遇濤
首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院功能神經(jīng)外科,北京功能神經(jīng)外科研究所(北京 100053)
多年來(lái),盡管多種抗癲癇藥物不斷研制面世,仍有至少30%的患者不能有效控制癲癇發(fā)作,屬于藥物難治性癲癇[1]。同時(shí),隨著檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步,癲癇外科進(jìn)入了快速發(fā)展階段,很多過(guò)去認(rèn)為難以進(jìn)行手術(shù)治療的患者也得到了有效治療。然而,癲癇手術(shù)仍然被認(rèn)為是充滿挑戰(zhàn)的,目前仍有相當(dāng)比例的患者不適合接受切除性手術(shù)治療,原因包括懷疑致癇灶分布廣泛,手術(shù)定位困難或位于重要的神經(jīng)功能區(qū),出現(xiàn)神經(jīng)功能損傷的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)高等等[2-4]。此外,隨著手術(shù)病例的增多,手術(shù)失敗的患者數(shù)量也在不斷增加,也在不斷積累新的治療需求。因此,盡管治療癲癇的藥物和手術(shù)都在發(fā)展,仍然迫切需要探索新的治療方法[5]。
神經(jīng)調(diào)控治療正是適應(yīng)臨床需求應(yīng)運(yùn)而生的。神經(jīng)調(diào)控治療癲癇最常應(yīng)用的是植入性電刺激術(shù),其他還有非侵襲性調(diào)控,包括經(jīng)顱磁刺激和直流電刺激等。筆者著重關(guān)注植入性刺激對(duì)癲癇的控制作用。迷走神經(jīng)刺激(vague nerve stimulation,VNS)是最早在臨床廣泛應(yīng)用的神經(jīng)調(diào)控治療,迄今全球有超過(guò)100 000 例難治性癲癇患者接受了此種治療[6]。研究顯示40%的患者行VNS 治療術(shù)后一年發(fā)作減少50%,隨著刺激時(shí)間的延長(zhǎng),VNS 的有效性還可能逐漸增加[7-8]。VNS 是一種腦外刺激,優(yōu)勢(shì)在于創(chuàng)傷小,幾乎可以應(yīng)用于各年齡段的局灶性或全面性發(fā)作的癲癇患者。但是,VNS 的缺點(diǎn)也非常明顯,包括療效難以預(yù)測(cè),療效難以進(jìn)一步提升等。而另外一種臨床常用的刺激方式是腦刺激(brain stimulation),在一定程度上可以克服VNS 的不足,也是本文重點(diǎn)探討的植入式外科治療方法。
盡管腦刺激控制癲癇的機(jī)制仍然不很清楚,但腦刺激的效果可能與多方面因素有關(guān),例如病例選擇、癲癇發(fā)作特征、電極位置、刺激參數(shù)設(shè)置及刺激觸發(fā)模式(開(kāi)環(huán)與閉環(huán))等。通過(guò)腦刺激傳遞的電流可以在不同的神經(jīng)生理機(jī)制(分子、細(xì)胞及網(wǎng)絡(luò))水平發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。腦刺激對(duì)癲癇活動(dòng)的影響可以大致分為三類:抑制發(fā)作、終止發(fā)作和修復(fù)疾?。?]。目前正式獲批臨床應(yīng)用的刺激方式為腦深部電刺激(deep brain stimulation,DBS)和反應(yīng)性神經(jīng)刺激(responsive neural stimulation,RNS)[9]。
1.1 腦深部電刺激 DBS 是調(diào)控腦內(nèi)神經(jīng)環(huán)路的有效方式。DBS 在帕金森病治療上取得的巨大成功也證實(shí)了這種調(diào)控方式的有效性[10-11]。DBS 在調(diào)控時(shí)間和空間上的精確性決定了刺激靶點(diǎn)的選擇是DBS 治療的關(guān)鍵因素。以往的研究者對(duì)DBS 治療癲癇的刺激靶點(diǎn)進(jìn)行了多年的研究和探索[12-15],目前臨床常用的刺激靶點(diǎn)主要包括:丘腦前核(anterior nucleus of thalamus,ANT)、丘腦中央中核(centromedian thalamic nucleus,CMT)、丘腦底核(subthalamic nucleus,STN)及海馬-杏仁核。
