突触前先天性肌无力综合征（presynaptic congenital myasthenic syndromes, CMS）包含大量罕见的神经系统疾病，由运动神经末梢乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）释放受损引起。突触前CMS主要分为两组：一组是突触囊泡（synaptic vesicle, SV）内ACh量减少，另一组是突触囊泡释放机制受损。后者常被称为先天性Lambert-Eaton肌无力综合征（congenital Lambert-Eaton myasthenic syndrome, LEMS）。与其他类型CMS一样，突触前CMS主要表现为肌肉无力和疲劳，但常伴有中枢和自主神经系统受累的其他表现，包括阵发性呼吸暂停、认知迟缓、癫痫发作和胃肠道并发症。突触前CMS最常见的病因是编码参与ACh合成和SV释放机制的蛋白质的基因突变，呈显性和隐性遗传。然而，有时基因突变可导致更复杂的致病机制。这些情况最有效的治疗是预防球部无力引起的潜在致命性呼吸暂停发作和其他呼吸系统并发症。药物治疗也有一定作用；但在许多病例中反应不完全，在其他轻型病例中随着年龄增长病情改善，无需药物干预。在突触前CMS动物模型中使用靶向基因治疗的临床前研究结果令人鼓舞，但这些新疗法在近期尚无法应用。
1 引言
尽管突触前先天性肌无力综合征（CMS）仅占所有CMS类型的约5%–10%，但20世纪确定的最早临床变体之一即为突触前CMS。1975年，Conomy等人描述了两名同胞，表现为阵发性肌肉无力，发作间期症状相对轻微，无明显眼部受累。他们将该病症称为“家族性婴儿肌无力”，并指出其常与突发且可能致命的呼吸暂停发作相关。随后对患者肌肉活检进行的体外研究显示静息时突触电位振幅正常，但10 Hz持续神经刺激后振幅降低，提示存在ACh再合成缺陷。这为确定该综合征的可能遗传病因提供了重要线索，最终发现编码胆碱乙酰转移酶（choline acetyl transferase, ChAT）的酶基因是该型CMS的致病缺陷。该病症被重新命名为伴阵发性呼吸暂停的CMS（CMS-EA）；但由于后来认识到多个基因可与该表型相关，目前更倾向于包含疑似或确认的基因连锁名称。
2010年代全外显子测序的应用导致了其他极罕见突触前CMS的发现，这些缺陷不仅涉及ACh的合成或将ACh重新包装入突触囊泡（SVs），还涉及神经末梢SVs的释放机制。该组中大多数遗传缺陷涉及编码参与SVs对接和融合至突触前膜的蛋白质的基因，通常统称为先天性Lambert–Eaton肌无力综合征（LEMS）。在另外几例疑似突触前衰竭的CMS变体中，潜在致病机制复杂且尚未完全阐明。动物模型在理解突触前CMS和为这些罕见病开发新疗法方面发挥了关键作用。
最近，Lin等人描述了腺相关病毒（adeno-associated virus, AAV）基因治疗在CMS-EA模型中的结果。这为治疗严重受突触前变异型CMS影响的患者带来了希望。
1.1 突触前先天性肌无力综合征的分类
由Sir Bernard Katz发展的量子突触传递理论和Eduardo De Robertis等人进行的突触超微结构研究为突触前CMS的简单分类提供了基础。该理论解释神经递质ACh以称为量子（q）的离散包形式释放，每个量子对应于一个SV中的ACh含量，在哺乳动物中约为10,000个分子。终板电位（endplate potential, EPP）的量子含量用字母m表示，对应于构成EPP的ACh离散包数量，在人类中约为20–25。因此，假设突触后功能正常，EPP的振幅取决于m乘以q，如公式所示：EPP = m × q。最常见的突触前CMS类型是由于ACh合成和包装受损导致q降低。第二种较少见的突触前CMS变体特征是因SVs向突触前膜的动员、对接和融合受损导致m降低。在这些第二种类型中，量子释放的概率（p）降低，而可立即释放的量子数（n）正常或也降低：m = n × p。相比之下，在其他几例伴有突触前衰竭成分的CMS中，m降低完全是由于n减少，这通常与神经末梢体积小有关，如由于COLQ、LAMB2、MUSK和DOK7突变导致的CMS。由于这些病症的主要致病机制不是突触前的，此处不作讨论。
2 乙酰胆碱合成受损和突触囊泡包装受损（↓q）
2.1 乙酰胆碱合成受损
