Cacna1s-flox 基因敲除小鼠

基因CACNA1S编码的是电压门控钙通道的α1S亚基，主要在骨骼肌细胞中表达。CACNA1S的致病性变异可以导致多种疾病，如低钾型周期性瘫痪（HypoPP）、恶性高热易感性和先天性肌病。HypoPP是一种由CACNA1S基因变异引起的遗传性疾病，表现为反复发作的肌肉无力和低钾血症。研究发现，一个男孩携带了CACNA1S基因的新型c.497 C>A (p.Ala166Asp)变异，这是从他的父亲那里遗传的。根据HypoPP的共识诊断标准，这个男孩被诊断为HypoPP。患者及其父母被告知避免HypoPP的经典触发因素。患者通过生活方式的改变和营养咨询来预防发作。此外，研究还展示了CACNA1S变异的分子亚区域位置与不同表型的相关性[1]。

先天性肌病是一组由CACNA1S基因突变引起的疾病，表现为临床、遗传和形态学上的异质性。为了更好地描述CACNA1S肌病的表型谱，研究人员对文献进行了系统回顾。他们收集了临床和遗传数据，包括肌肉活检和肌肉MRI。结果显示，这种肌病的表型是异质的，从严重的早期发病到临床过程良好的轻至中度形式都有。一个患者表现为轻至中度形式的表型，尽管她表现出一些独特的特征，如身材矮小、近视、轻度感觉神经性听力丧失、精神症状和股部肌肉MRI上的后前方向梯度损伤[2]。

恶性高热（MH）是一种药理学遗传性骨骼肌疾病，通常由挥发性卤代麻醉剂和/或去极化神经肌肉阻滞剂琥珀酰胆碱引起。MH的发病率为每10,000到250,000次麻醉中发生1次。然而，遗传异常的患病率可能高达每400人中就有1人。MH的典型症状包括高热、心动过速、呼吸急促、二氧化碳产生增加、氧气消耗增加、酸中毒、高钾血症、肌肉僵硬和横纹肌溶解，所有这些都与高代谢反应有关。MH的发病机制可能与ryanodine受体有关。已发现RYR1基因上有400多个变异，至少有34个是MH的致病因素。CACNA1S基因上的变异不到1%，但并非所有这些变异都是致病的。诊断测试包括活检肌肉对卤代烷、咖啡因以及在某些中心对ryanodine和4-氯-m-甲酚的离体收缩反应。DNA检测已被引入以检测MH的易感性。丹曲林钠是一种特异性拮抗剂，应在任何进行全身麻醉的地方提供。对MH的临床表现和病理生理学的深入了解，使得死亡率从30年前的80%下降到2006年的不到5%[3]。

钙通道是具有对钙离子选择性通透性的特殊离子通道。钙通道包括电压依赖性和配体门控型，对神经功能至关重要，其失调与多种神经系统疾病有关。CACNA基因家族包括CACNA1A、CACNA1B、CACNA1C、CACNA1D、CACNA1E、CACNA1G和CACNA1H，与偏头痛、癫痫、小脑共济失调、肌张力障碍和小脑萎缩等疾病的发病机制有关。CACNA1A的变异与家族性偏瘫性偏头痛和癫痫发作有关，CACNA1B的变异与偏头痛易感性有关。CACNA基因变异与神经系统表型之间的关系复杂，包括局灶性发作和共济失调，呈现了钙通道功能障碍的各种临床表现。CACNA基因变异及其与分子因素（如microRNAs）的相互作用的研究，有助于我们更好地理解遗传性神经系统疾病[4]。

恶性高热易感性类型5（MHS5）是一种由CACNA1S基因突变引起的遗传性疾病。MH是一种威胁生命的骨骼肌高代谢状态，通常由挥发性卤代麻醉剂和/或去极化神经肌肉阻滞剂琥珀酰胆碱引起。除了ryanodine受体1（RYR1）突变外，CACNA1S突变也被认为是MH的易感因素。然而，CACNA1S基因变异的存在并不能用来预测MH，因为该病具有遗传异质性、表达可变性和不完全外显率。目前，CACNA1S基因中的一种或最多六种突变与临床诊断的MH或通过收缩测试确定的MHS有显著关联。随着全外显子测序的普及，CACNA1S基因中额外的致病性变异，单独或与影响Ca2+稳态的基因一起，很可能与MH相关[5]。

