腺苷與癲癇發(fā)病機制研究

戚孟琪 呂玉芹 徐 雯 張敬軍

山東第一醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院，山東泰安 271000

癲癇是神經(jīng)系統(tǒng)常見病，發(fā)病機制尚未闡明。腺苷全稱為腺嘌呤核苷，是一種在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在的內(nèi)源性神經(jīng)元興奮調(diào)節(jié)劑、抗癇劑及神經(jīng)保護劑，主要通過突觸前抑制和穩(wěn)定突觸后膜電位起作用。目前腺苷的抗癇機制及療效是國內(nèi)外研究重點之一。本文將對腺苷抗癇機制及其療效進行綜述。

1 腺苷生物合成及其功能

腺苷生物合成包括以下途徑：①腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）在5-核苷酸酶作用下脫去磷酸轉(zhuǎn)化成腺苷；②腺嘌呤與1-磷酸核糖作用轉(zhuǎn)變成腺苷和磷酸；③S-腺苷同型半胱氨酸水解后產(chǎn)生腺苷和同型半胱氨酸；④神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞釋放三磷酸腺苷（adenosine triphophate，ATP），經(jīng)胞外核苷酸酶（ecto-nucleotidase，E-NTPDases）作用快速降解為腺苷。腺苷在腦組織中表達豐富，其在腦中的主要生理作用：神經(jīng)突觸調(diào)節(jié)劑，有助于增強神經(jīng)元回路信息；星形膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)劑，調(diào)控新陳代謝和星形膠質(zhì)細胞攝取神經(jīng)遞質(zhì)能力；星形膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元傳遞信號，將星形膠質(zhì)細胞激活與異源性突觸抑制關聯(lián)；少突膠質(zhì)細胞分化和功能調(diào)控器；小膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞增殖、能動性及反應性；小膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元傳遞信號，調(diào)控小膠質(zhì)細胞激活后短期突觸可塑性；內(nèi)皮調(diào)節(jié)劑，通過舒張腦內(nèi)毛細血管調(diào)控神經(jīng)血管耦合，從而影響神經(jīng)元網(wǎng)絡功能的可持續(xù)性［1］。

2 腺苷的抗癇機制

腺苷的抗癇作用復雜，其機制尚未完全闡明，可能通過下列機制發(fā)揮抗癇作用。

2.1 腺苷受體分類、分布及抗癇機制

腺苷與4 個7-跨膜G 蛋白偶聯(lián)受體相互作用介導其生理作用，根據(jù)序列同源性和藥理學將其受體分為A1、A2a、A2b、A3。每個腺苷受體亞型都有明確的組織分布和第二信使耦合，其在調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性及調(diào)控炎癥等方面發(fā)揮重要作用。腺苷作為一種非經(jīng)典的神經(jīng)遞質(zhì)，主要通過突觸前及突觸后的腺苷A1 和A2 受體亞型影響神經(jīng)元活動。通過這種調(diào)節(jié)作用，腺苷在不直接干擾突觸后γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）或谷氨酸受體的情況下影響神經(jīng)元興奮及抑制的平衡［2］。（1）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，A1 受體主要在大腦皮層、小腦、海馬和脊髓背角中高度表達。①在突觸前膜，腺苷激活A1 受體抑制腺苷酸環(huán)化酶，從而 減 少 環(huán) 磷 酸 腺 苷 （cyclicadenosine-3′，5′monophosphate，cAMP）含量，調(diào)節(jié) cAMP 依賴性蛋白激酶活性，降低膜對離子的通透性及神經(jīng)細胞興奮性，從而起到抗癇作用；②在突觸前膜，腺苷激活A1 受體從而激活磷脂酶C，增加三磷酸肌醇含量，刺激細胞內(nèi)Ca2+釋放并抑制N 型、Q 型和P型鈣通道，導致Ca2+內(nèi)流減少，進而抑制谷氨酸釋放，降低神經(jīng)興奮性，產(chǎn)生抗癇作用；③在突觸后膜，腺苷激活A1 受體從而激活鉀離子通道，增加K+外流，導致膜超極化，從而降低神經(jīng)興奮性并保護神經(jīng)元［3-4］。（2）A2a 受體在紋狀體、伏隔核及嗅覺結(jié)節(jié)中高度表達，但在皮層和海馬中低表達。①腺苷激活A2a 受體，從而激活電壓敏感性鈣通道，導致Ca2+內(nèi)流增加，促進谷氨酸釋放及增強離子型谷氨酸受體活性，從而誘發(fā)癲癇發(fā)作；②腺苷激活A2a 受體，降低突觸前抑制系統(tǒng)的效率，從而減弱腺苷與A1 受體結(jié)合所產(chǎn)生的抗癇作用［1］。（3）A2b 受體主要存在于星形膠質(zhì)細胞。（4）A3 受體在人小腦和海馬中中等表達，而在大腦大部分區(qū)域低水平表達。雖然A2b 及A3 受體在大腦中低表達且對腺苷親和力低，但腺苷與A2b 及A3 受體結(jié)合導致GABA 釋放減少，誘發(fā)癲癇發(fā)作。研究報道，A3 受體激活導致A1 受體異源脫敏，使A1受體對激動劑不敏感，進而降低激活A1 受體所起到的抗癇作用［5］。