该组描述了两种CMS变体：一种是由于CHAT基因突变导致ChAT酶缺乏，另一种是由于SLC5A7基因突变导致底物胆碱供应受限，该基因编码高亲和力胆碱转运体（choline transporter, CHT）。
2.1.1 由于CHAT突变导致的CMS-EA
这是最常见的突触前CMS，与多种临床特征相关，但需注意每个病例不会表现出以下所有特征：与突发呼吸暂停发作相关，常被误诊为癫痫；常染色体隐性遗传；症状严重程度差异大，可从轻度阵发性无力到永久性非行走状态需呼吸支持和胃管；冷水如游泳池水诱发的矛盾性无力；频繁眼睑下垂，但罕见或仅轻度眼肌麻痹；半数患者存在可变认知障碍；随年龄改善趋势，尤其青春期后；静息时重复神经刺激（repetitive nerve stimulation, RNS）无肌肉反应递减，但10 Hz刺激5分钟后出现递减；对乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE）抑制剂治疗反应不一。
在其他物种中CHAT直系同源物的点突变也观察到可变运动缺陷，包括狗、斑马鱼、果蝇和秀丽隐杆线虫。此外，小鼠模型中工程化删除CHAT直系同源基因（Chat）因缺失神经肌肉传递在出生时就死亡。
2.1.2 由于SLC5A7突变导致的CMS-EA（胆碱转运体，CHT）
这种CMS变体与CHAT-CMS相似，但有自身独特特征：临床表现更严重，死亡率高于CHAT-CMS患者；隐性遗传，但也作为远端遗传性运动神经病呈显性遗传；中度至重度全面发育迟缓；癫痫发作；严重便秘和肠穿孔，推测由于蠕动不足；常无神经刺激肌肉反应和肌肉失神经；对AChE抑制剂和β2-肾上腺素能激动剂中度反应。
Blakely团队在2000年代初开发了敲除（knock out, KO）小鼠模型，该模型缺乏从外显子2到内含子4的Cht基因N端。携带该工程突变的两个等位基因的小鼠（Cht?/?）出生时不能活动且无法呼吸，不久后死亡。
2.2 乙酰胆碱装入突触囊泡受损
迄今仅描述了一种该亚型CMS，涉及SV内ACh转运缺陷。
2.2.1 由于SLC18A3突变导致的CMS-EA（乙酰胆碱转运体，VAChT）
这种CMS变体的多种临床特征与前一变体相似，但无癫痫和肠穿孔。VAChT缺乏所致CMS-EA的临床表现为：严重无力和肌张力低下；由于VAChT基因位于CHAT第一个内含子内，10号染色体微缺失可同时影响两个基因；全面发育迟缓，脑部MRI常显示脑萎缩；低温诱发的矛盾性无力；眼球震颤和眼肌麻痹；对AChE抑制剂治疗反应不一。
在果蝇中，删除Cha基因（包含人类CHAT和VACHT直系同源基因）是致死的。在线虫中，VAChT直系同源基因（unc-17）的大多数点突变与运动行为改变和致死相关。VAChT KO小鼠模型SV再循环正常，但囊泡ACh不足以支持神经活动，出生后几分钟内存活。然而，仅在选择性运动神经元群中删除VAChT的小鼠模型生存期延长，但运动和学习的表现受损。
3 突触囊泡释放受损（↓m）
这是一组极罕见的CMS，共同特征是神经末梢SV释放概率降低，让人联想到LEMS中的突触缺陷。因此，这些情况常被称为先天性LEMS。大多数致病遗传缺陷涉及编码可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor, SNARE）蛋白或与SNARE紧密相关的蛋白质。但在某些情况下，缺陷蛋白与SNARE蛋白无明显关联。需注意在大多数情况下，神经肌肉传递缺陷仅是更广泛的多系统疾病中的一个小组成部分。
3.1 VAMP1-CMS
该CMS变体特征：常染色体隐性遗传。但也有显性VAMP1突变描述，与遗传性痉挛性共济失调相关；出生或产前发病，常伴关节挛缩；近亲婚育史；全身肌张力低下、无力和运动发育迟缓；肌病面容、上睑下垂和眼肌麻痹；静息时复合肌肉动作电位（compound muscle action potential, CMAP）振幅降低，快速率RNS时递增；对AChE抑制剂和β2-肾上腺素能激动剂反应不一。
VAMP1-CMS小鼠模型显示严重无力、神经肌肉传递广泛失败和寿命缩短。
3.2 SNAP25-CMS
该CMS变体特征：显性遗传；新生突变；出生发病，常伴关节挛缩；临床或电图形癫痫发作；认知迟缓；表型变体包括智力障碍、共济失调和癫痫性脑病。
