Orexin與嗜睡的研究進展

趙夢珂，唐吉友

Orexin能神經(jīng)元是一組主要由下丘腦外側(cè)區(qū)產(chǎn)生的興奮性神經(jīng)多肽，包括Orexin-A和Orexin-B，可以激活兩個密切相關(guān)且與G蛋白耦聯(lián)的細胞表面受體(OX1R和OX2R)。嗜睡是一種神經(jīng)功能性疾病，其相關(guān)影響因素多，且病理生理機制尚未完全明確，所以診斷和治療比較困難。研究[1]證實，Orexin-A對嗜睡癥的敏感性高，有利于早期篩查出有嗜睡疾病傾向的患者，但特異性尚不明確。本文對Orexin與嗜睡相關(guān)性疾病的關(guān)系、診斷價值及應用前景綜述如下。

1 Orexin系統(tǒng)對睡眠-覺醒的調(diào)節(jié)

1.1 睡眠-覺醒調(diào)控機制 睡眠-覺醒周期包括覺醒、快速眼動(REM)睡眠和非快速眼動(NREM)睡眠。這種周期性變化是腦干、間腦、皮層下核團等多個腦區(qū)相互作用的動態(tài)平衡的結(jié)果。

調(diào)控睡眠-覺醒周期的中樞機制[2-3]包括睡眠核團[如下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)(VLPO)及腹內(nèi)側(cè)被蓋核(RMTg)內(nèi)的GABA神經(jīng)元]以及覺醒核團[如Orexin神經(jīng)元、谷氨酸能神經(jīng)元、乙酰膽堿(ACh)能神經(jīng)元、去甲腎上腺素(NE)能神經(jīng)元等]，其中Orexin系統(tǒng)在睡眠-覺醒及晝夜節(jié)律調(diào)控中發(fā)揮著重要作用[4]。在神經(jīng)環(huán)路層面，Orexin神經(jīng)元主要是通過兩方面來調(diào)節(jié)睡眠-覺醒過程。一方面通過激活去甲腎上腺素(NE)神經(jīng)元、5-羥色胺(5-HT)能神經(jīng)元等具有促覺醒作用的單胺能神經(jīng)元上的Orexin受體產(chǎn)生投射并形成環(huán)路來維持清醒狀態(tài)；另一方面，在睡眠期間十分活躍的GABA能神經(jīng)元受到刺激時，能有效抑制Orexin神經(jīng)元活性，促使向睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換。體內(nèi)記錄[5]顯示，與安靜的清醒狀態(tài)相比，活躍的清醒狀態(tài)時Orexin激活較快，而在REM睡眠和NREM睡眠時激活顯著降低，提示Orexin與睡眠-覺醒的調(diào)節(jié)有著密切聯(lián)系。

1.2 Orexin神經(jīng)元是促覺醒的關(guān)鍵神經(jīng)元 一直以來，Orexin神經(jīng)元被認為在調(diào)節(jié)睡眠-覺醒調(diào)控機制，特別是維持哺乳動物的促覺醒方面起著關(guān)鍵作用。Branch等[6]培育Orexin-tTA小鼠模型發(fā)現(xiàn)，Orexin神經(jīng)元越少，小鼠越難維持清醒狀態(tài)。Chowdhury等[7]通過同源重組系統(tǒng)培育Orexin-重組酶(Flp)敲入小鼠發(fā)現(xiàn)，Orexin神經(jīng)元在維持覺醒方面如覺醒增加、REM期睡眠和NREM期睡眠減少等起著重要作用，并認為這種模型可用于嗜睡癥的病理生理學以及基于Orexin神經(jīng)傳遞的藥理學研究。

