Genetics and Genomics，ACMG)分級。

結(jié) 果

1 臨床特點(diǎn) 6例COL4A1/COL4A2變異患兒，包括5例COL4A1變異及1例COL4A2變異。其中男2例，女4例，均以痙攣癥性發(fā)作起病，起病中位年齡為6月齡(3～9月齡)。腦電圖均存在高峰失律，明確診斷為IS。其中1例在激素治療后出現(xiàn)局灶性發(fā)作，其他5例主要為痙攣性發(fā)作。6例患兒均有不同程度的發(fā)育落后，其中4例COL4A1變異患兒出生后即發(fā)現(xiàn)有精神運(yùn)動發(fā)育落后，大運(yùn)動及認(rèn)知均較差。小頭畸形5例(頭圍均小于正常第三百分位數(shù))，COL4A2變異的1例患兒無小頭畸形。3例COL4A1變異患兒存在中樞外系統(tǒng)癥狀，其中先天性白內(nèi)障2例，先天性小角膜1例，雙眼視盤較小1例，血管瘤1例，肌酸激酶升高1例。神經(jīng)學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)四肢運(yùn)動障礙3例，右側(cè)偏癱2例，左上肢偏癱1例，肌張力偏高3例，肌張力偏低2例(表1)。6例在出生后行MRI檢查，均存在雙側(cè)腦室擴(kuò)張、腦室周圍白質(zhì)軟化和(或)腦白質(zhì)體積減小(圖1)，其中3例COL4A1變異患兒在胎兒期行超聲檢查時即發(fā)現(xiàn)有雙側(cè)腦室擴(kuò)張，胎兒期頭顱MRI檢查亦提示腦室擴(kuò)張(圖2)。6例患兒均無家族陽性史，出生時均無新生兒期疾病史，血、尿代謝篩查均無特異性異常。

圖1 6例COL4A1/COL4A2變異患兒頭顱MRI的T2加權(quán)像結(jié)果A：患兒1(7月齡)，雙側(cè)腦室擴(kuò)張；B：患兒2(9月齡)，雙側(cè)腦室擴(kuò)張，腦室周圍白質(zhì)減少；C：患兒3(7月齡)，腦室擴(kuò)張，腦室周圍白質(zhì)軟化，左側(cè)側(cè)腦室室管膜下見有結(jié)節(jié)狀等T2信號；D：患兒4(8月齡)，雙側(cè)腦室擴(kuò)張，雙腦室旁白質(zhì)軟化，側(cè)腦室周圍及部分半卵圓中心白質(zhì)減少、變薄；E：患兒5(9月齡)，雙側(cè)腦白質(zhì)體積小，側(cè)腦室不對稱，腦室擴(kuò)張，側(cè)腦室旁白質(zhì)軟化；F：患兒6(6月齡)，雙側(cè)腦室擴(kuò)張F(tuán)ig.1 T2-weighted image results of brain MRI in 6 patients with COL4A1/COL4A2 variants A: Patient 1 (7 months old), bilateral ventriculomegaly;B: Patient 2 (9 months old), bilateral ventriculomegaly and decrease of periventricular white matter; C: Patient 3 (7 months old), ventriculomegaly, periventricular leukomalacia,and nodular isoT2 signals are seen in the left lateral ventricle subependymal; D: Patient 4 (8 months old), bilateral ventriculomegaly, bilateral ventricular voiceover softness,the white matter around the lateral ventricle and part of the center of the semi-oval decreased and thinned; E: Patient 5(9 months old), bilateral white matter volume is small, lateral ventricles are not symmetrical, ventriculomegaly, lateral ventricle voiceover softness; F: Patient 6 (6 months old),bilateral ventriculomegaly

圖2 COL4A1變異患兒胎兒期(孕28周)(患兒5)頭顱MRI結(jié)果：腦室擴(kuò)張F(tuán)ig.2 Brain MRI result (28th weeks of gestation) of Patient 5 with COL4A1 variation in fetus period is ventriculomegaly

