癫痫是一种常见的神经系统疾病,癫痫发作由大脑神经元异常放电所致,中枢神经系统突然、反复和短暂的功能失常是癫痫发作的主要特征,中枢神经系统功能障碍可引发运动、意识、感觉和行为等不同程度的失常。大脑神经元异常放电与离子通道、囊泡运输和神经递质分泌、线粒体功能、免疫等密切相关。遗传因素是癫痫的重要病因,特别是儿童癫痫的重要病因。本论文对一个儿童癫痫家系进行遗传学研究,发现了儿童癫痫新的致病基因SCAMP5（Secretory Carrier Membrane Proteins 5）,该家系的两个患者均携带SCAMP5基因R91W（p.Arg91Trp,c.271C>T）纯合突变,而先症者的父母携带杂合的SCAMP5基因R91W杂合突变。查询千人基因组数据库和外显子组测序数据库,以及家系外100个正常人测序均未发现该突变,排除了该突变是SNP的可能性。不同物种SCAMP5蛋白的氨基酸序列比对发现,SCAMP5蛋白R91氨基酸在进化上高度保守,该氨基酸可能对维持SCAMP5蛋白的正常功能非常重要。SCAMP5是神经细胞内与囊泡运输和神经递质分泌相关的膜蛋白,在免疫细胞中研究发现SCAMP5与SYT1（synaptotagmin 1）蛋白相互作用,调节SNARE复合体的功能,进一步调控细胞因子的分泌。SNARE复合体也是神经细胞内调控囊泡与细胞膜融合的关键复合体,为了了解SCAMP5基因R91W突变对SCAMP5蛋白表达、定位及功能的影响,本研究通过蛋白亚细胞定位和免疫印迹实验发现R91W突变改变了SCAMP5蛋白在细胞中的定位,导致SCAMP5在细胞膜上的表达量减少。蛋白免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation,Co-IP）实验发现R91W突变减弱了SCAMP5和突触结合蛋白SYT1的互作,进而可能改变SNARE复合体的功能而影响神经递质的释放。为了进一步研究SCAMP5基因突变导致癫痫的致病机制,利用同源重组方法构建了Scamp5基因R91W突变小鼠。出生2周后的Scamp5基因R91W纯合突变小鼠开始有自发的癫痫发作,并表现出对声音刺激极度敏感,可发生由声音刺激诱发的癫痫发作,小鼠脑电图和肌电图记录显示,癫痫发作时小鼠的脑电图出现典型的痫样放电和肌肉强直。由于大脑的海马区是癫痫发作的关键脑区,因此分离了新生小鼠的海马神经元体外培养并进行单神经元电生理分析,结果显示Scamp5基因R91W突变选择性增强了自发状态下的微小兴奋性突触后电流（miniature excitatory postsynaptic currents,m EPSCs）频率,并增强了动作电位触发的evoked EPSCs的振幅,即Scamp5基因R91W突变选择性增强了海马区兴奋性突触前膜神经递质的释放,而导致兴奋性突触后膜电流的增强,引发癫痫的发作。综上,本研究发现了儿童癫痫新的致病基因SCAMP5,研究发现SCAMP5基因R91W突变影响了SCAMP5蛋白在细胞内的定位以及在细胞膜上的表达水平,并影响了其与SYT1蛋白相互作用,可能进一步影响SNARE复合体的功能。对Scamp5基因R91W突变小鼠研究发现,纯合R91W突变小鼠对声音刺激极度敏感,有声音诱发的癫痫发作。小鼠海马神经细胞电生理分析发现,R91W突变选择性增强了兴奋性突触前膜神经递质的分泌,引发突触后电活动增强,进一步改变了大脑神经网络的兴奋/抑制平衡。本研究发现SCAMP5是人类和哺乳动物兴奋性突触神经递质分泌新的重要负调控因子,SCAMP5是大脑神经网络兴奋和抑制平衡的重要调节因子,也是抑制大脑过度兴奋新的药物靶点。