許猛，葉婷婷，劉曉蓉

突觸融合蛋白結(jié)合蛋白-1(STXBP1)，又稱Munc18-1或SM蛋白，是一種主要在大腦中表達的膜轉(zhuǎn)運蛋白[1]。該蛋白通過與可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感性蛋白受體復(fù)合體(SNARE)的相互作用來介導(dǎo)突觸囊泡的釋放過程，因此在神經(jīng)元突觸信號傳遞過程中起著至關(guān)重要的作用[2-3]。突觸功能障礙是許多神經(jīng)發(fā)育和精神障礙疾病的一個重要特征[4-5]。2008年Saitsu等[6]首次在5例大田原綜合征患者中發(fā)現(xiàn)STXBP1基因新生突變，并確定該基因為其致病基因。隨后，West綜合征、Dravet綜合征及Rett綜合征等多個表型被相繼報道[7-9]。由于這類患者大多有智能障礙、癇性發(fā)作及發(fā)育遲緩等表現(xiàn)，故具有上述特征的STXBP1基因相關(guān)疾病又被稱作STXBP1腦病[10]。本文主要從STXBP1腦病的臨床特征和發(fā)病機制方面對STXBP1基因相關(guān)疾病進行綜述。

1 STXBP1基因與STXBP1腦病

STXBP1由STXBP1基因編碼，該基因位于染色體9q34.11，包含20個外顯子[2]。STXBP1由594個氨基酸組成，包含3個結(jié)構(gòu)域，分別為結(jié)構(gòu)域1、2和3，這3個結(jié)構(gòu)域形成一個弓形結(jié)構(gòu)[11]。STXBP1基因相關(guān)疾病的遺傳模式主要為常染色體顯性遺傳，目前發(fā)現(xiàn)的STXBP1腦病患者的基因異常絕大多數(shù)為新生雜合突變。由于STXBP1腦病表型重、預(yù)后差，往往這些突變并不能穩(wěn)定地遺傳給下一代。Saitsu等[12]及M?ller等[13]分別在不同的家系中報道了2例親本無癥狀的嵌合子，但這種特殊情況并不能說明STXBP1基因嚴(yán)重的有害突變可以在自然家系中穩(wěn)定遺傳。此外，2019年Lammertse等[14]報道了2例STXBP1純合突變，表型為Lennox-Gaustaut綜合征的病例，值得注意的是他們的雜合子兄弟姐妹和母親是無癥狀的，提示STXBP1腦病也可表現(xiàn)為隱性遺傳，這些發(fā)現(xiàn)進一步豐富了STXBP1基因相關(guān)疾病的遺傳模式。

2 STXBP1腦病的臨床特征

2.1 STXBP1腦病表型譜 盡管STXBP1腦病以發(fā)育遲緩、智能發(fā)育障礙和癇性發(fā)作為主要特征，但是不同的STXBP1突變表型也有較大的臨床異質(zhì)性，主要體現(xiàn)為發(fā)育遲緩和智能障礙的嚴(yán)重程度、對抗癲癇藥物治療的反應(yīng)和EEG特征的差異。根據(jù)不同的臨床表型，STXBP1腦病可被歸類到大田原綜合征、West綜合征、Dravet綜合征、Lennox-Gaustaut綜合征等癲癇綜合征。Stamberger等[15]通過對147例STXBP1腦病患者的研究發(fā)現(xiàn)，起病時表型為早發(fā)癲癇與腦病的患者占比53%(n=71);表型為大田原綜合征的患者占比20.9%(n=28)，而這其中大部分患者又逐漸進展為West綜合征(n=27);以West綜合征起病的患者占9.7%(n=13);以Dravet綜合征起病的患者占2.2%(n=3);表型為非綜合征性癲癇伴智能障礙的患者占6%(n=8);表現(xiàn)為智能障礙但無癇性發(fā)作的患者占6.7%(n=9)。由此可以看出，超過半數(shù)的患者表現(xiàn)為早發(fā)癲癇與腦病，近1/3的患者表型為大田原綜合征和West綜合征。大約95%的STXBP1腦病患者有癇性發(fā)作，表明癇性發(fā)作是這種疾病的核心表現(xiàn)。值得注意的是，部分患者可以無癇性發(fā)作[15-17]，提示癇性發(fā)作并不是診斷STXBP1腦病的必要條件；而智能障礙幾乎見于所有的STXBP1腦病患者，表明智能障礙為STXBP1腦病最為突出的特點。上述癲癇綜合征大多為新生兒期或嬰兒期起病的癲癇綜合征，表明了STXBP1腦病具有起病年齡早的特點。

