癫痫性脑病是一组严重的儿童癫痫性疾病群，具有毁灭性，其病因常不明确。在本篇文章中，我们在两种经典的癫痫性脑病患者中筛查新发突变：婴儿痉挛症（
n=149
）和
Lennox–Gastaut
综合征（
n=115
）。我们对
264
名先证者及他们的父母进行外显子组测序，并确认了
329
个新发突变。一项可能性分析显示在
4000
个人类最不能耐受功能性遗传变异的基因中新发突变明显过多（
P=2.9
×
10
-3
）。在这些基因中，
4
名患者为
GABRB3
基因的新发突变，
2
名患者为相同的
ALG13
基因新发突变，这两个基因与癫痫性脑病间都有清晰的统计学关联证据。考虑到相关特定位点的突变率，这些结果碰巧发生的概率分别为
P=4.1
×
10
-10
和
P=7.8
×
10
-12
。在这个队列中，其它有新发突变的基因包括
CACNA1A
、
CHD2
、
FLNA
、
GABRA1
、
GRIN1
、
GRIN2B
、
HNRNPU
、
IQSEC2
、
MTOR
和
NEDD4L
。最终，我们观察到这些新发突变富集于特定的基因集合中，其中包括受脆性
X
蛋白调节的基因（
P<10
-8
）
,
正如之前在自闭症谱系疾病中报道的那样。
目前认为遗传学在许多癫痫综合征中扮演着重要的角色；然而，仅在一小部分病例中发现了特定的基因。局灶性癫痫和全身性癫痫的基因组关联研究（
GWAS
）均显示极少的重要关联基因，罕见的拷贝数变异仅解释一部分病例。神经精神疾病的一种新模式就是新发突变对疾病风险产生主要影响。我们在一个具有异质性的严重癫痫病群体中搜寻与癫痫性脑病相关的新发突变，这些癫痫患者以早期癫痫发作和伴与持续性癫痫活动相关的认知及行为特征为特点。认识到一些婴儿痉挛症患者会进展为
Lennox–Gastaut
综合征，我们聚焦于两种经典形式的癫痫性脑病：婴儿痉挛症和
Lennox–Gastaut
综合征。
对
264
个
trios
进行外显子组测序，鉴定了
439
个可疑的新发突变。
Sanger
测序确认了
329
个新发突变（补充表
2
），剩余的或为
B
细胞永生化导致的假阳性或者是在
Sanger
试验无法工作的区域（补充表
3
）。
在我们的
264
个
trios
中，我们发现在两名或多名先证者中存在新发突变的基因有
9
个（
SCN1A
、
n=7
；
STXBP1
、
n=5
；
GABRB3
、
n=4
；
CDKL5
、
n=3
；
SCN8A
、
n=2
；
SCN2A
、
n=2
；
ALG13
、
n=2
；
DNM1
、
n=2
；和
HDAC4
、
n=2
）。在这些基因中，
SCN1A
、
STXBP1
、
SCN8A
、
SCN2A
和
CDKL5
为之前已鉴定的与癫痫性脑病相关的基因。本研究中，为了评估其它观察到的基因是否提示它们为癫痫性脑病的风险基因，我们在考虑序列特异的突变率、基因大小、患者数及性别后确认了在同一个基因中观察到多个突变的概率。
HDAC4
和
DNM1
基因中观察到的新发突变的数目还没有显著高于预期数目
0
。然而，我们发现在
GABRB3
基因中观察到
4
个新发突变和在
ALG13
中观察到
2
个相同的新发突变是极不可能的（表
1
和图
1
）。
我们对在
610
个对照
trios
中观察到有多个新发突变的所有基因均进行了相同的计算，发现没有一个基因的新发突变明显过多（补充表
4
）。虽然之前有报道说
GABRB3
突变与另一种类型的癫痫相关，且小鼠体内研究提示
GABRB3
单倍剂量不足是
Angelman
综合征患者出现癫痫的原因之一，但我们的发现首次提示
GABRB3
是癫痫性脑病的一个单基因病因，并提供了迄今为止最有力的证据，证明它与任何癫痫相关。同样地，一个
X
连锁基因
ALG13
，编码尿苷
-
二磷酸
-N-
乙酰氨基葡萄糖转移酶的一个亚基，之前的研究显示一名携带一个新的
ALG13
新发突变的男性患者患有严重的先天性糖基化障碍，表现为小头畸形、癫痫发作和早期死亡。此外，
在另一名女性患者中观察到了本研究所鉴定的同一个
ALG13
新发突变，该患者表现为严重的智力障碍和癫痫发作
。
每个
trio
平均携带
1.25
个确定的新发突变，其中
181
个先证者至少携带一个确定的新发突变。如果仅考虑新发
SNVs
，每个
trio
平均携带
1.17
个新发突变（补充图
1
）。确认的新发
SNV
突变中
72%
为错义突变，
7.5%
推测为功能缺失突变（剪切供体突变、剪切受体突变或获得终止突变），与之前报道的对照组中这些突变类型的发生率（
69.4%
为错义突变，
4.2%
推测为功能缺失突变）相比，我们观察到婴儿痉挛症和
Lennox–Gastaut
综合征患者中功能缺失突变明显过多（精确二项
P=0.01
），与之前在自闭症谱系疾病中报道的数据一致。
为了确定携带新发突变的基因间可能的相互连接性，我们进行了一个蛋白质
-
蛋白质相互作用分析，确定了一个由
71
种蛋白质连接组成的单一网络（图
2
和补充图
7
））。这
71
种蛋白质中包含
6
个被
OMIM
编码报道的癫痫性脑病基因
(http://www.omim.org/)
，在本研究的癫痫性脑病患者中，这
6
个基因的每个基因均鉴定到了
1
个或多个新发突变。还发现与不在这个蛋白质
-
蛋白质网络中的基因相比，在这个网络中的基因与自闭症谱系疾病和严重智力障碍疾病外显子组测序研究中的基因及
FMRP
相关基因间重叠的概率要高得多。
对患者临床表型的评估显示婴儿痉挛症和
Lennox–Gastaut
综合征存在显著的遗传异质性，并开始提供与特定基因突变相关的表型变异范围信息（补充表
13
）。我们发现有
4
个基因同时在婴儿痉挛症和
Lennox–Gastaut
综合征患者中存在新发突变，它们是