1.1.1 ANT ANT 是難治性癲癇DBS 治療中應(yīng)用最廣泛的靶點(diǎn)[16]?;A(chǔ)研究顯示,丘腦前部通過(guò)穹窿、乳頭丘腦束與扣帶回皮層、內(nèi)嗅皮層、海馬、眶額皮層、尾狀核等邊緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形成密切的纖維投射聯(lián)系,而這些結(jié)構(gòu)又常常參與局灶性癲癇的形成[17]。因此,ANT 對(duì)癲癇的維持和傳播具有重要的支持作用[18]。
在小樣本臨床報(bào)告不斷提示ANT-DBS 臨床有效性的基礎(chǔ)上,北美17個(gè)癲癇中心共同參與了一項(xiàng)大規(guī)模的ANT-DBS 的多中心、雙盲、隨機(jī)對(duì)照的臨床試驗(yàn)(SANTE)。110例患者接受了雙側(cè)ANT-DBS治療,在3 個(gè)月的盲期結(jié)束時(shí),癲癇發(fā)作中位數(shù)出現(xiàn)了顯著減少(刺激組40.4%,對(duì)照組14.5%)[19]。在長(zhǎng)期隨訪中,癲癇發(fā)作減少的程度隨著時(shí)間的推移持續(xù)改善,5年后癲癇發(fā)作減少的中位數(shù)為69%,有效率為68%[20]。在第7年或退出時(shí)的隨訪中,9%的患者(10/110)報(bào)告了持續(xù)6 個(gè)月或更長(zhǎng)的無(wú)發(fā)作間隔期。
1.1.2 CMT CMT 與上行網(wǎng)狀系統(tǒng)相連,有密集的軸突投射至殼核的背外側(cè)部,也有纖維投射至大腦皮層,主要是運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)前皮質(zhì)[21]。CMT 的解剖連接模式支持其在全面性發(fā)作中起到的作用,對(duì)CMT 的刺激可以通過(guò)這些連接途徑抑制電傳導(dǎo)或產(chǎn)生去同步化作用,從而降低癲癇發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn),或抑制癲癇發(fā)作的傳導(dǎo)擴(kuò)散。
CMT 刺激似乎更適合于控制失神發(fā)作和全面性發(fā)作。VELASCO 等[22-23]和FISHER 等[24]早期的小樣本臨床研究都證實(shí)了對(duì)Lennox-Gastaut 綜合征的療效。另一項(xiàng)對(duì)11 例全面性發(fā)作或額葉癲癇患者進(jìn)行的雙側(cè)CMT-DBS 治療中,也顯示對(duì)全面性癲癇患者進(jìn)行CMT-DBS 似乎是更為有效和安全的[25]。而在KIM 等[26]報(bào)告的一組10 例的研究中,發(fā)作平均減少72%,其中全面性發(fā)作組減少54%,多灶性發(fā)作組減少80%。最近一項(xiàng)包含成人和兒童的臨床研究,報(bào)告了一組CM-DBS 或聯(lián)合ANT-DBS 的病例,結(jié)果顯示這兩種方法都是安全有效的[27]。目前還需要對(duì)CMT 刺激進(jìn)行更大樣本的對(duì)照研究,以確定其療效、機(jī)制和目標(biāo)人群。
1.1.3 STN STN 是皮質(zhì)-皮質(zhì)下網(wǎng)絡(luò)的一部分,整合感覺(jué)運(yùn)動(dòng)活動(dòng),并通過(guò)直接和間接途徑調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)皮層的興奮性。在動(dòng)物研究中,STN 和運(yùn)動(dòng)皮層之間的連接通路已通過(guò)多種方法得到證實(shí)。應(yīng)用STN-DBS 治療帕金森病取得的成功,也進(jìn)一步證實(shí)了STN 與運(yùn)動(dòng)皮層間的密切功能連接。