2.2 腺苷其他抗癇機制

2.2.1 腺苷與ADK 及ADA 中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)中，腺苷激酶（adenosine kinase，ADK）是調(diào)節(jié)細胞間質(zhì)和細胞內(nèi)腺苷水平的關鍵酶。腺苷代謝的病理性改變，特別是星形膠質(zhì)細胞內(nèi)ADK 的表達增加，在癲癇發(fā)生中起著重要作用。大多數(shù)腺苷通過 ADK 產(chǎn)生 AMP 進一步生成 ATP，ATP 在E-NTPDases 作用下生成腺苷，完成腺苷的循環(huán)，這是腺苷代謝的主要途徑之一。因此，抑制ADK活性將使突觸內(nèi)腺苷含量增加，從而控制癲癇發(fā)作［6］。

腺苷在腺苷脫氨酶（adenosine deaminase，ADA）的作用下生成肌苷，再經(jīng)核苷酶催化產(chǎn)生次黃嘌呤和次黃嘌呤核苷酸，最后生成為尿酸。因此，抑制ADA 活性將使細胞外腺苷含量增加，起到抗癇作用［7］。

2.2.2 腺苷與DNA 甲基化 DNA 甲基化是表觀遺傳修飾方式之一，能誘發(fā)癲癇發(fā)作。DNA 甲基化需要在DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶作用下由S-腺苷甲硫氨酸提供一個甲基群，生成產(chǎn)物DNA-CH3及S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosylhomocysteine，SAH），SAH 在S-腺苷同型半胱氨酸水解酶作用下進一步轉(zhuǎn)化為腺苷與同型半胱氨酸［8-9］。只有在不斷去除腺苷和同型半胱氨酸情況下，才能繼續(xù)進行DNA 甲基化［10］。因此，腺苷作為 DNA 甲基化最終產(chǎn)物，其增多能夠抑制DNA 甲基化，從而達到抗癇作用。

2.2.3 腺苷與LncRNA CASC2 LncRNA 與癲癇的發(fā)展密切相關，是一類重要的非編碼RNA，具有200 多個核苷酸，在調(diào)節(jié)基因表達、表觀遺傳修飾及神經(jīng)發(fā)育等方面發(fā)揮多重作用［11］，尤其是在星形膠質(zhì)細胞分化中起關鍵作用［12］。長鏈非編碼RNA 癌癥易感性候選2（long noncoding RNAs cancer susceptibility candidate 2，LncRNA CASC2）在抗癇中的作用機制研究較少。通過大鼠腹腔內(nèi)注射戊四氮（pentylenetetrazol，PTZ）建立癲癇模型來研究LncRNA CASC2 的生物學作用。根據(jù)行為測試和蛋白表達分析，LncRNA CASC2 通過調(diào)節(jié)磷酸和張力蛋白同源物的表達來抑制PTZ 誘導的癲癇發(fā)作，進一步抑制癲癇發(fā)展過程中腺苷代謝和星形膠質(zhì)細胞活化［13-14］。一方面，LncRNA CASC2 過表達能夠降低平衡核苷轉(zhuǎn)運蛋白（equilibrative nucleoside transporter，ENT）活性，使細胞外腺苷向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移減少，進而增加細胞外腺苷濃度，產(chǎn)生抗癇作用；另一方面，LncRNA CASC2 過表達能夠降低ADK 的活性，抑制腺苷代謝，使細胞外腺苷增多，進而抑制癲癇發(fā)作［14］。因此，LncRNA CASC2過表達導致腺苷增多可能成為腺苷抗癇的機制之一。

