Depdc5-flox 基因敲除小鼠

DEPDC5，全称为Dishevelled, Egl-10 and Pleckstrin domain-containing protein 5，是一种包含Dishevelled、Egl-10和Pleckstrin结构域的蛋白。DEPDC5是GATOR1复合体（GTPase-activating protein towards Rags 1 complex）的一个蛋白亚基，而GATOR1复合体是mTORC1（mechanistic target of rapamycin complex 1）途径的主要氨基酸传感调节因子。mTORC1是细胞代谢、生长、增殖和存活的关键调节因子。DEPDC5基因的突变与多种疾病相关，包括癫痫、胃肠道间质瘤和神经发育障碍。

DEPDC5相关的癫痫是一种新发现的癫痫类型，主要由DEPDC5基因的致病性生殖细胞突变（有时伴有脑部的体细胞突变）引起。这种癫痫主要表现为局灶性癫痫，与mTORC1途径的增强有关。DEPDC5相关的癫痫包括多种家族性癫痫综合征，如家族性局灶性癫痫伴可变焦点（FFEVF）和罕见的散发性非损伤性局灶性癫痫。DEPDC5已被确定为与婴儿痉挛和突发意外死亡（SUDEP）相关的常见癫痫基因之一。尽管DEPDC5相关的癫痫通常不会影响智力，但有些人已被诊断为智力障碍、自闭症谱系障碍和其他精神疾病。此外，在20%的患有各种脑部异常的个体中发现了DEPDC5变异，这挑战了传统上对损伤性和非损伤性癫痫的区别[1]。

DEPDC5变异最令人兴奋的发展是使用mTOR抑制剂进行精确治疗的可能性，这在许多动物模型中得到了表型拯救的证据。然而，为了更好地理解不同（尤其是错义或剪接区）变异的功能影响、DEPDC5在癫痫发生中的作用以及精确治疗在人类中的创建和应用，还需要更多的研究。针对DEPDC5相关癫痫的精确治疗不仅将惠及一小部分患有该病的人群，而且还将为癫痫（包括mTORC1激活发生的获得性癫痫，例如创伤后癫痫）和其他涉及mTOR途径功能障碍的神经疾病的新治疗方法铺平道路[1]。

此外，DEPDC5基因的突变还与胃肠道间质瘤（GISTs）相关。GISTs是人类最常见的肉瘤，其发生通常由KIT或PDGFRA受体酪氨酸激酶的激活突变引起。染色体22q缺失是GISTs中常见的异常，发生在大约50%的GISTs中。这些缺失被认为通过目前未知的肿瘤抑制机制参与了该病的发病机制。使用全外显子测序，研究人员报道了GISTs中复发性基因组失活DEPDC5基因突变（16.4%，55例中的9例）。在纵向标本和来自单个患者的多个转移灶中展示了DEPDC5克隆失活突变的存在，表明这些突变在GIST进展中具有致瘤作用。DEPDC5失活在体外和裸鼠中促进GIST肿瘤生长。DEPDC5通过mTORC1信号通路减少细胞增殖，并随后诱导细胞周期阻滞。此外，DEPDC5调节GIST对KIT抑制剂的敏感性，mTOR抑制剂和KIT抑制剂联合治疗可能在具有DEPDC5失活的GIST患者中效果更好。这些复发性基因组改变和功能数据的发现共同证实了DEPDC5作为一个真正的肿瘤抑制因子，参与了GIST进展，并且是染色体22q缺失的一个生物学相关靶点[2]。