2 Orexin與嗜睡

2.1 發(fā)作性睡病 發(fā)作性睡病以難控制的嗜睡、發(fā)作性猝倒、睡癱、入睡幻覺及夜間睡眠紊亂為主要臨床特征，是繼睡眠呼吸障礙之后引起日間嗜睡的第二大病因，其基本特征是不可預測和不可抗拒的嗜睡發(fā)作以及從清醒狀態(tài)直接過渡到REM睡眠即突發(fā)性REM(SOREM)[8]。較多研究[9-11]表明，發(fā)作性睡病患者Orexin-A水平下降，導致其與受體結(jié)合減少，減弱REM睡眠抑制腦區(qū)的活性，進而REM睡眠激活腦區(qū)活性增強，導致REM睡眠增多，潛伏期縮短，嚴重時可能會出現(xiàn)猝倒。流行病學調(diào)查[12]顯示，多達10%的猝倒癥患者Orexin-A水平正常，原因可能是Orexin受體及其下游通路的特異性損傷，而與部分Orexin配體結(jié)合減少。

2.2 特發(fā)性睡眠增多(IH) IH是一種中樞性嗜睡障礙，又名特發(fā)性CNS過度睡眠，其特征是嚴重的白天過度嗜睡(EDS)、長時間的夜間睡眠和睡眠慣性，但在多次小睡睡眠潛伏期試驗(MSLT)上沒有SOREM片段(SOREMPs)。通常在青春期發(fā)病，女性更為常見，由于沒有明確的診斷標準導致患病率和發(fā)病率不詳。有臨床研究[13]對IH患者進行CSF檢測發(fā)現(xiàn)，大部分患者Orexin-A水平高于200 pg/ml，僅3例患者較低(分別為152、189、198 pg/ml)，提示Orexin功能障礙與IH發(fā)病沒有必然聯(lián)系。但少部分IH患者的Orexin-A低于正常水平，需要進一步的研究來明確IH的病理生理機制。

2.3 克萊恩-萊文綜合征(KLS) KLS是一種罕見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，特點是伴有認知障礙和性欲亢進等行為異常的嗜睡發(fā)作。Lopez等[14]分別檢測2例KLS患者發(fā)作時和發(fā)作后的Orexin-A水平發(fā)現(xiàn)，發(fā)作期Orexin-A水平較低，而無癥狀期水平正常，考慮是急性炎癥物質(zhì)釋放到下丘腦后外側(cè)致功能障礙，從而抑制Orexin神經(jīng)元的活性。進一步研究[15]表明，KLS發(fā)作期左內(nèi)側(cè)丘腦灌注減少，同時谷氨酰胺代謝產(chǎn)物增加。Orexin是KLS潛在的生物標志物，需進一步通過縱向研究來衡量其診斷價值及對患者異常行為和自主神經(jīng)功能障礙的評估價值。

2.4 睡眠不足綜合征 睡眠不足綜合征是因急性或慢性睡眠剝奪等行為縮短睡眠時間而導致的EDS，如失眠、不寧腿綜合征、情緒心理等，若無法解釋其病因，則診斷為原發(fā)性失眠。有研究[16]報道，狗在剝奪睡眠24 h后CSF中Orexin-A水平升高，證實了睡眠剝奪時Orexin神經(jīng)元被激活，為之后的臨床研究奠定了基礎(chǔ)。Tang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，失眠患者的血漿Orexin-A水平含量明顯高于正常對照組。除了改變患者生活行為及心理等治療方法，很多研究[18-19]還從睡眠-覺醒周期入手治療原發(fā)性失眠，如Orexin受體拮抗劑。

2.5 阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS) OSAHS是最常見的睡眠障礙，特征是睡眠期間上呼吸道周期性的狹窄阻塞致通氣減少，甚至出現(xiàn)間歇性的低氧血癥和高碳酸血癥。OSAHS患者常伴有EDS、疲倦、不清醒、夜尿、煩躁等。若持續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)和針對可逆因素治療后，患者EDS發(fā)病率仍較高[20]，則考慮覺醒系統(tǒng)的不可逆損傷。既往報道[21]提出，Orexin在OSAHS的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，并且是大腦中對CO2/H+最敏感的神經(jīng)元。Dergacheva等[22]研究了低氧血癥和高碳酸血癥的大鼠下丘腦Orexin變化發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元的放電活性受到了抑制，特別是在OSAHS最嚴重的REM睡眠期，Orexin-A水平下降。而呼吸暫停低通氣指數(shù)(AHI)和Epworth嗜睡量表(ESS)只是從電生理、主觀方面評估了OSAHS患者病情的嚴重程度，但Orexin的相關(guān)研究從分子生物學的角度研究這類疾病的嚴重性以及對CNS損害的程度。