2 基因檢測結(jié)果 通過家系全外顯基因檢測或癲癇基因包檢測，發(fā)現(xiàn)了5個COL4A1雜合新生變異及1個COL4A2雜合新生變異(表2)。其中2個COL4A1剪切變異：c.3406 + 1 G＞T，c.280-1 G＞A。這兩個位點(diǎn)為經(jīng)典的 ± 1的剪接變異，即無功能變異，符合PVS1。患兒新發(fā)變異，且無家族史，符合PS2，根據(jù)ACMG標(biāo)準(zhǔn)，這兩個剪切變異評級均為致病性變異(PVS1 + PS2)。3個COL4A1錯義變異：c.4088G＞A p.Gly1363Asp，c.2441G＞T p.Gly814Val，c.3968G＞A p.Gly1323Asp。1個COL4A2錯 義 變 異：c.1148C＞T p.Pro383Leu。4個錯義變異均為患兒的新發(fā)變異，且無家族史，符合PS2。其為千人數(shù)據(jù)庫、ExAC等正常對照人群中未發(fā)現(xiàn)的變異，符合PM2。Mutation taster及Polyphen-2軟件均預(yù)測有害，符合PP3。有可靠信譽(yù)來源的報(bào)告認(rèn)為該變異是致病的，符合PP5。根據(jù)ACMG標(biāo)準(zhǔn)，這4個錯義變異評級均為可能致病性變異(PS2 + PM2 + PP3 + PP5)。6個基因變異位點(diǎn)的分布情況見圖3，均為新發(fā)現(xiàn)的變異位點(diǎn)，其在千人數(shù)據(jù)庫、ExAC等正常對照人群數(shù)據(jù)庫及ClinVar、HGMD數(shù)據(jù)庫中均未見報(bào)道，這拓展了基因變異遺傳譜。

圖3 COL4A1和COL4A2基因變異位點(diǎn)分布情況，其中灰色箭頭代表我們已報(bào)道的3例COL4A1患兒[10]，黑色箭頭代表新收集到的病例Fig.3 Distribution of the variation sites of COL4A1 and COL4A2 genes, in which the gray arrow represents the mutation sites in 3 patients with COL4A1 that we have reported[10], and the black arrow represents the mutation sites in newly collected cases

3 治療及預(yù)后 6例患兒的末次隨訪年齡是9月齡～3歲。5例COL4A1變異患兒均服用3種及以上抗癲癇藥物，均行促腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocorticotropic hormone，ACTH)治療。3例經(jīng)ACTH治療后發(fā)作未得到控制或EEG高峰失律未消失，2例控制1～3個月后復(fù)發(fā)。4例曾行氨己烯酸(vigabatrin，VGB)治療，其中1例服用VGB后控制發(fā)作1年余，1例服用VGB后發(fā)作較前減少＞50%，另外2例VGB治療無效。4例口服丙戊酸鈉，1例控制1個月復(fù)發(fā)，另外3例無效。3例口服拉莫三嗪，其中1例發(fā)作減少＞50%，另外2例無效。1例COL4A2患兒在服用潑尼松后控制發(fā)作3個月復(fù)發(fā)。2例口服潑尼松，均無效。5例口服托吡酯，均無效。1例口服左乙拉西坦，無效。1例口服氯巴占，無效。1例生酮飲食，無效(表3)。6例患兒末次隨訪時均精神運(yùn)動發(fā)育落后，3例COL4A1變異患兒大運(yùn)動及認(rèn)知較差，不能翻身、爬，不能獨(dú)坐，不主動抓物，交流反應(yīng)差。另外2例COL4A1變異(患兒3及患兒5)目前會翻身、爬、會坐，但較正常孩子大運(yùn)動落后，且認(rèn)知差。1例COL4A2變異患兒認(rèn)知反應(yīng)尚可，會抬頭、翻身及坐，大運(yùn)動落后主要表現(xiàn)為不能主動抓物。

表 1 6例IS患兒的臨床特征Tab. 1 Clinical characteristics of 6 patients with IS

討 論

COL4A1/COL4A2變異相關(guān)疾病是一種罕見的常染色體顯性遺傳病，且COL4A1變異發(fā)生率高于COL4A2變異[7]。2005年，Gould等[6]首次在動物模型中發(fā)現(xiàn)了COL4A1雜合變異，其可通過抑制Ⅳ型膠原蛋白的合成，影響血管基底膜的穩(wěn)定性，引起圍生期腦出血，繼而導(dǎo)致腦穿通畸形。Favor等[11]報(bào)道了小鼠的COL4A2雜合突變，證明其與COL4A1雜合突變類似，可引起大腦、眼睛及腎等的異常，另外，他們從膠原蛋白三聚體結(jié)構(gòu)角度證明了COL4A2雜合變異較COL4A1雜合變異具有更輕的表型特征。Murray等[12]通過對一家族病例的報(bào)道證明了與COL4A1變異相比，COL4A2變異可能會引起較輕的疾病表型，且不易引起眼睛及腎等異常。本研究中COL4A2變異相關(guān)的1例患兒，發(fā)育落后程度較其他5例患兒輕，無小頭畸形，且不存在神經(jīng)系統(tǒng)外表現(xiàn)，表型較COL4A1變異相關(guān)的5例IS患兒輕，與報(bào)道一致。

