《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Epilepsy-Associated Variants of a Single SCN1A Codon Exhibit Divergent Functional Properties
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本研究报告了影响钠离子通道NaV1.1同一密码子的四种癫痫相关SCN1A变异体（I1347T, I1347N, I1347V, I1347F）呈现出从完全功能丧失（LoF）、混合功能到功能获得（GoF）的广泛功能谱。文章指出，即便是相同位置的氨基酸替换，也可能产生迥异的功能效应和临床表现，这对现有的基于蛋白质位置预测变体功能的策略提出了挑战，并强调了实验验证对精准诊断和个体化治疗的重要性。
引言
SCN1A基因编码电压门控钠通道NaV1.1，该通道主要在GABA能中间神经元中表达。其致病性变异与一系列癫痫综合征相关，临床严重程度各异。通常，与Dravet综合征相关的变异导致功能丧失（LoF），而与新生儿/婴儿期发病的发育性和癫痫性脑病（DEE）相关的变异则常表现出功能获得（GoF）特性。准确区分这两种功能状态具有重要治疗意义：LoF变异被认为是钠通道阻滞类抗癫痫药物的禁忌症，而GoF变异则可能对此类药物有反应。然而，当前预测SCN1A变体致病性和功能障碍的策略受到训练数据的限制，且存在一种假设：相同密码子（或在同源基因中对应位置）的突变功能相似。本研究旨在通过实验验证位于同一密码子的四种SCN1A变体的功能特性，以检验这一假设的可靠性。
材料与方法
研究描述了一名与SCN1A-I1347T变异相关的早期婴儿发病DEE病例，并从文献或ClinVar数据库识别了影响同一密码子的另外三个变异（I1347N, I1347V, I1347F）。研究方法包括：对异源表达的NaV1.1变异体进行全细胞手动膜片钳记录，以测量电流密度、电压依赖性激活与失活、失活恢复动力学、持续性钠电流等多种生物物理学特性。同时，使用AlphaFold 3对NaV1.1变异体蛋白进行结构建模，以探究功能差异的结构基础。所有数据均与并行测量的野生型（WT）通道进行比较。
结果
3.1 病例展示
一名六岁半儿童因复杂癫痫症就诊。其在3个月大时出现首次无诱因全面性惊厥，随后癫痫发作形式多样，包括偏侧惊厥、交替性偏侧惊厥、意识受损的局灶性发作等。脑电图显示多灶性尖波、背景慢化且紊乱，后期诊断为睡眠期电持续状态。患儿存在严重神经发育障碍，表现为非言语、不能独坐，伴有躯干肌张力低下、肢体肌张力增高以及肌阵挛、舞蹈手足徐动症等运动异常。基因检测发现了一个新发杂合SCN1A变异c.4040 T > C (p.Ile1347Thr; I1347T)，该变异被归类为致病性。
3.2 SCN1A-I1347T的功能特性
功能研究显示，与WT通道相比，I1347T表现出混合的功能障碍特性：
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功能获得（GoF）特征：快失活时间进程变慢；持续性电流水平显著增加（约为WT的4倍）；慢去极化电压斜坡引起的电流更大；电压依赖性激活和稳态失活曲线均向超极化方向移动，导致“窗电流”面积显著增大。
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功能丧失（LoF）特征：峰值电流密度降低约50%；从失活中恢复的时间进程显著变慢，导致在高频率脉冲刺激下出现更强的使用依赖性衰减。
综合而言，I1347T被归类为具有混合功能障碍，并伴有显著的GoF特征。
3.3 其他SCN1A-I1347变体的功能特性
对另外三个变体的功能分析揭示了不同的功能谱：
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I1347N：在HEK293T细胞中表达时产生的钠电流与非转染细胞无显著差异，无法测量其他生物物理特性，被确定为完全LoF变体。
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I1347V 和 I1347F：两者均表现出混合的GoF和LoF效应。
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共同GoF特征：快失活时间进程变慢（在0和10 mV时失活时间常数显著大于WT）。
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差异与LoF特征：I1347F的峰值电流密度显著低于WT，且持续性电流水平异常高（约为WT的10倍）；I1347V的峰值电流密度有降低趋势（未达显著水平），其从失活中恢复更慢，使用依赖性衰减增强。I1347F的恢复动力学则快于WT和I1347V。
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两者的电压依赖性激活和失活与WT无显著差异。
3.4 SCN1A-I1347变体功能障碍的结构基础
结构建模显示，1347位异亮氨酸位于结构域3（D3）的S4-S5连接区与D3/S5螺旋的连接处。在WT通道中，异亮氨酸-1347与同一结构域的S6螺旋以及结构域4（D4）的S6螺旋（具体为亮氨酸-1775）存在相互作用。I1347N（天冬酰胺替换）导致这种相互作用丧失，引起D4/S6螺旋重新定位，部分阻碍了离子渗透路径，这可能是其导致完全LoF的独特结构原因。而其他氨基酸替换（T, V, F）对此关键相互作用的破坏程度较轻，因此表现为部分功能障碍。
讨论
本研究强调了预测SCN1A变体功能面临的挑战。研究表明，即使是影响蛋白质同一位置的变异，也可能因具体的氨基酸替换而产生从完全LoF到混合功能乃至以GoF为主的广泛功能效应。例如，已知I1347T（混合功能）的特性无法预测I1347N（完全LoF）的功能。这提示，在获得更广泛的实验数据训练预测模型之前，应谨慎对待基于同源变异进行功能外推的策略。
研究还指出，对先前被推断为GoF的I1347V变体的功能分析，揭示了其复杂的混合功能特性。若选择性忽略其电流密度降低和恢复减慢等LoF特征，可将其归类为GoF，但这可能过于简化。对I1347F的评估也存在类似情况。因此，需要一个无偏见的系统评估框架来关联表型与功能。
此外，研究描述的I1347T相关早期婴儿DEE病例，有助于进一步界定SCN1A相关早期婴儿DEE这一独特的临床实体，其治疗考量应与常见的LoF疾病Dravet综合征有所不同。
研究局限性
本研究使用异源细胞系统，可能无法捕捉神经元特有的 trafficking、定位或蛋白质互作效应。此外，ClinVar中的两个变体（I1347N, I1347F）表型信息有限，限制了功能-表型关联的可靠性。
结论
本研究报道了一例与混合功能SCN1A变体相关的早发性DEE，并比较了影响同一氨基酸位置的其他三种变体的功能特性。结果表明，预测SCN1A变体功能具有挑战性，即使是相同位置的变异也可能导致 divergent 功能效应。这些发现为理解SCN1A相关疾病的基因型-表型关系提供了新的见解，并强调了功能实验验证在精准医学中的重要性。