2.2 STXBP1腦病癇性發(fā)作特點 STXBP1腦病癇性發(fā)作起病早，起病年齡從1 d～12歲不等，中位起病年齡為6周。大約1/3的患者表型為大田原綜合征或West綜合征，近1/4的患者表型為早發(fā)癲癇與腦病或大田原綜合征的患者隨著時間的推移會演變?yōu)閃est綜合征[15]。癲癇性痙攣、強直發(fā)作和局灶性發(fā)作為主要發(fā)作類型[6,15,18]。對STXBP1腦病的癇性發(fā)作治療效果較好的抗癲癇藥有左乙拉西坦[19-20]、丙戊酸[21-22]和氨己烯酸[8,21,23]。部分患者使用抗癲癇藥治療可達到無發(fā)作甚至最終停藥，但是也有一些患者在癲癇控制后仍出現(xiàn)復(fù)發(fā)。常規(guī)抗癲癇藥可以有效控制大多數(shù)STXBP1腦病患者癇性發(fā)作，約1/3的患者可實現(xiàn)無發(fā)作[15]。

2.3 STXBP1腦病的智能、發(fā)育障礙和神經(jīng)系統(tǒng)體征 目前所報道的STXBP1腦病患者均有不同程度的智能障礙，且智能障礙程度較重，目前報道的病例中只有1例患者認(rèn)知功能障礙僅限于學(xué)習(xí)困難[24]。發(fā)育遲滯和發(fā)育倒退也可見于STXBP1腦病，運動發(fā)育遲滯主要表現(xiàn)為頭部控制能力差、失去行走能力等，語言發(fā)育遲滯主要表現(xiàn)為不能講話或不能進行正常的社會交流，這些特征在多個研究中均有描述[6,15,25]。STXBP1腦病患者的行為障礙主要表現(xiàn)為孤獨癥和行為刻板，其他行為障礙還包括過度運動和攻擊性行為[15]。神經(jīng)系統(tǒng)查體可發(fā)現(xiàn)STXBP1腦病患者可有錐體系、錐體外系和小腦損害體征，表明STXBP1廣泛參與了的各項正常生理活動的維持。其中最常見的異常體征是肌張力減退、共濟失調(diào)、意向性震顫、痙攣、運動障礙和肌張力障礙[15]。

2.4 STXBP1腦病的EEG及MRI表現(xiàn) 大多數(shù)STXBP1腦病患者的EEG均有局灶性或多灶性放電特征，部分患者在病程的早期階段EEG有爆發(fā)-抑制、高幅失律等特征[15]。MRI表現(xiàn)可正常，也可有腦萎縮、薄胼胝體、脫髓鞘病變等表現(xiàn)[26]，大多數(shù)患者的MRI在發(fā)病早期表現(xiàn)正常，然后在1年后表現(xiàn)出輕度的腦萎縮。有學(xué)者[27]認(rèn)為這可能與促腎上腺皮質(zhì)激素治療有關(guān)。還有學(xué)者[28]在STXBP1體細(xì)胞突變患者的MRI中發(fā)現(xiàn)局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良表現(xiàn)。

2.5 STXBP1腦病的治療 目前對STXBP1腦病的治療的策略主要是控制癇性發(fā)作，同時兼顧發(fā)育、認(rèn)知和行為等方面問題的多學(xué)科治療。目前應(yīng)用于STXBP1腦病有效的抗癲癇藥包括氨己烯酸、丙戊酸和左乙拉西坦。盡管尚不清楚哪種抗癲癇藥方案最有效，但是對于大多數(shù)STXBP1腦病患者來說，及時使用抗癲癇藥可以充分控制癇性發(fā)作，大約1/3的患者可實現(xiàn)無發(fā)作[29]?？紤]到STXBP1腦病的發(fā)病機制，從精準(zhǔn)治療的角度，左乙拉西坦值得特別關(guān)注，因左乙拉西坦是通過與突觸囊泡糖蛋白2A結(jié)合來調(diào)節(jié)突觸囊泡的釋放而起作用[29]。然而，由于癇性發(fā)作起始年齡、持續(xù)時間和STXBP1腦病智能障礙嚴(yán)重程度及發(fā)育結(jié)局無明確關(guān)系[15]，治療策略不僅要著眼于癇性發(fā)作的控制，而且也要將發(fā)育及認(rèn)知障礙的治療置于重要的地位。精準(zhǔn)治療在遺傳性癲癇治療中愈來愈受到重視，Hussain[30]提出了一種通過提高突觸前未裝配的STXBP1單體數(shù)量的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的治療手段，以平衡單倍體劑量不足的狀態(tài)。Guiberson等[31]的研究利用分子伴侶的辦法，分別用三種化學(xué)伴侶4-苯基丁酸酯、山梨醇和海藻糖來提升了致病突變體中的STXBP1水平并增強了其穩(wěn)定性，為STXBP1腦病的治療提供了新思路。此外，基因編輯技術(shù)等精準(zhǔn)治療策略也是目前的研究熱點和未來解決STXBP1腦病治療問題的重要手段[32]。