钙通道病（CCs）和智力障碍（ID）/全球发育延迟（GDD）之间的关系尚未得到充分研究。研究人员假设CCs在ID/GDD的发展中起重要作用，并且钙通道基因的获得性和丧失功能变异都可能引起ID/GDD。他们进行了系统回顾，以调查CCs对ID/GDD的贡献、潜在机制、细胞和动物模型、治疗方法、患有CCs的患者的脑异常以及现有知识中的差距。研究发现，包括CACNA1A、CACNA1C、CACNA1I、CACNA1H、CACNA1D、CACNA2D1、CACNA2D2、CACNA1E、CACNA1F和CACNA1G在内的十个钙通道基因的变异与ID/GDD相关。大多数变异表现出获得性功能。与丧失功能相比，获得性功能变异的病例中观察到更严重的ID/GDD。CACNA1E、CACNA1G、CACNA1F、CACNA2D2和CACNA1A与更严重的表型相关。此外，在DECIPHER数据库中发现了157个跨越钙基因的拷贝数变异（CNVs）。主要的基因包括CACNA1C、CACNA1A和CACNA1E。总体而言，潜在的机制包括获得性和/或丧失功能、动力学的改变（激活、失活）和α1亚基截断形式的显性负效应。在159个病例中，有40个病例出现了小脑萎缩。只有少数细胞和动物研究关注了CCs与ID/GDD相关机制。对于ID/GDD的治疗选择，无论是体内还是体外，都缺乏研究。研究结果提示，CCs在ID/GDD中起重要作用。尽管获得性和丧失功能变异都与ID/GDD相关，但其涉及的机制需要进一步研究[6]。

黎巴嫩人群中，关于遗传性神经肌肉疾病（NMD）的发生和频率的临床和分子数据很少。研究人员回顾了1999年至2019年期间在黎巴嫩进行的多学科神经肌肉疾病咨询的临床和分子数据。共诊断出506例62种不同的疾病，包括10类NMD。在患者中，81.4%被诊断为运动神经元疾病和肌营养不良，其中几乎有一半被诊断为脊髓性肌萎缩（SMA）（占患者的40.3%）。他们估计黎巴嫩SMA的发病率为每7,500个出生中就有1个。杜氏和贝克肌营养不良症是第二常见的NMDs（占患者的17%）。这些疾病与本研究中发现的变异数量最多（39个）。显著的是，发现肢体带肌营养不良和夏科-马利-图斯病（CMT）表现出高度异质性的表现。最不常见的疾病（占患者的5.5%）包括先天性、代谢性和线粒体肌病、先天性肌无力综合征和肌强直性营养不良。为选择性的NMDs提供了黎巴嫩的文献回顾。这项研究表明，黎巴嫩异质性的NMDs的患病率高且报告不足，这是许多新型NMD治疗正在研发的主要挑战。该报告呼吁建立一个区域性的NMD患者登记册[7]。

周期性瘫痪是一组骨骼肌通道病，其特征是间歇性肌肉无力发作，常伴有血清钾水平改变。其潜在遗传缺陷包括编码骨骼肌钙通道Cav1.1、钠通道Nav1.4和钾通道Kir2.1、Kir3.4以及可能还有Kir2.6的基因突变。我们对突变通道如何影响肌肉兴奋性的了解日益增加，这有助于更好地理解许多已知数十年的临床现象，并为一些触发因素提供了线索。对病理生理学的深入了解也导致了新的治疗方法的产生[8]。

在英国，研究人员试图确定三个与MH易感性相关的基因中变异的患病率和作用，这是世界上最大的全面表型化的MH队列。他们从1971年以来在英国MH单位测试的每个阳性家族中选取了一个个体，以检测RYR1、CACNA1S或STAC3中的变异。自1991年以来，他们一直在进行基因变异的筛选，最近使用的是下一代测序技术。他们使用标准指南评估了变异的致病性，包括家族分离研究。他们比较了未知的反复变异的患病率与低风险人群中序列变异的大型数据库中报告的患病率。他们证实了795个独立家族的MH易感性，其中722个家族有DNA样本。在555个家族中发现了潜在的致病性变异，其中有25个RYR1和1个CACNA1S变异，这些之前未分类的反复变异在他们的队列中显著过表达（P<1×10-7），与外显子聚合联盟数据库相比。在328个适合分离分析的家族中，有86个家族存在基因型-表型不一致。他们估计非RYR1/CACNA1S/STAC3易感性发生在14-23%的MH家族中。他们的数据提供了在英国以白人为主的欧洲人群中，RYR1、CACNA1S和STAC3基因变异在MH易感性中的作用[9]。

综上所述，基因CACNA1S编码的是电压门控钙通道的α1S亚基，主要在骨骼肌细胞中表达。CACNA1S的致病性变异可以导致多种疾病，如低钾型周期性瘫痪、恶性高热易感性和先天性肌病。CACNA1S基因变异的分子亚区域位置与不同表型的相关性已被揭示，这有助于早期诊断、遗传咨询、适当的治疗以及降低发病率和死亡率。此外，CACNA1S基因变异与MH的易感性有关，但存在遗传异质性、表达可变性和不完全外显率。进一步的研究需要探索CACNA1S基因变异与其他影响Ca2+稳态的基因的相互作用，以更好地理解MH的发病机制。此外，CACNA1S基因变异与其他神经系统疾病，如智力障碍和全球发育延迟，以及与动脉粥样硬化、糖尿病心肌病和结直肠癌等疾病的关系也需要进一步研究。