有一些小樣本病例報(bào)道顯示電刺激STN 治療局灶性運(yùn)動(dòng)性癲癇的作用。BENABID 等[28]率先報(bào)道5 名患者的開(kāi)放性試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示有3 例運(yùn)動(dòng)區(qū)癲癇患者發(fā)作頻率減少了67.1%至80.7%,其中兩名患者運(yùn)動(dòng)功能還得到改善。同樣,LODDENKEPER 等[29]報(bào)告稱,接受STN 刺激的5 例患者中有2 例在16 個(gè)月和10 個(gè)月的隨訪中癲癇發(fā)作頻率分別降低了60%和80%。SHON 等[30]報(bào)道2 例患者接受STN-DBS 治療的結(jié)果,患者癲癇發(fā)作分別緩解86.7%與88.6%。一些病例組的臨床報(bào)告顯示,STN-DBS 可以減少進(jìn)行性肌陣攣(PME)患者的肌陣攣發(fā)作和癲癇發(fā)作頻率[31]。STN-DBS 顯示出對(duì)運(yùn)動(dòng)相關(guān)癲癇的治療潛力,非常值得進(jìn)行更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)研究,以進(jìn)一步驗(yàn)證STN-DBS 的臨床有效性[32]。
1.1.4 海馬-杏仁核 海馬通過(guò)Pepaz 環(huán)路與邊緣系統(tǒng)形成密切聯(lián)系,且海馬與周圍組織是極易引起癲癇發(fā)作的結(jié)構(gòu),也是形成復(fù)雜部分性發(fā)作的基礎(chǔ)[33]。海馬電刺激常用于治療難治性顳葉癲癇患者,如雙側(cè)顳葉起源癲癇,甚至是一側(cè)顳葉切除后的對(duì)側(cè)顳葉起源的癲癇等[34]。海馬電刺激可通過(guò)不同的參數(shù)直接減弱或中止源于顳葉內(nèi)側(cè)的癲癇活動(dòng)[35-36]。
早期海馬電刺激治療多為開(kāi)放性臨床報(bào)道,術(shù)后癲癇無(wú)發(fā)作率在15% ~45%之間[34,37-39]。近期一項(xiàng)較大規(guī)模的前瞻性、隨機(jī)、對(duì)照、雙盲研究評(píng)估了海馬電刺激在16 例顳葉癲癇患者中的應(yīng)用療效[40]。與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組患者的癲癇發(fā)作頻率顯著降低,在6 個(gè)月隨訪期后,實(shí)驗(yàn)組50%的患者癲癇發(fā)作消失,僅1 例患者無(wú)改善。事實(shí)上,在一些RNS 治療的患者中,也以海馬電極為刺激電極,進(jìn)行反饋式的海馬電刺激,顯示出明確的臨床療效。
1.2 反應(yīng)性神經(jīng)刺激 第一款植入式的反應(yīng)性神經(jīng)刺激系統(tǒng)于2013年獲得美國(guó)FDA 批準(zhǔn),用于治療局灶性癲癇發(fā)作的成年患者。與開(kāi)環(huán)神經(jīng)刺激的連續(xù)性或按固定間隔刺激不同,RNS 持續(xù)感知和監(jiān)測(cè)癲癇發(fā)作部位的皮層電活動(dòng),并在監(jiān)測(cè)到發(fā)作起始期的異常放電時(shí),觸發(fā)數(shù)次反應(yīng)性電刺激,意圖終止此次癲癇發(fā)作?;颊叩哪X電記錄數(shù)據(jù)定時(shí)從神經(jīng)刺激器傳輸?shù)綄iT的安全數(shù)據(jù)庫(kù),醫(yī)生根據(jù)患者的發(fā)作期腦電圖特征,設(shè)定發(fā)作監(jiān)測(cè)算法,進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋刺激。
多中心雙盲隨機(jī)對(duì)照研究證實(shí)了RNS 系統(tǒng)的安全性和有效性。在3 個(gè)月盲期中,治療組患者致殘性發(fā)作頻率總體減少37.9%,顯著高于對(duì)照組患者的17.3%[41]。后續(xù)進(jìn)行的一項(xiàng)230 例患者長(zhǎng)達(dá)7年的長(zhǎng)期療效研究中,癲癇發(fā)作頻率降低的中位值在1年后為44%,2年后為53%,3 ~6年時(shí)為60%~66%[42-43]。