此外，对编码GATOR1复合体基因的DEPDC5、NPRL2和NPRL3基因突变导致的癫痫的研究也取得了进展。GATOR1复合体是mTORC1途径的负调节因子。研究人员分析了具有GATOR1编码基因癫痫相关变异的73个新病例（家族性和散发性）的临床和遗传数据，并提出了GATOR1变异临床解释的新指南。GATOR1癫痫表型主要由局灶性癫痫组成（例如，50%的患者为运动过度或额叶癫痫），平均发病年龄为4.4岁，通常与睡眠相关且对药物有抗性（54%），并与局灶性皮质发育不良（20%）相关。据报道，10%的患者患有婴儿痉挛。在10%的家庭中发生了突发意外死亡（SUDEP）。对所有140个癫痫相关GATOR1变异（包括本研究中的变异）的新型分类框架显示，68%为失功能性致病性，14%为可能致病性，15%为意义不明的变异，3%为可能良性。这些数据强调了GATOR1基因在局灶性癫痫发病机制中日益重要的作用（迄今为止已有超过180个病例）。GATOR1表型谱范围从伴认知障碍共病的散发性早发性癫痫到家族性局灶性癫痫，以及SUDEP[3]。

在mTORopathies中，mTOR信号通路过度激活，导致药物难治性癫痫。在mTORopathies中，包括DEPDC5在内的mTOR通路基因的致病性变异会导致癫痫和神经发育障碍。Tuberous sclerosis complex是一种由mTOR调节因子TSC1或TSC2突变引起的多系统疾病，其神经学表现包括癫痫、局灶性皮质发育不良和精神疾病。局灶性皮质发育不良类型II是由于体细胞脑突变引起的mTOR途径激活因子MTOR、AKT3、PIK3CA和RHEB，是药物难治性癫痫的主要原因。DEPDC5、NPRL2和NPRL3编码GTPase-activating protein（GAP）活性向Rags 1复合体（GATOR1）的亚基，GATOR1是mTORC1的主要氨基酸传感调节因子。GATOR1基因的生殖细胞致病性变异导致非损伤性局灶性癫痫和与皮质发育畸形相关的癫痫。在mTORopathies中，由于mTORC1过度激活和药物难治性癫痫，因此需要精确治疗。在首个大规模精确医学试验中，在由基因介导的癫痫中，everolimus（雷帕霉素的合成类似物）有效地降低了结节性硬化症患者癫痫发作的频率。雷帕霉素降低了DEPDC5相关癫痫和局灶性皮质发育不良类型II的啮齿动物模型中的癫痫发作。本综述概述了mTORopathies中癫痫的个性化治疗方法。我们主张在药物难治性癫痫中尽早进行mTOR通路基因的诊断测序，因为鉴定出致病性变异可能表明在表观非损伤性癫痫中存在隐匿性发育不良，或者可能揭示重要的预后信息，包括GATORopathies中SUDEP的风险增加，或者由于体细胞脑突变导致局灶性皮质发育不良类型II的癫痫手术结果良好。最后，我们讨论了mTOR抑制剂在治疗GATOR1相关癫痫和局灶性皮质发育不良类型II中药物难治性癫痫的潜在治疗应用[4]。

DEPDC5是GATOR1复合体的一部分，而GATOR1复合体是mTORC1途径的主要氨基酸传感调节因子。mTORC1是细胞增殖和代谢的关键调节因子，mTORC1途径的破坏与获得性和遗传性局灶性癫痫有关。结节性硬化症是mTOR遗传综合征的原型，其特征是癫痫。然而，GATOR1基因的突变最近已被证明可导致损伤性和非损伤性局灶性癫痫。本综述总结了mTOR途径，包括调节因子和下游效应因子，强调了GATOR1复合体的复杂作用。我们回顾了与mTOR过度活性相关的癫痫类型，包括结节性硬化症、多胎妊娠、脑积水、脑皮质发育不良、非损伤性局灶性癫痫和创伤后癫痫。目前可用的mTOR抑制剂，主要是雷帕霉素类似物和ATP竞争性mTOR抑制剂，也进行了讨论。专家意见认为，DEPDC5是局灶性癫痫的一个有吸引力的治疗靶点，因为DEPDC5激动剂的效果可能具有抗癫痫发生作用，并且比目前可用的mTOR抑制剂更具选择性。治疗效果可能与某些现有的饮食疗法（包括生酮饮食）协同作用[5]。