尽管有多种SNAP25突变体，可用模型均未忠实再现CMS表型。外显子4 Cre/LoxP KO纯合小鼠不能存活，胚胎无突触传递。双阴性突变小鼠主要表现代谢变化，而纯合点突变小鼠表现复发性癫痫。
3.3 SYT2-CMS
这是独特的突触前CMS变体，可由人突触结合蛋白2（synaptotagmin 2, SYT2）基因的显性或隐性突变引起。
3.3.1 显性
这是一种相对温和的突触前CMS，最初在多代家族中描述。显著特征：出生或生命早期发病；中度肢体无力伴偶有球部体征和轻度眼部受累；伴远端肢体肌肉萎缩、高弓足和锤状趾；表型变体：远端遗传性运动神经病；由钙结合区内的显性负错义突变引起；反射减退，电诊断有LEMS样特征，对钾通道阻滞剂如阿米吡啶或达法吡啶阳性反应。
3.3.2 隐性
这是一种严重的突触前CMS，死亡率高。主要特征：出生前或出生时发病；近亲婚育史；严重肌张力低下、无力和球部受累，仅有轻度眼部体征；可能伴自主神经和内分泌功能障碍；由无义或移码突变或基因微缺失引起；无反射，电诊断有LEMS样特征，对阿米吡啶反应。
突触结合蛋白2缺陷的有用模型基于用LacZ Neo盒替换从部分外显子2到外显子7的DNA片段。该工程突变纯合小鼠显示SV诱发释放明显受损和寿命缩短。它们出现严重无力伴震颤和明显共济失调。
3.4 Munc13-CMS
在啮齿类动物中，Unc13a是一种突触前蛋白，在SV启动中起重要作用。文献中仅报道了一例与该基因相关的CMS。报道的患者患有Munc13-1纯合N端终止密码子突变，表现为严重无力、肌张力低下、小头畸形和脑电图异常。电诊断评估显示为明确的突触前CMS，包括静息时CMAP振幅极低，50 Hz刺激时增加400%。微电极记录显示微终板电位（miniature endplate potential, MEPP）频率和EPP量子含量（m）显著降低，证实严重突触前衰竭。患者对吡啶斯的明和3,4-二氨基吡啶治疗几乎无临床改善，最终发生呼吸衰竭。
3.5 LAMA5-CMS
层粘连蛋白是基底膜中最丰富的非胶原蛋白质。它们是大型十字形异源三聚体糖蛋白，由五种α亚基之一、三种β亚基之一和三种γ亚基之一组成。在骨骼肌中，α5和β2亚基是唯一两个专门表达于神经肌肉接头（neuromuscular junction, NMJ）初级和次级褶皱的亚基。编码这些蛋白的基因突变可导致CMS，但这很罕见，且通常伴随其他器官受累。
一名患者外显子测序仅显示层粘连蛋白α5卷曲螺旋结构域纯合错义突变，出生时出现肌张力低下和全身无力。2 Hz重复神经刺激显示CMAP振幅递减55%，50 Hz RNS时易化增加250%。患者肌肉活检的微电极研究显示平均量子含量（m）不到年龄匹配对照的5%，从而证实严重突触前衰竭。患者对吡啶斯的明和3,4-二氨基吡啶双重治疗有部分反应。该患者神经肌肉传递失败的潜在致病机制尚不清楚，但可能涉及突触层粘连蛋白与突触前电压门控钙通道和/或参与调节突触传递的囊泡蛋白（如SV2）的相互作用扭曲。
3.6 AGRN神经末梢（NtA）-CMS
AGRN编码的神经源性agrin是一种对NMJ分化和维持至关重要的蛋白质。agrin C端LG3结构域与低密度脂蛋白受体相关蛋白4（low-density lipoprotein receptor-related protein 4, LRP4）的相互作用对运动终板乙酰胆碱受体聚集至关重要。另一方面，N端agrin（NtA）与层粘连蛋白卷曲螺旋结构域的结合是其定位于突触基底膜所必需的。
虽然AGRN-CMS的神经肌肉传递失败源于突触前和突触后联合缺陷，但该病症的一些患者似乎以突触前衰竭为主。Nicole及其同事报道，在两个独立AGRN-CMS家系的患者中，主要以远端受累为主，远端肢体肌肉CMAP振幅运动后递增高达285%，符合主要突触前衰竭。这些患者是复合杂合子，一个等位基因有截断突变，另一个等位基因有决定表型的NtA突变。AGRN（NtA）-CMS神经肌肉传递失败机制不确定，但考虑到NtA与层粘连蛋白密切相关，机制可能与上述LAMA5-CMS相似。
4 联合机制
在该组中报道为突触前CMS，神经肌肉传递失败的机制不如前几组明确，可能涉及不止一种机制。
4.1 与线粒体代谢遗传缺陷相关的CMS（SLC25A1、TEFM、PREPL）