3 Orexin的應用

3.1 Orexin對1型發(fā)作性睡病的診斷 Nishino等[23]報道1型發(fā)作性睡病患者Orexin-A水平顯著下降。既往動物研究[24]發(fā)現(xiàn)，Orexin2R突變是發(fā)作性睡病的主要病因。但Peyron等[25]發(fā)現(xiàn)，CSF Orexin濃度較低的74例發(fā)作性睡病患者沒有Orexin前體或受體基因的突變。同年Thannickal等[26]對16個死亡人類大腦(其中4例發(fā)作性睡病患者和12名正?；颊?的下丘腦進行Orexin免疫染色發(fā)現(xiàn)，發(fā)作性睡病患者大腦Orexin細胞減少了85%～95%，同時下丘腦原纖維酸性蛋白較對照組顯著升高，證實了發(fā)作性睡病患者Orexin細胞的丟失，提示Orexin神經(jīng)元與自身免疫攻擊或特定環(huán)境/生物毒素引起Orexin神經(jīng)元敏感性的改變有關(guān)。

為了證實1型發(fā)作性睡病患者存在Orexin神經(jīng)元丟失，Orexin神經(jīng)肽的產(chǎn)生減少，Crocker等[27]研究發(fā)現(xiàn)，正常人下丘腦部分Orexin神經(jīng)元產(chǎn)生強啡肽、谷氨酸和NARP蛋白，但發(fā)作性睡病患者的這些基因產(chǎn)物數(shù)量隨著Orexin神經(jīng)元丟失而減少，提示嗜睡癥是由Orexin神經(jīng)元自身損失引起的，但原因尚不明確。Honda等[28]對下丘腦進行基因表達譜分析發(fā)現(xiàn)，Orexin神經(jīng)元中表達了一種胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白3(IGFBP3)。由于該蛋白質(zhì)與Orexin細胞共定位，考慮其為一種自身免疫攻擊Orexin神經(jīng)元的抗原。通過對比262例CSF中Orexin水平正常的存在或不存在嗜睡癥狀者的DNA樣本發(fā)現(xiàn)，IGFBP3多態(tài)性調(diào)節(jié)Orexin，過表達IGFBP3的患者Orexin的mRNA和神經(jīng)肽含量較低，進而覺醒減少，提示IGFBP3可參與調(diào)節(jié)Orexin的水平，但仍有待于進一步研究證實兩者之間的調(diào)控關(guān)系及作用機制。在臨床上，CSF Orexin水平≤110 pg/ml或低于以同一標準檢驗的正常對照者平均值的1/3對1型發(fā)作性睡病有診斷價值[29]。

3.2 Orexin雙受體拮抗劑的臨床應用 Orexin相關(guān)研究為發(fā)作性睡病和失眠等睡眠障礙患者的治療提供了理論支持。Irukayama-Tomobe等[30]對發(fā)作性睡病小鼠模型進行Orexin受體激動劑治療發(fā)現(xiàn)，該治療可逆轉(zhuǎn)癥狀的發(fā)作。Orexin受體拮抗劑用于治療原發(fā)性失眠引起了人們的關(guān)注并取得一定的成果，但目前仍處于臨床試驗階段。