事實(shí)上,RNS 與DBS 并不矛盾,而是以不同的模式進(jìn)行腦刺激治療。RNS 可以進(jìn)行皮層刺激,也可以進(jìn)行深部刺激。例如,反饋調(diào)控的刺激靶點(diǎn)可以定為海馬-杏仁核,也可以定在ANT 或其他深部核團(tuán)。ELDER 等[44]報(bào)告了將RNS 系統(tǒng)的刺激電極植入多灶性難治性癲癇患者的ANT,進(jìn)行單側(cè)ANT 的反應(yīng)性電刺激,并取得了明確效果。
1.3 慢性閾下皮層刺激的臨床應(yīng)用 慢性閾下皮層刺激(chronic subthreshold cortical stimulation,CSCS)是一種治療局灶性難治性癲癇的新型腦刺激技術(shù)[45]。其主要是通過(guò)直接的皮層刺激,在短期內(nèi)降低神經(jīng)元興奮性,并期待長(zhǎng)期改善神經(jīng)元功能,從而降低癲癇發(fā)作幾率,并保留甚至增強(qiáng)皮層現(xiàn)有的功能[46-47]。
KEREZOUDIS 等[47]對(duì)10 例致癇灶位于功能區(qū)的癲癇患者進(jìn)行CSCS 治療(中位隨訪時(shí)間7.7 個(gè)月),所有患者癲癇發(fā)作頻率和發(fā)作嚴(yán)重程度均有所改善。LUNDSTROM 等[45]對(duì)13例接受CSCS 治療的患者進(jìn)行回顧性分析,在經(jīng)過(guò)3.3 個(gè)月~6.2年(平均1.6年)的隨訪顯示,癲癇發(fā)作頻率減少的中位值為85%,有效率>90%,且無(wú)明顯并發(fā)癥。一項(xiàng)對(duì)21 例患者進(jìn)行回顧性分析的研究顯示,在隨訪27 個(gè)月后,緩解率達(dá)89%,約40%的患者在12 個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)致殘性癲癇發(fā)作[48]。其他小樣本病例報(bào)告的療效也大致相同,但仍需要進(jìn)行更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)以驗(yàn)證其臨床有效性[49-51]。
2.1 DBS 控制癲癇的機(jī)制研究進(jìn)展 DBS 可以在特定的大腦環(huán)路中引入特征性的電化學(xué)變化,有針對(duì)性地調(diào)控人腦的部分神經(jīng)環(huán)路。與藥物相比,DBS 的優(yōu)勢(shì)在于極高的時(shí)間和空間調(diào)控精度。但同時(shí),從另一個(gè)角度來(lái)看,高精準(zhǔn)度也是DBS 調(diào)控的局限性,需要針對(duì)特定的環(huán)路進(jìn)行調(diào)控。因此,深入揭示DBS 調(diào)控治療的機(jī)制,合理、精準(zhǔn)選擇適合的患者和靶點(diǎn),是進(jìn)一步擴(kuò)展臨床應(yīng)用,提高臨床療效的需要。近年來(lái),DBS 調(diào)控癲癇的機(jī)制研究也取得了一定進(jìn)展。
2.1.1 ANT-DBS 機(jī)制研究 SHERDIL 等[52]進(jìn) 行的獼猴研究中,證實(shí)了在ANT 中存在興奮性和抑制性不同類型的神經(jīng)元,并從神經(jīng)化學(xué)調(diào)節(jié)和超微結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)改變等方面證實(shí)了ANT 是顳葉癲癇環(huán)路中的重要結(jié)構(gòu),直接參與癲癇發(fā)作,同時(shí)也是可以調(diào)控顳葉癲癇發(fā)作的重要結(jié)構(gòu)。而在癲癇患者的臨床研究中,YU 等[53]發(fā)現(xiàn)ANT 的高頻刺激導(dǎo)致海馬的神經(jīng)元活動(dòng)立即減弱并去同步化,這種效應(yīng)在顳葉癲癇患者中最明顯。ANT 高頻刺激使海馬中的棘波和高頻振蕩明顯減少,此外還導(dǎo)致了大尺度的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)程度降低。這些結(jié)果提示高頻電刺激ANT 導(dǎo)致了癲癇網(wǎng)絡(luò)的去同步化,很可能是減少癲癇發(fā)作和擴(kuò)散的重要機(jī)制。