COL4A1/COL4A2變異可引起廣泛的腦部血管病變，如腦出血、出血性卒中、腦白質(zhì)病及其他小血管病變等[3-5,12-16]。臨床上亦可表現(xiàn)為癲癇、精神運(yùn)動發(fā)育落后、偏癱、肌張力障礙、運(yùn)動功能障礙及小頭畸形體征等[7-9]。Zagaglia等[7]報(bào)道癲癇可作為COL4A1/COL4A2變異相關(guān)的一個重要神經(jīng)學(xué)特征，其中局灶性發(fā)作是最常見的癲癇發(fā)作類型，其他常見的癲癇發(fā)作形式有痙攣性發(fā)作和全面強(qiáng)直陣攣發(fā)作。COL4A1/COL4A2變異相關(guān)的頭顱MRI異常可表現(xiàn)為腦穿通畸形，其他非特異性表現(xiàn)有腦室擴(kuò)張、腦室周圍白質(zhì)軟化、腦白質(zhì)減少、側(cè)腦室或基底神經(jīng)節(jié)不對稱、 結(jié)節(jié)狀灰質(zhì)異位、腦裂畸形、后顱窩畸形、多小腦回、局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良等[7,17-21]。本研究中的6例具有致病性COL4A1/COL4A2變異的患兒，均表現(xiàn)為IS。目前已報(bào)道的COL4A1/COL4A2變異相關(guān)的明確診斷為IS的患兒僅有2例[8-9]。故本研究進(jìn)一步證明了COL4A1/COL4A2變異可表現(xiàn)為IS，即COL4A1/COL4A2變異可作為IS的一個病因。另外，小頭畸形、偏癱、運(yùn)動障礙以及頭顱MRI存在腦室擴(kuò)張、腦室周圍白質(zhì)軟化及白質(zhì)減少等異常表現(xiàn)進(jìn)一步支持了COL4A1/COL4A2變異的致病性。

表 2 6例患兒的COL4A1基因變異信息分析(COL4A1：NM_001845；COL4A2：NM_001846)Tab. 2 Analysis of COL4A1 gene variation information in 6 patients (COL4A1: NM_001845; COL4A2: NM_001846)

表 3 6例IS患兒的治療情況及療效Tab. 3 Treatment and efficacy of 6 patients with IS

COL4A1/COL4A2變異相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)外表現(xiàn)以眼部、腎及骨骼肌受累較多見。眼部異常有先天性白內(nèi)障、眼前段發(fā)育不良、小角膜、Axenfeld-Rieger畸形等[22-25]。腎疾病有血尿、腎積水及多囊腎等[7,26]。骨骼肌病變有肌肉痙攣、肌紅蛋白尿等[4,7,27]。COL4A1/COL4A2變異還可累及全身多系統(tǒng)，罕見的全身性疾病有HANAC綜合征(遺傳性血管病、腎病、動脈瘤和肌肉痙攣)[28-30]和Walker-Warburg綜合征(特征為眼發(fā)育異常、神經(jīng)元遷移缺陷和先天性肌營養(yǎng)不良)[31]。另外，實(shí)驗(yàn)室異常指標(biāo)可見于肌酸激酶升高[7,32]。本研究中3例患兒均存在神經(jīng)系統(tǒng)外表現(xiàn)，這些表現(xiàn)為COL4A1/COL4A2變異相關(guān)疾病診斷提供了線索。

我們已經(jīng)報(bào)道了其中的3例COL4A1患兒，證明了COL4A1可表現(xiàn)為West綜合征，并可同時伴有小頭畸形、腦室周圍白質(zhì)軟化[10]。故對于病因不明的IS患兒，當(dāng)其同時伴有精神運(yùn)動發(fā)育落后、小頭畸形、腦穿通畸形、腦裂畸形、腦室擴(kuò)張、腦室周圍腦白質(zhì)軟化等時，應(yīng)考慮COL4A1/COL4A2變異的可能。另外，神經(jīng)系統(tǒng)外表現(xiàn)如眼部、腎異常或肌酸激酶升高等，進(jìn)一步為COL4A1/COL4A2變異相關(guān)疾病的診斷提供了依據(jù)，應(yīng)盡早行基因檢測。

