遗传性癫痫全外显子基因检测诊断率如何？有多大机会应用精准治疗

全外显子组测序（WES）的应用对癫痫患者基因检测的诊断率产生了重大影响。遗传病因的鉴定为精准治疗——基于疾病病理生理学的个体化治疗方法铺平道路。本回顾性队列研究旨在：（1）确定真实世界临床环境中转诊进行基因检测的异质性癫痫患者队列的 WES 诊断率，（2）探索癫痫特征对诊断率的影响，（3）确定基于基因诊断的治疗改变的理论发生率，以及（4）探索实施精准治疗的障碍。247 例癫痫患者进行了 WES，患者年龄在 7 个月至 68 岁之间。34/247（14%）检出了（可能）致病性变异。在这些患者中，7/34（21%）使用基于HPO的过滤发现了变异。早发性癫痫患者（39%）或发育性癫痫性脑病患者（34%）的诊断率最高。在20/34（59%）的携带（可能）致病性变异的患者中，精准治疗在理论上是可能的，但只有11/34（32%）实施了精准治疗。实施精准治疗的主要障碍是特定药物的可及性或报销有限。这些结果证实了基因检测对治疗选择的潜在影响，但也凸显了实施精准治疗的障碍。为了在真实世界实践中优化精准治疗，需要做出更多的努力：统一精准治疗的定义，建立包括基因变异功能影响数据的可公开访问数据库，增加精准治疗的可及性和报销，以及扩大创新临床试验的可及性。

研究背景

癫痫的病因多种多样，包括遗传、结构、代谢、免疫和感染因素。某些癫痫综合征多由遗传因素导致。可能由单个致病性基因变异引起，如发育性和/或癫痫性脑病（DEE），也可能由更复杂的寡基因或多基因易感性引起，如遗传性全面性癫痫（GGE）。在过去二十年中，下一代测序（NGS）技术导致癫痫患者新型基因发现显著增加。全外显子组测序（WES）促进了在一次实验中分析完整的基因组蛋白质编码部分。WES通常与虚拟基因panel分析（该方法仅分析全外显子组和全基因组测序数据中被认为与临床表现相关的部分）相结合，意味着对整个外显子组进行测序，但只分析一组特定的基因。这种方法更快、更灵活，可以根据中心特定的偏好调整panel。

在癫痫患者（PWE）中，WES 的诊断率存在很大差异，在很大程度上取决于目标队列的特征。两项meta分析报道，WES的总体诊断率为24%-32%，其中早发性癫痫、智力障碍和/或DEE患者的诊断率最高。

直到最近，遗传性癫痫抗癫痫药物（ASM）的选择主要由癫痫发作类型和癫痫综合征指导。与传统治疗相比，精准治疗遵循的原则是提供更加以患者为中心的个体化治疗。这种方法的概念最早由Jain在2000年代初提出，将精准治疗（或个体化治疗，PM）定义为：“基于药物遗传学和药物基因组学信息，确定最适合个体的特定疗法”。这一概念很快被成功应用于不同的癫痫，例如在SCN2A-DEE中使用钠通道阻滞剂，或在葡萄糖转运蛋白1缺陷综合征中使用生酮饮食。最近，Byrne等人提出了一种基于六级的PM框架用于治疗遗传性癫痫，根据治疗解决潜在病因的程度进行排列：从对某些癫痫类型具有公认反应的疗法，到针对所有基因和网络的疗法，导致表型逆转。不幸的是，并非对于每个患者基因诊断都等于 PM，对于许多遗传性癫痫，PM 尚未确定，并且临床实践中许多潜在的特异性疗法尚不可及。理论上的可及性差异很大，从40%到72%不等，因为缺乏明确和国际公认的定义。此外，基于现有文献，已经可及的PM的实施存在差异（表1）。

表1

本研究旨在：（1）确定真实世界临床环境中转诊进行诊断性基因检测的异质性 PWE 队列的 WES 诊断率，（2）探索癫痫特征对诊断率的影响，（3）描述在多少具有基因诊断的患者中，PM 是理论上的选择，（4）探索实施精准治疗的障碍。