2.1.2 STN-DBS 機(jī)制研究 在以往研究的基礎(chǔ)上,REN 等[54]近期發(fā)表的臨床研究進(jìn)一步驗(yàn)證了STN 電刺激能夠特異性調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)癲癇的理論假設(shè)。研究發(fā)現(xiàn),在運(yùn)動(dòng)皮層起源的發(fā)作期放電可以很快傳播至丘腦底核;而對(duì)STN 進(jìn)行單脈沖刺激,可以在運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)記錄到顯著的皮質(zhì)誘發(fā)電位,提示了STN 與運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)之間特異性的上行傳播,從電生理的角度為經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)-基底節(jié)環(huán)路提供了直接的在體證據(jù);并發(fā)現(xiàn)高頻STN 刺激可以特異性地抑制運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)癲癇放電。
2.2 對(duì)RNS 調(diào)控機(jī)制的再認(rèn)識(shí) RNS 的理論基礎(chǔ)是一種直接抑制機(jī)制的假設(shè),即在癲癇發(fā)作電活動(dòng)起始時(shí)施加電脈沖,可以中斷發(fā)作。在這個(gè)假設(shè)中,電刺激可以降低興奮性神經(jīng)元整體的同步化,從而起到神經(jīng)元去同步化的作用。然而KOKKINOS 等[55]在11 例植入RNS 的癲癇患者中的研究發(fā)現(xiàn),電刺激的直接效應(yīng)與臨床療效沒(méi)有顯著相關(guān)性,而刺激的間接調(diào)節(jié)效應(yīng)與臨床效果密切相關(guān)。作者提出了一種新的解釋:電刺激在功能上相互關(guān)聯(lián)的致癇區(qū)之間建立了細(xì)胞外電場(chǎng)屏障,從而隔離興奮性神經(jīng)元組群;隨著時(shí)間的推移,這些可能引起癲癇發(fā)作的神經(jīng)元組群成為分離或獨(dú)立的中心,導(dǎo)致能量衰減,由神經(jīng)元組群產(chǎn)生的高頻振蕩無(wú)法進(jìn)行高水平的同步化擴(kuò)散,從而促進(jìn)了癲癇衰減效應(yīng),加速癲癇的終止。這使我們不得不重新審視、探索反應(yīng)性刺激對(duì)于癲癇的作用機(jī)制。
3.1 建立個(gè)體化調(diào)控方案 為更好地應(yīng)用腦刺激控制癲癇發(fā)作,需要逐步從固定模式的治療方案向個(gè)體化治療方案過(guò)渡[56]。DBS 調(diào)控治療癲癇的研究重點(diǎn)一方面在于確定不同致癇灶對(duì)應(yīng)的致癇網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),另一方面在于確定不同的深部核團(tuán)刺激所能調(diào)控的腦網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)具體癲癇患者,建立基于癲癇網(wǎng)絡(luò)的個(gè)體化DBS 治療方案,才有可能實(shí)現(xiàn)調(diào)控療效的最大化。
3.2 反應(yīng)性神經(jīng)刺激的完善 RNS 控制癲癇仍有進(jìn)一步提升的空間。RNS 的實(shí)施仍存在時(shí)間和空間上的不確定因素,例如:監(jiān)測(cè)電極的位置是否正好覆蓋發(fā)作起始區(qū),使其在盡早的時(shí)間判斷發(fā)作;而刺激電極能否充分覆蓋致癇灶,在癲癇放電形成較廣泛空間擴(kuò)布之前終止這種擴(kuò)散。因此,目前的發(fā)作監(jiān)測(cè)方法尚難以充分滿足需要,進(jìn)一步發(fā)展癲癇發(fā)作預(yù)測(cè)算法,在盡早的時(shí)間,更小的空間上,將發(fā)作抑制于萌芽階段可能是更優(yōu)的刺激模式。
