智因大数据助力发现中国癫痫患者罕见的CSNK2B基因的新生变异

癫痫是神经系统最常见的疾病之一。全世界总共记录了0.5-1亿病例，每年诊断出2-4百万新病例。癫痫的主要合并症是智力障碍（ID）/发育迟缓（DD），约有26％的癫痫儿童受到影响。虽然有研究表明全外显子组测序（WES）的诊断率为25–50％，但是仍然有50–75％的病例诊断为阴性。CSNK2B基因编码酪蛋白激酶II（CK2）的β亚基，在神经元形态和突触传递中起重要作用。全球仅报道了五个与癫痫伴或不伴ID/DD相关的CSNK2B变异病例。OMIM数据库中尚未引用CSNK2B变异与相关疾病之间的关系，可能是因为病例数少。

 

北京大学第一医院儿科姜玉武教授团队借助智因大数据云平台，把此前家系全外测序结果为阴性的816名疑似遗传性癫痫患者的原始数据进行了重新聚类分析。在9个先证者中发现了10种致病或可能致病的CSNK2B新生变异。厦门市妇幼保健院神经康复科、唐山市妇幼保健院神经内科、西安交通大学第二附属医院小儿神经科、江西省儿童医院小儿神经内科、湖南省儿童医院小儿神经内科，以及哈尔滨儿童医院小儿神经内科也参与了相关工作。2019年11月29日，Scientific Reports杂志发表了该研究：Germline de novo variants in CSNK2B in Chinese patients with epilepsy

 

 

这项研究中九名患者均有癫痫症状，伴或不伴ID/DD，并且在其他癫痫候选基因中未发现病原变异，特别是SCN1A或PCDH19。图1总结了研究中新发现的9个变异和5个报道的新生变异，6个病例的变异发生在锌离子结合域中，其中2个是剪接变异。

 

图1.  CSNK2B基因序列中的变异。

CSNK2B具有648个核苷酸的编码序列，并包含七个外显子。方形结尾表示外显子在一个完整密码子之后开始或结束，向右箭头表示最后一个密码子的最后一个碱基位于下一个外显子中，向左箭头表示最后两个碱基位于外显子中。黑色字体的变异来自于本研究，符号*表示该变异有两种情况。红色突出显示的变异来自最近报告的ID/DD和癫痫病患者，金色突出显示的变异来自最近报告的ID患者，绿色突出显示的变异来自最近报告的ID严重和难治性癫痫患者。

CSNK2B的pLI得分为0.98（gnomAD v2.1），表明对LoF极度不耐受。单倍剂量不足％HI得分为5.78（DECIPHER），可能表现出单倍剂量不足。DOMINO通常用来评估CSNK2B中单等位基因变异导致孟德尔疾病的可能性，CSNK2B的DOMINO得分为0.835（满分为1），提示单等位基因变异很可能导致疾病。在gnomAD和1000genomes数据库中均未找到这些变异，而且组合注释依赖耗竭（CADD）工具评分都非常高，预示变异是有害的。用于变异位点的基因组进化速率分析（GERP）分数也非常高，意味着这些核苷酸非常保守。通过UniProt下载的序列比对，患者1、4、6、7和8的变异位点所在的氨基酸位置在多物种中高度保守（图2）。

 

 

图2. CLUSTAL O（1.2.4）多物种氨基酸序列比对。

在哺乳动物和其他物种中，以颜色标记的CSNK2B氨基酸非常保守的。序列下的符号（*）表示同一性。

通过多种蛋白结构预测工具，进一步预测了CSNK2B变异的致病性（表1），并且根据ACMG指南将所有变异分类为致病性或可能致病性（表2）。

 

 

表1. 对CSNK2B中检测到的变异进行蛋白危害性预测分析。

MAF, 次要等位基因频率；NE, 不存在；D, 危害或有害；PD, 可能有害；GERP ++, 基因组进化率分析；CADD, 组合注释依赖耗竭

 

 