为了总结DEPDC5基因变异相关癫痫患儿的临床和脑电图特点，研究人员回顾性分析了20例DEPDC5基因变异癫痫患儿的病例资料，包括临床表现、基因变异、脑电图和影像学特点。20例患儿中男9例、女11例，末次随访年龄10月龄至13岁1月龄；起病年龄为10.5月龄（3小时龄至11岁3月龄）。12例（60%）有发育落后。局灶性发作19例，痉挛发作7例，强直发作、不典型失神发作、失张力发作及肌阵挛发作1例。脑电图发作间期18例异常放电，其中局灶性放电11例，多灶性放电7例。头颅磁共振成像（MRI）异常10例（50%），其中局灶性皮质发育不良5例，未分类的皮质发育畸形4例，半侧巨脑畸形1例。4例诊断为West综合征，1例为Lennox-Gastaut综合征。20例患儿中，14例（70%）符合药物难治性癫痫的诊断标准，4例药物治疗发作控制。手术治疗3例，术后发作控制2例，发作减少75%以上1例。研究结果表明，DEPDC5基因变异相关癫痫具有遗传外显率不全现象。局灶性发作最常见，病程中可有痉挛发作，少数患儿可仅表现为全面性发作；半数患儿可见脑结构异常；多数患儿为药物难治性癫痫，有明确致痫病灶者可手术治疗。发作控制不佳的患儿易合并发育落后[6]。

为了解具有或无肿瘤活性的致痫病理的确切分子机制，这对于改善药物难治性局灶性癫痫的治疗至关重要。研究人员使用深度全外显子测序（>350×）和全基因组基因分型，对474例具有药物难治性局灶性癫痫的个体的切除脑标本中的体细胞遗传变异进行了特征分析。在整个外显子组中，研究人员观察到低度癫痫相关肿瘤（7.92±5.65个单核苷酸变异）中的体细胞单核苷酸变异数量多于脑发育不良（6.11±4个单核苷酸变异）或海马硬化（5.1±3.04个单核苷酸变异）的脑组织。肿瘤组织也具有最大的可能致病性变异携带细胞数量。低度癫痫相关肿瘤具有最高的样本比例，具有一个或多个体细胞拷贝数变异（24.7%），其次是脑发育不良（5.4%）和海马硬化（4.1%）。在低度癫痫相关肿瘤中观察到复发性体细胞全染色体复制，包括染色体7（16.8%）、染色体5（10.9%）和染色体20（9.9%）。对于与脑发育不良相关的TSC2、DEPDC5和PTEN等生殖细胞变异基因，生殖细胞单核苷酸变异经常在大杂合性缺失区域中被鉴定出，支持最近提出的这些基因中的“二次打击”疾病机制。研究人员检测到12个已建立的损伤性癫痫基因中的体细胞变异，并证明这些基因在低度癫痫相关肿瘤（例如BRAF）和脑发育不良（例如SLC35A2和MTOR）的发病机制中具有全外显子水平的统计支持。研究人员还发现了PTPN11与低度癫痫相关肿瘤和NRAS Q61突变蛋白与一种由多微脑回和结节性异位构成的复杂脑发育不良之间的新显著关联。NRAS中的变异在癌症研究中已知会导致NRAS的过度激活，这可以通过药物靶向。研究人员还确定了包括AKT3在内的大复发性1q21-q44复制与具有透明胶质细胞包涵体的局灶性皮质发育不良类型2a相关，这是一种罕见且可能未得到充分认识的脑病变。临床-遗传分析表明，低度癫痫相关肿瘤的个体中体细胞单核苷酸变异的数量和受影响细胞的比例与癫痫发作年龄和手术年龄呈正相关。总之，这项全面遗传筛查揭示了致痫脑病变中遗传变异的全基因组景观，为临床诊断筛查设计基因面板，并指导未来临床实施癫痫手术遗传学的研究方向[7]。