3 腺苷抗癇治療

3.1 腺苷與CBD

大麻二酚（cannabidiol，CBD）是一種從大麻植物中提取的非精神活性衍生物，具有抗癇作用，其受體主要分為Ⅰ型受體（CB1 受體）和Ⅱ型受體（CB2 受體）［15］。美國食品和藥物管理局批準藥用級別的CBD 用于兩種兒童期發(fā)作癲癇：Dravet 綜合征和 Lennox-Gastaut 綜合征［16］。CBD 作用機制尚未明確，可能通過以下機制發(fā)揮作用：腺苷信號調(diào)控和細胞內(nèi)鈣離子調(diào)控（通過G 蛋白偶聯(lián)受體-55 動員和瞬時受體電位V1 型內(nèi)流影響神經(jīng)元Ca2+）［17］；CBD 通過增強腺苷介導的信號傳導抑制癲癇發(fā)作，CB1 受體和A1 受體在谷氨酸能突觸上共享一個共同的突觸前信號機制，CB1 受體與A1受體之間相互作用，當細胞外腺苷水平增多時，A1受體對CB1 連接的G 蛋白的控制增加，間接調(diào)節(jié)CB1 抑制谷氨酸釋放，進而起到抗癇作用［18］；CB1受體與A2a 受體在神經(jīng)元興奮性調(diào)節(jié)中起著協(xié)同作用，CBD 通過間接激活A2a 受體下調(diào)半胱天冬酶及逆轉(zhuǎn)谷氨酸誘導的毒性作用，發(fā)揮神經(jīng)保護作用［19］；其次，CBD 通過阻斷 ENT 影響腺苷再攝取，增加細胞外腺苷濃度，從而降低神經(jīng)元興奮性，抑制癲癇發(fā)作［20］。

3.2 腺苷與KD

生酮飲食（ketogenic diet，KD）是部分難治性癲癇的一種替代療法，尤其是兒童耐藥性癲癇。KD 抗癇機制尚未完全闡明，目前主要集中在腺苷A1 受體、AMPA 型谷氨酸受體、電壓依賴性Ca2+通道、ATP 敏感性K+通道、囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運體、細胞死亡及乳酸脫氫酶的BCL-2 相關激動劑［21］。KD 通過肝臟代謝產(chǎn)生酮體輸送至大腦，用作葡萄糖的替代能源，加速細胞內(nèi)ATP 的產(chǎn)生［10］；KD通過提高ATP 濃度增加細胞內(nèi)腺苷并通過ENT將細胞內(nèi)腺苷迅速轉(zhuǎn)移至細胞外，因此，ATP 增多能夠升高細胞外腺苷濃度進而激活腺苷A1 受體產(chǎn)生抗癇作用。KD 通過兩種途徑抑制ADK 活性：細胞質(zhì)中，阻斷ADK-S 從而降低細胞內(nèi)腺苷代謝，進一步增加細胞內(nèi)外腺苷濃度；細胞核中，阻斷ADK-L 從而阻斷甲基在轉(zhuǎn)甲基化途徑中的流動，進一步減少 DNA 甲基化［22］，KD 對 DNA 甲基化的下調(diào)在停止飲食后仍然存在［23］。KD 通過增加腦內(nèi)腺苷水平及抑制DNA 甲基化調(diào)節(jié)發(fā)揮其抗癲癇作用［24-25］。

3.3 腺苷與基因治療

基因治療是治療難治性癲癇的一種新嘗試，使用這種方式治療癲癇會導致腦組織發(fā)生不可逆變化，因此相關病毒載體設計需要優(yōu)化以保證其安全性及療效［26］。目前，轉(zhuǎn)基因包括ADK 基因、谷氨酸門控氯離子通道基因、電壓門控鉀離子通道基因、神經(jīng)肽Y 基因等［27-28］。在癲癇患者腦中，通過降低過表達ADK 活性來增加腺苷水平，最終發(fā)揮抗癇作用。實驗中病毒載體設計在星形膠質(zhì)細胞啟動子下以反義方向表達ADK 基因，從而減弱內(nèi)源性ADK 基因過度表達，減少腺苷轉(zhuǎn)化成AMP，提高內(nèi)源性腺苷的水平，起到抗癇作用［5，7］。研究報道，釋放腺苷的細胞或裝置植入癲癇病灶內(nèi)或附近為抗癇治療帶來了新的希望，該方法抗癇有效的可能機制如下：①腺苷持續(xù)局部釋放能夠避免全身使用腺苷所產(chǎn)生的較大外周副作用；②腺苷局部給藥產(chǎn)生鎮(zhèn)靜或共濟失調(diào)等中樞副作用較?。虎奂毎庀佘赵龆嗫杀籈NT 轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)，不會引起細胞外腺苷積累［27］。

4 展 望

癲癇是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見病，雖然目前已經(jīng)發(fā)展了超過20 多種抗癇藥物，但仍有1/3 患者為難治性癲癇。外科手術(shù)治療方式對中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生不可逆損害，因此尋求新治療方法成為當前研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)，增強中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)腺苷濃度具有抗癇作用，但其作用機制需進一步闡明。因此，進一步研究增強腺苷療效，減少其不良反應，對提高癲癇的治療具有重要意義。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突