3 STXBP1腦病的發(fā)病機制

3.1 STXBP1與SNARE復(fù)合體的相互作用 大腦神經(jīng)元之間的沖動是通過突觸間信號傳遞實現(xiàn)的。突觸前膜神經(jīng)遞質(zhì)釋放是通過突觸囊泡與質(zhì)膜的對接、啟動及膜融合等過程來完成的，完成這一過程的核心是SNARE復(fù)合體及STXBP1蛋白，同時也有輔助蛋白如突觸素、絡(luò)合素的參與[33-34]。這些蛋白通過SNARE-SM蛋白循環(huán)來完成突觸囊泡釋放的過程，這一過程簡單地來說可以分為以下四步：(1)突觸囊泡融合啟動，這一步驟包括打開Syntaxin-1的閉合構(gòu)象，即Syntaxin-1/STXBP1的復(fù)合結(jié)構(gòu)從封閉構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放構(gòu)象以及部分反式-SNARE復(fù)合體組裝；(2)全反式-SNARE復(fù)合體組裝，融合孔打開；(3)全反式-SNARE復(fù)合體轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖?SNARE復(fù)合體，融合孔進一步擴大；(4)SNARE復(fù)合體拆卸，并進入下一個SNARE-SM蛋白循環(huán)[35-36]。

雖然確切的機制尚未完全闡明，但多項研究表明，STXBP1在囊泡對接、啟動和融合的多個步驟中起著至關(guān)重要的作用，這一系列過程是通過STXBP1與構(gòu)成SNARE復(fù)合體的不同蛋白的相互作用而完成的，SNARE復(fù)合體由位于突觸小泡膜上的突觸小泡蛋白、位于突觸前膜上的突觸融合蛋白(Syntaxin-1)和突觸小體相關(guān)蛋白三者共同組成。目前研究較為充分的是STXBP1和Syntaxin-1之間的相互作用。STXBP1至少以兩種不同的方式與Syntaxin-1直接結(jié)合：一種是與Syntaxin-1的封閉構(gòu)象結(jié)合，另一種是與Syntaxin-1的N末端結(jié)合，目前這兩種結(jié)合模式被廣泛認(rèn)可[37]。在膜融合啟動階段，STXBP1與Syntaxin-1的閉合構(gòu)象結(jié)合，然后Munc13將Syntaxin-1轉(zhuǎn)化為開放構(gòu)象，并與STXBP1一起協(xié)調(diào)SNARE復(fù)合物的組裝和膜融合過程[11,38-39]。SNARE復(fù)合體拆卸后，STXBP1再次與封閉構(gòu)象的Syntaxin-1結(jié)合可以防止異位SNARE復(fù)合體形成[40]。通過這種方式，Syntaxin-1可以高效地用于另一輪囊泡融合過程。

3.2STXBP1基因的功能缺失致病 目前已報道的STXBP1腦病大部分是由STXBP1的新生雜合突變所導(dǎo)致的，截短突變和錯義突變皆可致病。STXBP1截短突變會導(dǎo)致無義介導(dǎo)的mRNA衰變，該機制通過識別和降解異常的mRNA，減少異常蛋白質(zhì)的翻譯，進而導(dǎo)致單倍體劑量不足的發(fā)生[41]。盡管錯義突變占已報道的STXBP1腦病的大部分病例，但是并非每個錯義突變都致病，雖然已經(jīng)對少數(shù)變異進行了功能研究，但對于許多突變體而言，導(dǎo)致STXBP1功能受損的機制尚未完全明確。有研究[42]證實致病性錯義突變可導(dǎo)致STXBP1蛋白三維結(jié)構(gòu)的改變，使其在37 ℃時不穩(wěn)定, 進而形成蛋白質(zhì)寡聚體，并通過蛋白酶體促進其降解，從而導(dǎo)致STXBP1水平的嚴(yán)重下降。Kovacevic等[43]通過對V84D、C180Y、R388X、M443R、G544D、C522R、T574P等突變體的體外功能研究發(fā)現(xiàn)，STXBP1的不同突變體蛋白質(zhì)功能受影響程度為依次為V84D>R388X>M443R>G544D>C180Y>T574P>C522R，不同的突變體在STXBP1的表達量、Syntaxin-1表達量、神經(jīng)元突觸密度及電生理特性方面均較野生型表現(xiàn)出不同程度的下降，表明功能缺失是其重要的致病機制。盡管不同突變體的STXBP1表達水平及電生理特性有差異，但其分子功能強弱和臨床癥狀的輕重程度之間缺乏顯著的相關(guān)性，STXBP1基因?qū)δ苋笔Ц叨炔荒褪?，用單倍體劑量不足解釋這種現(xiàn)象是合理的[43-44]。該研究還發(fā)現(xiàn)，STXBP1基因功能缺失會導(dǎo)致突觸疲勞現(xiàn)象，這種情況在GABA能神經(jīng)元中比在谷氨酸能神經(jīng)元中更為明顯。突觸疲勞現(xiàn)象在GABA能神經(jīng)元和在谷氨酸能神經(jīng)元的差異導(dǎo)致了大腦皮質(zhì)興奮性失衡，這可能是STXBP1腦病癇性發(fā)作的機制，目前這一理論在小鼠模型上得到了證實[43]。