研究结果

病例选择

2020 年 1 月至 2021 年 11 月期间，257 人因临床怀疑癫痫，被转诊到安特卫普大学医院医学遗传学中心进行诊断性WES。其中，247例符合癫痫或热性惊厥临床诊断标准，被纳入进一步分析。

背景特征

55%的病例为男性。纳入时的中位年龄为 11 岁（Q1：6.2，Q3：19.0），范围为 7 个月到 68 岁。纳入时，154例（62%）智力正常至临界，14例（占总队列的 5%）报告有言语或学习问题。174 例（70%）临床神经系统检查正常。异常从笨拙到严重四肢轻瘫不等。209 例（84%）进行了脑磁共振成像（MRI），80%正常。11例（4%）MRI异常与癫痫相关（7例皮质发育畸形，2例缺氧缺血性脑病，1例局灶性缺血性病变和1例海马硬化）。78 例（32%）有癫痫家族史（一级或二级亲属），24 例（9.7%）有热性惊厥家族史。表2总结了特征。表3比较了WES阴性和阳性个体的特征。

表2

表3

癫痫特征

癫痫发病年龄差异很大，180 例（73%）在 3 个月至 12 岁之间发病。具体发病年龄段如图1所示。

图1

癫痫分类如下：74例（30%）有DEE，3例（1%）有进行性神经功能恶化综合征（进行性肌阵挛性癫痫），70例（28%）有局灶性癫痫，55例（22%）有GGE，8例（3%）有全面性和局灶性癫痫综合征（GEFS+）。表4总结了详细信息。

表4

基因检测

队列中超过一半的患者在WES之前接受过某种形式的基因检测。大约一半（127，51%）接受过基于全基因组单核苷酸多态性（SNP）阵列的拷贝数变异检测。46例（19%）接受过癫痫相关基因靶向panel（非基于WES）检测，11例（4%）接受过另一种基于WES的panel检测，分析的基因不是主要与癫痫相关。65 例（23%）接受过其他检测（如单基因检测、核型分析、FMR1检测）。

● 基因变异

分别在19例（7，7%）和15例（6，1%）患者中发现了28个基因的致病性或可能致病性变异。ATP1A3、CDKL5、DLG4、GABRB3、GNAO1、GRIN2A、HECW2、KDM6B、KCNMA1、KMT2E、NEXMIF、PHF21A、PIGN、QARS1、RORA、SCN8A、SLC2A1、SLC6A1、STXBP1、TBCD、TPP1、TSC2、ZMYM2和ZNF142基因各有1例突变。以下基因（可能）致病性变异见于多例：CHD2（n = 2）、DEPDC5（n = 4）、PRRT2（n = 2）和 SCN2A（n = 2）。在21例中发现23个基因意义未明的变异（VUS）。表5列出了所有（可能）致病性变异和VUS。

表5

● 诊断率

总体诊断率（致病性或可能致病性变异）为14%（34例）。另外 21 例（9%）报告了 3 类变异。有趣的是，在具有明确基因诊断的 34 例患者中，7 例（7/34：21%，占总队列的 3%）仅通过基于全外显子组 HPO 的过滤进行诊断，因为虚拟基因panel分析未识别该变异。

诊断率（图1）显著受癫痫类型影响（Fisher精确检验：p < 0.001）：DEE为26/77（34%），局灶性癫痫为5/70（7%），GGE为2/55（4%），GEFS+为1/8（12.5%）。在仅有热性惊厥的个体中，未发现基因诊断。在DEE组中，根据2022年国际抗癫痫联盟（ILAE）分类，排除结构性病因和癫痫性脑病患者后，诊断率提高至37%。为了探索癫痫类型与诊断率之间的相关性是否纯粹是由DEE驱动的，我们进行了一项亚组分析，排除了DEE患者。在该亚组中，不同癫痫类型的诊断率没有显著差异（Fisher 精确检验：p = 0.435）。