3.3 探索新的刺激方式 目前應(yīng)用的DBS 和RNS對(duì)于控制癲癇發(fā)作具有各自的優(yōu)勢(shì)和不足。DBS主要進(jìn)行的是發(fā)作間期的刺激,旨在調(diào)控癲癇網(wǎng)絡(luò)的興奮性,使其閾值提高,減少發(fā)作,減弱發(fā)作的擴(kuò)布。而RNS 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是針對(duì)發(fā)作期電活動(dòng),通過(guò)及時(shí)觸發(fā)的電場(chǎng)干擾發(fā)作的擴(kuò)布,促進(jìn)發(fā)作終止。融合二者的優(yōu)勢(shì),根據(jù)患者的致癇灶及涉及的皮層-皮層下網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行立體的神經(jīng)調(diào)控可能是更好的方式(圖1)。隨著對(duì)癲癇發(fā)作和癲癇網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識(shí)的深入,以及調(diào)控設(shè)備的不斷進(jìn)步,今后可以更多地采用不同刺激模式的聯(lián)合調(diào)控,例如:開(kāi)環(huán)刺激與閉環(huán)刺激相結(jié)合,高頻刺激與低頻刺激相結(jié)合,皮層刺激與皮層下核團(tuán)刺激相結(jié)合等等。
圖1 腦刺激治療作用的原理示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of the therapeutic effects of brain stimulation
3.4 自適應(yīng)的閉環(huán)式調(diào)控模式的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)癲癇發(fā)作的電生理特點(diǎn),理想的調(diào)控模式可能是一種基于發(fā)作間期、發(fā)作前期、發(fā)作期不同階段異常放電特征,進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的自適應(yīng)閉環(huán)式調(diào)控模式。在發(fā)作間期,盡可能通過(guò)電刺激降低致癇灶的興奮性,減少爆發(fā)性電活動(dòng)的出現(xiàn),盡可能避免癲癇發(fā)作;在發(fā)作前期,通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的癲癇發(fā)作預(yù)測(cè)系統(tǒng),提前數(shù)秒、數(shù)分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)癲癇發(fā)作的起始,針對(duì)性地進(jìn)行刺激干預(yù),將發(fā)作解除于未發(fā)之時(shí);在癲癇發(fā)作早期,及時(shí)調(diào)整刺激模式,盡可能阻止同步化電活動(dòng)的傳播擴(kuò)布,減輕發(fā)作程度或及時(shí)終止發(fā)作。不同的調(diào)控模式根據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換,從不同維度控制癲癇,最終實(shí)現(xiàn)修復(fù)具有癲癇興奮性的腦網(wǎng)絡(luò)。
總之,目前的癲癇調(diào)控治療目標(biāo)還是盡可能控制發(fā)作,減少癲癇發(fā)作對(duì)患者的傷害。而事實(shí)上,對(duì)于癲癇這種典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)異常性疾病,神經(jīng)調(diào)控治療的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)應(yīng)該是希望能夠通過(guò)修復(fù)異常腦網(wǎng)絡(luò),最終實(shí)現(xiàn)治愈癲癇。