此外，Guiberson等[31]通過對多個雜合錯義突變體的體外功能研究發(fā)現(xiàn)，STXBP1基因突變導(dǎo)致突變后的蛋白具有更高的熱敏性，更容易聚集、沉淀并被降解。該研究還發(fā)現(xiàn)STXBP1雜合突變體存在顯性負(fù)效應(yīng)，突變體的神經(jīng)元STXBP1表達量明顯低于野生型的50%，突變后的STXBP1蛋白有與野生型蛋白聚集的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致野生型STXBP1被一起降解[31]。但該研究也發(fā)現(xiàn)可以通過分子伴侶穩(wěn)定錯誤折疊的蛋白質(zhì)，減少蛋白質(zhì)的聚集，在一定程度上恢復(fù)STXBP1的水平和功能[31]。

3.3STXBP1基因的功能增強致病 目前報道的STXBP1腦病幾乎均為雜合突變，致病機制為功能缺失及單倍體劑量不足。2008年Graham等[45]在體外研究中發(fā)現(xiàn)STXBP1基因突變體E466K有功能增強現(xiàn)象。該研究發(fā)現(xiàn)突變體E466K在STXBP1的表達量上與野生型并無顯著差異，但其囊泡的募集和釋放能力卻較野生型更強，其機制是E466K突變增加了STXBP1與Rab3a的結(jié)合能力，使得膜融合過程變得更快更高效。Lammertse等[14]在1個家系中發(fā)現(xiàn)了2例基因型為L446F純合突變致病的患者。這2例患者的表型為Lennox-Gastaut綜合征，臨床癥狀符合STXBP1腦病發(fā)育遲緩、難治性癲癇、智能障礙和行為異常的特點。值得注意的是，這2例患者的母親及妹妹均為無癥狀雜合子(L446F+/-)。體外研究發(fā)現(xiàn)，盡管L446F突變體相較于野生型神經(jīng)元其樹突長度和突觸密度略有降低，但在單個動作電位刺激后，L446F突變體的突觸囊泡與質(zhì)膜融合的次數(shù)是野生型神經(jīng)元的2倍。另一方面，L446F突變體的配對脈沖比較野生型明顯變低，這意味著在刺激初始L446F突變體釋放囊泡的能力較野生型更強，大量的囊泡在刺激早期被消耗，導(dǎo)致用于匹配后續(xù)刺激的囊泡數(shù)目大大減少。在連續(xù)的高頻刺激后再次進行單個刺激時，L446F突變體恢復(fù)對刺激反應(yīng)的能力下降。故Lammertse等[14]認(rèn)為L446F突變導(dǎo)致突觸傳遞增加，配對脈沖可塑性降低，高頻刺激后恢復(fù)突觸傳遞的能力受損。STXBP1基因雜合突變和純合突變在突觸水平的作用相反，但最終在大腦環(huán)路水平都造成了STXBP1腦病，提示STXBP1腦病發(fā)病機制具有多樣性。既往的研究[46-48]表明，功能缺失和功能增強的雜合突變都可以產(chǎn)生表型類似的癲癇性腦病，如KCNA2、SCN2A、SCN8A等基因的突變。最近，有2例SCN2A純合突變導(dǎo)致癲癇性腦病的病例被報道[49]。在這些病例中，純合子個體與雜合子家族成員有相似的表型，卻有著迥然不同的致病機制，表明了等位基因的多樣性和特異性在單基因疾病的致病機制中發(fā)揮著重要作用。

4 展望

STXBP1基因突變的基因型-表型關(guān)系目前仍不明確，已報道的案例幾乎均是重表型，基于我們對單基因疾病及基因突變致病性的認(rèn)識，STXBP1基因突變很可能存在輕表型。因此，STXBP1基因相關(guān)疾病的表型譜和致病機制仍有待于所有研究者和臨床醫(yī)生進一步探索。盡管目前STXBP1腦病的精準(zhǔn)治療手段仍相當(dāng)有限，但隨著我們對STXBP1基因相關(guān)疾病認(rèn)識的不斷深入和相關(guān)基礎(chǔ)研究的不斷進展，STXBP1腦病的治療效果和預(yù)后的改善將有望得到進一步的提高。