考虑到线粒体在支持神经突生长、维持Ca2+稳态和为ACh合成生成乙酰辅酶A（acetyl-CoA）中的关键作用，线粒体疾病不更常出现神经肌肉传递受损有些令人惊讶。然而，近年来在接受线粒体代谢相关基因致病突变患者中报道了异常神经肌肉传递。尽管这些患者大多有多系统疾病，但他们与CMS患者有许多临床相似之处，包括肌张力低下、无力、上睑下垂和外眼肌受累。在这些患者肌肉活检中进行终板研究的数量非常有限，难以对潜在致病机制得出确切结论。迄今为止，从未报道过与线粒体功能相关基因相关的先天性LEMS；因此，神经末梢Ca2+稳态改变似乎在线粒体疾病神经肌肉传递失败机制中不起主要作用。另一种更合理的机制是线粒体未能维持稳定供应底物乙酰辅酶A用于ChAT酶合成ACh。在SLC25A1患者中发现的正常MEPP振幅和正常突触后AChR密度类似于CHAT突变患者肌肉活检发现，其中神经肌肉传递失败是由于量子大小q降低。类似结论也可从另一名PREPL基因双等位基因无效突变患者的肌肉活检中得出，该蛋白与线粒体代谢密切相关。在该患者活检中，MEPP振幅降低伴正常突触后AChR密度也指向量子大小q降低，表明潜在的ACh合成缺陷。识别这组伴有神经肌肉传递失败的线粒体病患者很重要，因为许多患者可能受益于改善神经肌肉传递的药物，如吡啶斯的明和沙丁胺醇。
4.2 与细胞器稳态和G蛋白信号通路相关的CMS（PREPL、MYO9A、RPH3A）
这是一组复杂的异质性疾病，神经肌肉传递失败发生在多系统疾病背景下，由影响通常具有多种功能的蛋白质的突变引起。例如，PREPL的硫酯催化活性对线粒体功能和稳态至关重要；然而，最近观察表明PREPL还具有重要的非催化功能。催化非依赖性功能主要通过蛋白质-蛋白质相互作用介导，特别是PREPL与调节跨高尔基体网络（trans-Golgi network, TGN）中AP1介导运输的AP1 μ-1A亚基之间的相互作用。TGN功能障碍可能影响参与突触传递的细胞器（如内体和SVs）的稳态，可能与不影响酶催化功能的PREPL错义突变发病机制相关。
另一种与CMS相关的具有多种功能的蛋白质是MYO9A。该蛋白作为一种非常规肌球蛋白，支持肌动蛋白细胞骨架和真核细胞各种功能，包括神经突生长和神经末梢内细胞器移位。MYO9A的另一个重要功能是Rho-ATP酶活性，由其C端结构域介导，并与涉及小G蛋白的信号转导过程相关。
与小G蛋白Rab3A相互作用是rabphilin-3A的主要功能之一，该蛋白也被报道与突触前CMS相关。Rab蛋白是小的GTP酶家族，对突触膜稳态和神经末梢SV胞吐过程至关重要。这种G蛋白介导的过程还涉及TGN、早期内体、SVs、溶酶体和板层小体之间的膜运输。此外，G蛋白在CMS发病机制中的参与建立了CMS与另一组常见G蛋白超家族遗传疾病RASopathies之间的联系。在CMS和一些RASopathies的表型中观察到许多重叠特征。最后应注意rabphilin-3A与突触结合蛋白-2有许多相似之处，包括两个串联Ca2+结合C2结构域、磷脂结合以及与SNARE蛋白SNAP25的直接相互作用。然而，rabphilin-3A对调节性神经递质释放并非必需，因此与RPH3A相关的神经肌肉传递失败不太可能涉及功能缺失机制。
5 结语
突触前CMS是一个新兴且快速发展的医学领域，在约15年前新一代测序（next generation sequencing, NGS）出现后急剧扩展。例如，报道与突触前CMS相关的14个基因中有13个是利用NGS发现的。迄今为止积累的经验表明，突触前CMS是罕见的、通常为多系统疾病，在临床表型和严重程度方面表现出极大变异性。在某些情况下，突触前CMS非常严重，并伴有中枢和自主神经系统受累症状。然而，在其他情况下，疾病轻微且倾向于随年龄自发改善。突触前CMS可分为两大组：一组由SVs中ACh合成和重新包装受损引起，导致量子大小q降低；另一组由神经诱发的SVs释放减少引起，导致EPP量子含量m降低。最后一组常被称为先天性LEMS。第一组疾病比第二组更常见，并可能并发呼吸暂停发作。吡啶斯的明和/或沙丁胺醇的药物治疗仅对大多数患者症状有部分改善。在先天性LEMS样综合征中，使用钾通道阻滞剂如阿米吡啶可非常有效地改善肌肉无力和疲劳。在突触前CMS动物模型中使用基因治疗的临床前研究结果令人鼓舞，但这些新疗法在近期尚无法应用。
