Nature：外显子组测序揭示癫痫相关基因

一项新遗传学研究揭示了与严重儿童癫痫相关的两个新基因，并为确定治疗靶点提供了一种新策略。这项研究采用了一种称之为外显子组测序（exome sequencing）的先进遗传学技术，来搜寻不遗传的新突变。研究结果表明，它或许是发现及证实许多致病基因突变的一种高效的方法。相关论文发表在8月11日的《自然》（Nature）杂志上。【原文下载】

该研究的领导者、杜克大学医学中心人类基因组变异中心主任David Goldstein 博士说：“利用这种方法来了解复杂神经性疾病的时代看似已经到来。这项中型规模的研究确定了极大量的致病突变，为癫痫研究团体提供了丰富的可供探讨的新信息。”

这项研究是一个称之为Epilepsy 4000 (Epi4K)计划的组成部分。Epi4K的任务是利用最新的遗传技术测序和分析来自4000名癫痫患者及其亲属的DNA。为此，研究人员及美国国家卫生研究院（NIH）相关人员，组织了一个国际研究机构小组“无墙癫痫中心”（Epilepsy Centers without Walls）致力于这一任务。这促进了数十家参与该计划的机构共享及分析DNA序列及患者信息。在新Nature论文中，Epi4K 和癫痫表型组/基因组计划(Epi4K and Epilepsy Phenome/Genome Project ,EPGP)的研究人员发布了严重儿童癫痫相关基因的25个致病突变。

癫痫是由于大脑中的神经细胞异常放电引起的一组神经性疾病，往往表现为发作性运动、感觉、自主神经、意识及精神障碍等一系列的症状。在美国有200多万人患有癫痫，相比于成人，婴儿及儿童有更大的机会罹患这一疾病。尽管一些研究已经发现了与罕见遗传形式癫痫相关的基因，但找到与大多数的癫痫相关的基因非常的困难。

“不同于一些疾病，与严重儿童癫痫相关的许多遗传突变似乎都是不遗传的新突变。建立这一Epi4K-EPGP计划就是为了发现这样的突变，”美国国立神经病及中风研究所（NINDS）项目主任Randall Stewart博士说。

在这项研究中，研究人员采用外显子组测序发现了有可能引起两种破坏性极大的儿童癫痫：婴儿痉挛（infantile spasms）和Lennox-Gastaut综合征的突变。Lowenstein博士和加州大学旧金山分校脑发育综合中心主任Elliot Sherr博士，以及纽约大学综合癫痫中心教授Ruben Kuzneicky博士领导这一EPGP计划初步收集了DNA和临床数据。

外显子组实质上代表了个体所有的基因。它们的DNA序列提供了制造机体所有蛋白质所需的指令。研究人员将264名儿童以及他们无癫痫疾病父母的外显子组序列进行了比较。采用了一些统计学工具来分析这些三人一组受试者的序列差异，鉴别了一些潜在的致病突变。相比于一些遗传研究，新研究只对相对较少的患者进行了DNA测序。尽管如此，研究人员却发现了6个基因的致病突变： 其中有4个基因以往采用其他的遗传学技术曾经描述过，2个基因第一次发现与这一疾病相关。

采用新型的遗传分析技术，研究人员还证实这些癫痫致病突变集中在对DNA序列改变高度敏感的基因内。这些基因非常的敏感，即便是极轻微的改变也会造成基因无法发挥功能，导致死亡或是严重的疾病。

NINDS项目主任Katrina Gwinn博士说：“该研究利用了一种非常复杂的生物信息学方法来分析DNA序列，发现致病突变。”

为了找到更多有可能具有癫痫致病突变的基因，研究人员搜查了参与国家心肺和血液研究所外显子组测序计划的健康志愿者的数千外显子组序列。他们查找了个体间只有轻微差异的基因序列，以往的研究显示这些序列对高度敏感。研究人员估计，有多达90个基因可能携带了癫痫致病突变，并且许多与癫痫风险有关的突变以往都证实与包括自闭症在内的其他神经发育疾病相关。

“这项研究令人鼓舞的一个方面就是，我们开始了解到如何能够以最好的方式来注释及有效利用外显子组序列。我们预计更进一步的研究将确定许多新的致病基因，我们打算开发一个基因观察名单概述它们的临床特征，以这种方式帮助医生、患者和研究人员，”Goldstein博士说。

例如，研究人员分析了可能携带癫痫致病突变的基因其运作及互作机制。他们的分析结果表明，这些基因可以组成为几个网络。每个网络似乎都在儿童的神经系统生长及发育中起重要的作用。

Goldstein博士说：“看起来，一些信号途径有可能导致了许多严重的小儿癫痫。如果确是如此，了解癫痫将变得更为容易，我们就可以找到可以用用药物和其他的治疗靶向的一些共同信号通路。”

Epi4K Consortium& Epilepsy Phenome/Genome Project. De novo mutations in epileptic encephalopathies. Nature, 11 August 2013; doi:10.1038/nature12439