COL4A1變異在胎兒期即可出現(xiàn)顱內(nèi)出血、腦組織萎縮及腦室擴(kuò)張等現(xiàn)象[33-35]，Maurice等[36]報(bào)道對于胎兒期存在多灶性出血或缺血性腦出血病變，尤其與腦穿通畸形或腦裂畸形有關(guān)時，需考慮進(jìn)行COL4A1/COL4A2變異的篩查，他們在18例此類腦異常中診斷出5例致病性COL4A1變異。目前尚無關(guān)于胎兒期發(fā)現(xiàn)COL4A2變異的報(bào)道。本研究3例COL4A1變異患兒在胎兒期檢查出腦室擴(kuò)張。腦室擴(kuò)張是COL4A1/COL4A2變異相關(guān)的一種頭顱MRI異常表現(xiàn)，可能是由于COL4A1變異使血管膜基底膜不穩(wěn)定，胎兒易受宮內(nèi)環(huán)境應(yīng)激源(如胎盤血管性因素等)的影響，從而易引起腦血管破裂[7]。故胎兒期檢查應(yīng)注意腦室擴(kuò)張等相關(guān)腦部異常，并警惕COL4A1/COL4A2變異的可能，早期行基因檢測，以明確病因，了解相關(guān)疾病的風(fēng)險，從而選擇進(jìn)一步干預(yù)措施或考慮是否終止妊娠。

Gould等[6]發(fā)現(xiàn)并非所有COL4A1基因突變小鼠都會出現(xiàn)腦穿通畸形，故認(rèn)為人類COL4A1基因變異為不完全外顯遺傳模式，COL4A1變異與環(huán)境創(chuàng)傷(如陰道分娩時頭部受到的壓力等)共同導(dǎo)致了腦穿通畸形的發(fā)生，考慮到宮內(nèi)壓力因素的影響，可以通過選擇剖宮產(chǎn)來避免圍生期腦出血。另外，對于產(chǎn)后患兒或成人，運(yùn)動、腦創(chuàng)傷和口服抗凝劑等外界環(huán)境因素都曾被報(bào)道是導(dǎo)致腦出血的因素，即它們均可能誘發(fā)攜帶COL4A1/COL4A2突變者發(fā)病，故應(yīng)盡可能避免導(dǎo)致頭部創(chuàng)傷的活動或過度體育活動，并監(jiān)測抗凝血劑的使用[37]。

目前，對于COL4A1/COL4A2變異相關(guān)的IS患兒尚無標(biāo)準(zhǔn)的治療方案，以對癥治療及預(yù)防為主。在已報(bào)道的2例COL4A1變異相關(guān)IS患兒中，其中1例在功能半球切除術(shù)后痙攣發(fā)作得到控制[9]。本研究的6例COL4A1/COL4A2變異患兒在使用IS的一線治療方案(ACTH、VGB、口服皮質(zhì)醇)后，僅1例患兒癲癇發(fā)作獲得完全緩解，另外5例癲癇發(fā)作均未得到控制。這就需要進(jìn)一步做好相關(guān)預(yù)防，對于胎兒期發(fā)病者，盡量選擇剖宮產(chǎn)；對于攜帶COL4A1/COL4A2變異的無癥狀或輕度表型的家族內(nèi)其他成員，可通過避免頭部外傷、減少過度運(yùn)動、監(jiān)測抗凝劑使用等，及時預(yù)防COL4A1突變相關(guān)腦血管病的發(fā)生。進(jìn)一步的遺產(chǎn)咨詢對優(yōu)生優(yōu)育具有重要意義。

綜上，6個新的變異位點(diǎn)擴(kuò)展了COL4A1/COL4A2變異遺傳譜。COL4A1/COL4A2變異可作為IS的一個病因，對于不明原因的IS患兒，伴有發(fā)育落后、小頭畸形及相關(guān)頭顱MRI異常等表現(xiàn)，需考慮COL4A1/COL4A2變異的可能，若同時存在眼部、腎等其他器官異常，進(jìn)一步支持了COL4A1/COL4A2變異的可能，應(yīng)早期進(jìn)行基因檢測。對于圍生期發(fā)現(xiàn)的腦穿通畸形、腦室擴(kuò)張等頭顱MRI異常，亦應(yīng)重視早期的基因篩查，對預(yù)防圍生期腦出血、出血性卒中，以及遺傳咨詢非常重要。