正如预期的那样，诊断率根据癫痫发病年龄存在显著差异（Fisher 精确检验：p =0.010），随着发病年龄的增加而下降。WES 阳性 PWE 的中位癫痫发病年龄为17个月（Q1：4.75；Q3：49.5），而 WES 阴性 PWE 为 60 个月（Q1：17，Q3：120）（Mann-Whitney U 检验：p = 0.029）。智力障碍的存在与较高的诊断率相关（Pearson卡方检验：7/135，5% vs. 27/104，26%，p = 0.001）。值得注意的是，女性的总体诊断率显著高于男性（Pearson卡方检验：22/111，20% vs. 12/136，9%，p = 0.013），尽管不同癫痫组的性别和年龄没有显著差异（Fisher 精确检验：p = 0.426，Mann-Whitney U 检验：p = 0.636）。在校正年龄、癫痫组、ID和ASD后，Logistic回归仍显示性别是WES阳性的独立预测因子。

与 WES 是进行的首个基因检测的个体相比，先前已经进行过基因检测且结果为阴性或不确定的个体的诊断率没有差异（Pearson 卡方检验 26/182 vs. 8/65，p = 0.835）。对于先前进行过癫痫相关基因靶向panel或基于WES的非癫痫疾病panel检测的个体，WES 的诊断率为 5/54（9，3%）。与之前未进行过基因检测的个体相比，这些个体的诊断率没有差异（Pearson 卡方检验：5/54 vs. 29/193，p = 0.277）。

7 例进行了快速 WES（平均周转时间为 21 天），诊断率高达 86%（6/7）。快速WES的指征包括6例新生儿耐药性癫痫，1例儿童期发病DEE伴神经功能退化。

● 精准治疗

在20/34（59%）具有基因诊断的个体中，PM理论上是可能的。在 5/20（25%）的个体中，这种治疗已经在基因诊断之前基于临床怀疑而实施，随后基因检测证实了临床怀疑。这 5 例开始已知有益的 ASM 治疗。在6/20（30%）的个体中，基因诊断导致了治疗的改变。病例 5 患有 PIGN-DEE，开始吡哆醇（13 mg/kg/d）治疗，导致癫痫发作减少。病例 19 是一名患有 SCN8A-DEE 的男孩，使用卡马西平（17 mg/kg/d）导致至今 3 个月无癫痫发作。病例 30 患有神经元蜡样脂褐质沉积症 2 型，由 TPP1 复合杂合突变导致，开始酶替代疗法（cerliponase alfa），鞘内给药 300 mg，间隔 2 周。与既往队列相比，疾病进展减少。使用贝利婴幼儿发展量表-III进行评估，显示认知发展年龄为19个月（5岁时，治疗开始后17个月）。与开始前的测试相比（4 岁时认知发展年龄为 22 个月），略有下降。不幸的是，对她的癫痫发作没有明显效果，仍然每天发作。病例31是一例14月龄的男童，患有DEE，由GABRB3功能获得变异（GoF）导致，氨己烯酸由于潜在的危害被停用。对癫痫发作频率没有明显影响，但意识改善。病例 26 在青春期诊断出葡萄糖转运蛋白 1 缺陷综合征，由于尽管使用拉莫三嗪，但持续失神和注意力不集中，引入改良的阿特金斯生酮饮食。最初失神明显减少，但此时，对生酮饮食的依从性有限，因此无法评估其有效性。在其余SCN2A-DEE患者（病例23）中，卡马西平治疗后癫痫发作明显减少，白天癫痫不发作且意识改善。

其余 9 例未改变治疗的原因包括：癫痫发作控制（病例 2）、癫痫适应症药物没有报销（病例 4、8、11、13）、药物仅在临床试验中可及（病例 22、32、33）和基因变异的功能作用不明确（病例 20）。根据Byrne等人的框架总结了这些个体的基因变异和PM选择，详情见表5。