蘇沃雷生是一種已被批準用于治療失眠的Orexin雙受體拮抗劑，可以選擇性的與OX1R和OX2R結(jié)合發(fā)揮作用[18]。在此之前，有SB-334867、SB-408124、SB-674042、SB-649868、阿莫倫特(Almorexant)等亞型選擇性拮抗劑或雙受體拮抗劑的相關(guān)研究[19]顯示，上述藥物在減少進入NREM期的潛伏期縮短、增加睡眠時間等作用尚可，雙受體拮抗劑在促進睡眠方面較亞型選擇性拮抗劑更有效，但可能存在某些不良反應，故未用于臨床。蘇沃雷生可以顯著降低睡眠的潛伏期，但不會導致發(fā)作性睡病樣癥狀，Orexin受體拮抗劑治療失眠的作用位點等生理機制仍需進一步研究。

4 Orexin在嗜睡中的應用前景

嗜睡的病因很多，針對不同的病因治療方案不同，故有必要區(qū)分生理及病理性嗜睡。在糾正了患者的作息、飲食、心理、藥物服用以及共發(fā)疾病治療等因素后，患者嗜睡癥狀仍不見好轉(zhuǎn)，則需考慮Orexin缺乏。Orexin替代治療是治療嗜睡癥最有效的方法，但其不能完全穿透血-腦屏障，因此有幾種替代Orexin在大腦中作用的方法：Orexin基因治療或細胞移植、鼻內(nèi)注射等[30-31]。

4.1Orexin基因治療 近年來不斷有研究[32-33]通過重組相關(guān)病毒載體將Orexin基因轉(zhuǎn)移到嗜睡小鼠下丘腦外側(cè)、紋狀體、黑色素濃集激素、杏仁核及背外側(cè)腦橋等神經(jīng)元，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有轉(zhuǎn)移到下丘腦外側(cè)、杏仁核、背外側(cè)腦橋的神經(jīng)元可以有效改善小鼠的覺醒、運動、REM期的時間、自發(fā)和情緒誘導的猝倒。這表明了基因轉(zhuǎn)移存在位點特異性，一旦確定位點，那么基因治療可應用于臨床。

4.2 Orexin細胞移植 Arias-Carrión等[34]將Orexin神經(jīng)元植入嗜睡大鼠體內(nèi)，移植21 d后的大鼠REM期縮短、睡眠改善、清醒期間的清醒能力增強，證實了Orexin移植物可有效減輕嗜睡。但應用于臨床尚存在以下幾個方面的問題：尚不清楚需要恢復多少神經(jīng)元才能完全消除嗜睡癥狀、移植物在宿主組織存活的時間及存活率、免疫排斥反應、因誘導多能干細胞發(fā)生腫瘤及成本問題。

4.3 鼻內(nèi)注射Orexin 經(jīng)鼻注射是將Orexin穿過血-腦屏障輸送到CNS的無創(chuàng)旁路方法。動物實驗[35]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鼻給Orexin到達CNS的量相比靜脈增加了5～8倍，相關(guān)不良反應更少。經(jīng)鼻給藥研究進展如下：(1)REM數(shù)量減少進而減少覺醒到REM期的過程[36]；(2)患者注意力分散測試中平均反應時間更短、錯誤更少[37]；(3)在鼻給的Orexin制劑中添加1%的苯腎上腺素可使進入CNS的Orexin含量增加1.6～6.8倍[38]；(4)通過抗轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的抗體組成“通道”，可以促進受體介導的胞吞，幫助Orexin穿過血-腦屏障[39]。因此，鼻內(nèi)注射Orexin治療嗜睡患者是一種潛在的治療策略。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了Orexin系統(tǒng)對睡眠-覺醒周期的調(diào)節(jié)、Orexin在嗜睡相關(guān)疾病中的診斷價值以及當前嗜睡癥的治療方法。為進一步研究CSF中Orexin-A水平與嗜睡的關(guān)系，即CSF中Orexin-A水平在嗜睡癥中的特異性和敏感性，仍需要通過更多的臨床樣本、嗜睡評估數(shù)據(jù)及相關(guān)指標、基礎(chǔ)研究來證實。