表2. 检测到的CSNK2B中变异体的ACMG评分。

PVS，致病力很强；PS，致病力强；PM，致病性中等；PP，致病性支持；P，致病性；LP，可能致病。

      

九名患者中有六个女孩和三个男孩。这些患者的癫痫起始发作年龄为2个月至12个月。9例患者中有8例的癫痫起始发作在6个月内，表明是早发性癫痫。所有9例患者均有癫痫症状，其中6例具有ID/DD。9名患者中有8名只有一种类型的癫痫发作，即全身性强直阵挛性癫痫发作（GTCS）。癫痫发作聚集在66.7％（6/9）的患者中（2、3、4、5、6和9）。本研究未发现患者有任何畸形特征，但是之前的研究中有两名患者被报道过。表3总结了该研究中CSNK2B变异患者的临床特征，包括脑电图和脑磁共振。

 

 

表3. 患者临床特征摘要。

ID/DD，智力障碍/发育迟缓；None，不可用；GTCS，广泛性强直阵挛性癫痫发作；CZP，氯硝西泮；LEV，左乙拉西坦；OXC，奥卡西平; VPA，丙戊酸盐; EEG，脑电图；MRI，脑磁共振

患者1、4、5、6、7、8和9的头颅MRI未见异常。患者3、5、7、8和9的脑电图正常。患者1、2和6的EEG异常（图3）。大多数患者的癫痫发作易于控制，患者3、4、5、6、7、8和9得到控制后没有再发作。左乙拉西坦（LEV）是这些完全控制的患者（3、4、5、7和8）的最常用的药物。4名患者在接受单药治疗后没有癫痫发作（LEV治疗用于患者5和8，VPA用于患者6和TPM用于患者9）。三例患者在接受多种药物联合治疗后没有再发作。患者3和4在使用LEV和奥卡西平（OXC）后不再发作。患者7通过使用TPM、OXC和LEV，不再发作。7例不再发作的患者中有3例具有正常的智力或发育指标，但其他4例患有ID/DD合并症，即使平均无发作持续9个月（2到15个月），他们的ID/DD也没有得到改善。9名患者中有1名和先前报道的2名患者一样，都出现了肌阵挛性癫痫。

 

 

图3.  携带CSNK2B变异患者（患者1-2和6）的脑电图。

（A）3.5岁时出现异常，弥漫性棘慢波，多重棘慢波和慢波放电，检测到频繁的肌阵挛性癫痫发作。（B）3岁5个月时出现异常，偏慢的背景峰，偶尔在左侧中心区域出现非典型的尖峰。（C）6个月大时出现异常，睡眠时额叶、中央、颞叶中部和中线区域有频繁的尖波。

总之，该研究进一步证明CSNK2B中的致病变异与伴有或不伴有ID/DD的癫痫疾病有关。CSNK2B相关的癫痫发病较早，而GTCS是常见的癫痫发作类型。在这种类型的癫痫病中，如果不及时治疗，癫痫发作可能会随着时间的推移而复发，并且通常呈簇状，但是除肌阵挛性癫痫发作是难治性的以外，这些癫痫发作是易于控制的，LEV是优先选择的AED。锌离子结合结构域是突变的热点区域。

 

新生变异是早期发作的癫痫性脑病的重要原因。已有研究发现父母–先证者组成的trio-WES比proband-WES更好，主要是因为前者可以轻松地识别先证者的新生变异和复合杂合变异。另外，有研究表明测序数据重新分析可以提高10-36％的诊断率。因此，筛查方案一方面可以有效提高阳性率，另一方面还能将来用作数据重新分析。智因大数据云平台在本次研究中发挥了关键作用，通过聚类功能把大样本的变异信息和表型信息进行聚集过滤，从而提示了中国癫痫患者罕见的CSNK2B基因的新生变异。

参考文献：

Li J, Gao K, Cai S, et al. Germline de novo variants in CSNK2B in Chinese patients with epilepsy[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 1-8.