在另一项研究中，研究人员对80例具有药物难治性癫痫和术后神经病理学诊断为轻度脑发育不良（mMCD）、局灶性皮质发育不良（FCD1）、FCD2或半侧巨脑畸形（HME）的儿童进行了研究。他们进行了靶向基因测序（≥2000X读深），以搜索mTOR途径和FCD基因中的低等位基因频率变异。研究人员能够阐明29%的mMCD/FCD1患者和63%的FCD2/HME患者。在mMCD/FCD1病例中，发现了N-糖基化途径相关SLC35A2基因的体细胞失功能性变异。在FCD2/HME病例中，发现了MTOR及其激活因子（AKT3、PIK3CA、RHEB）的体细胞增益功能性变异，以及其抑制因子（DEPDC5、TSC1、TSC2）的生殖细胞、体细胞和二次打击失功能性变异。研究结果表明，所有FCD2/HME都是镶嵌性mTORopathy。对微切割细胞的分析表明，异常神经元（DN）和气球细胞（BC）携带致病性变异。研究人员还观察到病理细胞密度与变异检测可能性之间的相关性。单细胞微切割后，通过富集的DN池测序揭示了DEPDC5生殖细胞病例中的体细胞二次打击杂合性缺失。总之，这项研究表明mMCD/FCD1和FCD2/HME是两种不同的遗传实体：虽然所有FCD2/HME都是镶嵌性mTORopathy，但mMCD/FCD1不是由mTOR途径过度激活性变异引起的，并且约30%的病例与糖基化缺陷相关。研究人员为FCD/HME的有效遗传检测提供了一个框架，将神经病理学与遗传发现联系起来，并强调了分子评估在儿科癫痫神经外科人群中的有用性[8]。

DEPDC5基因突变是各种家族性局灶性癫痫综合征的重要原因。然而，DEPDC5突变在散发性局灶性癫痫患者中的意义尚未阐明。研究人员使用全外显子测序研究了具有家族性局灶性癫痫伴可变焦点的家系，随后使用靶向重测序对293例具有局灶性癫痫的患者进行了所有DEPDC5外显子的测序。研究人员报告了一个台湾家庭中存在一种新型的剪接位点突变，该突变影响了mRNA剪接并激活了下游哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）途径。在具有局灶性癫痫的患者中，大多数（220/293）患者具有散发性局灶性癫痫，没有皮质发育不良。其中2名（0.9%）患者具有DEPDC5基因中的可能致病性突变。这一发现表明，DEPDC5不仅是最常见的家族性局灶性癫痫基因，也可能是散发性局灶性癫痫的一个重要基因。由于局灶性癫痫占所有癫痫的60%以上，因此mTORC1抑制剂对因DEPDC5突变而患有局灶性癫痫的患者的治疗效果将是未来研究的重要方向[9]。

综上所述，DEPDC5基因在多种疾病中发挥重要作用，包括癫痫、胃肠道间质瘤和神经发育障碍。DEPDC5基因的突变与局灶性癫痫相关，与mTORC1途径的增强有关。DEPDC5基因的突变还与胃肠道间质瘤的发生相关。此外，对编码GATOR1复合体基因的DEPDC5、NPRL2和NPRL3基因突变导致的癫痫的研究也取得了进展。在mTORopathies中，mTOR信号通路过度激活，导致药物难治性癫痫。DEPDC5是GATOR1复合体的一部分，而GATOR1复合体是mTORC1途径的主要氨基酸传感调节因子。mTORC1是细胞增殖和代谢的关键调节因子，mTORC1途径的破坏与获得性和遗传性局灶性癫痫有关。DEPDC5基因的突变还与脑发育不良相关。在未来的研究中，mTOR抑制剂在治疗DEPDC5相关癫痫和其他疾病中的应用将是一个重要的研究方向。