 讨 论 

基因检测在癫痫中的重要性已得到充分证实，WES正日益成为癫痫基因诊断的基石。本研究的首要目的是确定WES的真实世界诊断率以及癫痫特征对该诊断率的影响。在247例PWE的真实世界队列中，诊断率为14%，与其他研究相比较低，PWE 队列的异质性可能是一个原因，反映了目前在诊断性基因检测可及性高的国家/地区转诊进行 WES 的 PWE 特征。首先，我们队列中有三分之二在过去某个时间点已经接受过基因检测，只有那些没有基因诊断的人才被转诊进行WES。这意味着许多更常见的癫痫遗传原因将更早被发现，至少在长期癫痫患者中是这样。重要的是，在先前接受过靶向panel检测的个体中，诊断率仍为9%。鉴于基因发现的不断进步，基因panel很快就会过时，我们的研究结果强调了ILAE的建议，即如果可能，使用WES作为第一级基因检测。其次，我们的队列中只有 30% 患有 DEE，只有 23% 在 1 岁之前发病，只有 42% 存在智力障碍。这3个因素均导致基因检测的诊断率较高。第三，该队列中很大一部分人的癫痫类型基因检测的诊断率传统上较低：约1/4的研究队列是GGE患者，通常具有复杂的多基因背景，解释了为什么这些患者诊断率低，为4%。我们的队列还包括相对较多的复杂热性惊厥患者（24/247，10%）。在这些患者中没有发现任何（可能）致病性变异，导致该队列的总体诊断率较低。为了充分反映真实世界的情况，我们没有排除与皮质发育畸形无关的结构性癫痫（4/247，1%）。在许多研究中，这些患者被排除在外。然而，在临床实践中，这些患者有时也会被转诊进行基因检测，因为影像学上的结构异常在多大程度上导致了表型，并不总是清楚。

与先前研究结果一致，早发性癫痫或DEE患者的诊断率最高。有新生儿癫痫和/或进行性神经发育问题的患者进行了快速WES，诊断率非常高（86%），突出了该程序的价值，前提是仔细选择检测指征。值得注意的是，女性与较高的诊断率相关，这在既往未报道过，某些癫痫类型、发病年龄或 ID 中女性比例较高无法解释这一现象。这需要在更大的队列中得到证实，未知的混杂因素可能是这种意外相关性的原因。

我们的结果还强调了基于全外显子组HPO的检测的附加值，可作为基于WES的虚拟癫痫panel的补充。7 例有基因诊断的 PWE（7/34：21%，占总队列的 3%）检出致病性变异的基因未包括在癫痫panel中（病例 9、16、24、27 和 28 分别检出 KDM6B、ZMYM2、ZNF142、DLG4 和 PHF21A 变异），但表型完全匹配。

我们进一步想明确在临床实践中实施PM的理论可能性和困难。在本研究队列中，对于59%的确立基因诊断的个体，PM在理论上是可能的。基因诊断导致30%调整治疗。另有28%在基因诊断前就已经应用了PM，基因诊断随后证实了临床怀疑。这说明了精确的临床诊断和癫痫分类的重要性。例如，在病例 3（TSC2）中，由于临床诊断为婴儿癫痫性痉挛综合征，开始氨己烯酸治疗。另一个例子是病例 18，一名新生儿，由于临床怀疑（新生儿强直发作） SCN2A GoF 突变，在早期接受了卡马西平治疗。实施的主要障碍基本是实际的，针对该适应症的药物无法报销（因此成本高昂），或者因为该药物目前仅在临床试验环境中可及。例如，由DEPDC5（可能）致病性变异引起的癫痫患者（病例4，8，11，13）理论上可从mTOR抑制中获益，但为超适应症用药。随着某些老药新用药物治疗遗传性癫痫的成本效益的证据增加，报销政策有望得到调整。对于由 SLC6A1 或 STXBP1（可能）致病性变异引起的癫痫患者，目前临床试验正在探索苯丁酸，但目前比利时（和许多其他）患者无法入组。在病例2中，癫痫发作控制被认为是充分的，因此没有调整治疗。最后，实施的最后一个障碍是缺乏对特定基因变异的功能结果的了解，这对于选择正确的 PM 至关重要，特别是对于由于离子通道基因变异引起的遗传性癫痫。例如，在病例 20（GRIN2A）中，在 LoF（功能缺失）或 GoF 效应的情况下，将有不同的精准治疗选择。由于缺乏对该特定变异的功能影响的了解，无法做出特定的治疗选择。

幸运的是，对基因变异功能影响的了解不断增加，最终将增加PM的实施。有公共数据库整理了有关疾病相关变异的所有可及信息，进一步促进PM的实施。此类数据库的示例包括SCN1A突变数据库和预测模型，关于KCNQ2/3/5基因变异的精选RIKEE数据库，关于KCNA2变异的KCNA2 4-AP治疗网站，以及关于GRIN基因变异的GRIN变异数据库。

目前尚不清楚新疗法在多大程度上可以改善遗传性癫痫，确定其影响需要长期的随访研究。基因治疗在Dravet综合征小鼠模型中的有希望的结果以及基因治疗在其他神经系统疾病中的成功应用，为未来提供了充满希望的前景。除了需要多中心临床试验外，考虑到罕见病人群，定义以患者为中心的结局指标对于针对对患者和医护人员最重要的相关临床特征至关重要。研究团队和临床医生不应仅关注癫痫发作的减少，还应考虑复合终点来评估治疗。为了了解个体对某种PM的个体化反应，这些研究还必须报告治疗的失败。由于其中一些单基因癫痫的发生率非常低，需要合理设计的n-of-1试验，单个患者既作为病例又作为对照，以进一步拓宽PM。

本研究也有局限性。由于真实世界环境，我们的队列包括先前接受过基因检测的个体，因此我们的研究方法不能确定WES在具有其他相似疾病特征的先前未接受过基因检测的患者中的诊断率。这很可能解释了为什么在PWE中一些较常受影响的基因没有检测到变异，包括SCN1A，PCDH19或KCNQ2。由于有些患者从外部中心转诊过来进行基因检测，因此对于研究团队，临床记录并不总是完全可及的，可能导致不正确的癫痫或ID分类水平。我们还承认，癫痫基因检测的指征因国家而异，从而影响研究人群。因此，在比较基因检测的诊断率时需要谨慎。对此，ILAE临床基因检测工作组最近发布了一份意见文件，可指导临床医生选择合适的PWE进行基因检测。同时，不应对单纯性热性惊厥患者进行基因检测，但在一些复发性和/或复杂性热性惊厥病例中，可以进行基因检测以排除单基因潜在病因（如 SCN1A）。

本研究以及许多PM相关研究的另一个局限性是缺乏明确的PM定义。我们选择使用Byrne等人的分级分类来定义研究队列中可能的PM。然而，属于前两级的疗法是否确实是PM的一种形式，存在争议，因为它们本身并不针对基因功能障碍。因此，在将我们的结果与其他研究的结果进行比较时，应考虑PM定义的差异。

总而言之，WES可以缩短癫痫的“诊断之旅”，但对于很多人（213/247，86%）来说，这一旅程仍在继续。该队列强调在临床实践中转诊进行基因检测的 PWE 差异很大，与其他更精选的队列相比，诊断率较低。本研究证实，在早发性癫痫或伴有智力障碍的癫痫患者中，尤其是 DEE，WES 的诊断率较高，应优先考虑 WES 作为早期诊断工具。我们进一步表明，在大约一半的队列中确立基因诊断具有潜在的治疗意义。然而，PM的实际实施具有挑战性。只在30%的具有基因诊断个体中导致了治疗的改变，另外20%已经基于临床怀疑接受了PM方法。为了增加 PM 的实施，我们首先需要患者利益相关者、临床医生和研究人员之间的密切合作，记录详细表型和基因型信息，包括相关基因缺陷的可及功能证据，并将这些信息公开用于临床实践。第二，我们需要为创新的试验设计制定标准，降低更广泛的经常严重受到影响的儿童群体的参与门槛。这些将导致PM可能性增加，使其对更多的患者可及，并有望降低成本和扩大报销标准。

参考文献：

De Wachter M, Schoonjans AS, Weckhuysen S, Van Schil K, Löfgren A, Meuwissen M, Jansen A, Ceulemans B. From diagnosis to treatment in genetic epilepsies: Implementation of precision medicine in real-world clinical practice. Eur J Paediatr Neurol. 2023 Nov 22;48:46-60. doi: 10.1016/j.ejpn.2023.11.003. Epub ahead of print. PMID: 38039826.

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