癲癇發(fā)病機制研究進展

王榮杰，張雙

(1.華北理工大學研究生學院，河北 唐山 063000；2.唐山市婦幼保健院小兒神經(jīng)內(nèi)科，河北 唐山 063000)

0 引言

癲癇是一種常見的嚴重神經(jīng)系統(tǒng)疾病。目前，全球約有7000萬癲癇患者，我國癲癇患兒數(shù)量眾多，患病率為6‰[1]。癲癇發(fā)作對患者的認知和行為能力以及學習和記憶能力造成嚴重的影響[2-3]。對于癲癇的發(fā)病機制，目前普遍接受的學說是大腦異常放電導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性與抑制性失衡所致，這種不平衡主要與免疫及炎癥因子、離子通道、神經(jīng)膠質(zhì)細胞、突觸傳遞等緊密相關。近年來，隨著對癲癇發(fā)病機制的不斷深入，多項研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)退行性蛋白，如α突觸核蛋白(α-Synuclein α-Syn)、β淀粉樣蛋白(Aβ)、Tau蛋白與癲癇有著密切聯(lián)系。以下將對癲癇發(fā)病機制方面進行詳細介紹。

1 免疫及炎癥因子

越來越多的證據(jù)證實了免疫及神經(jīng)炎癥在癲癇等許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制中起主要作用[4-5]。先天免疫系統(tǒng)的改變可累及周圍神經(jīng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，被認為是神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要病因之一。因此，調(diào)節(jié)先天免疫系統(tǒng)因子和細胞，如單核細胞，粒細胞和樹突細胞(DC)可以改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病[6]。補體系統(tǒng)是先天免疫的一個組成部分，補體激活共有三種途徑，即經(jīng)典途徑、旁路途徑和凝集素途徑[7]。補體激活，促進炎癥的發(fā)生，可導致神經(jīng)和神經(jīng)精神疾病，其中包括癲癇[7]。國外實驗證實，在癲癇患者和動物模型中觀察到細胞因子和免疫細胞功能產(chǎn)生改變[8-9]。此外，有人提出，炎癥反應導致的血腦屏障(BBB)通透性增加，與各種癲癇綜合征之間存在聯(lián)系。炎癥介質(zhì)通過位于不同腦細胞上的相應受體激活各種信號通路[10]。在病理條件下，這種相互作用可能導致神經(jīng)元損傷，其臨床表現(xiàn)取決于受影響的大腦區(qū)域[11]。

盡管癲癇發(fā)生的確切機制尚不清楚，但據(jù)推測，神經(jīng)炎癥，無論是由于腦損傷還是全身炎癥，都會改變大腦內(nèi)的信息傳遞途徑，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的所有細胞（如神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞）造成影響。不平衡的介質(zhì)和炎癥分子的增加引起神經(jīng)元過度興奮，進一步導致癲癇的發(fā)生[12]。

1.1 促炎細胞因子(PIC)

PIC是最重要的炎癥介質(zhì)之一，與大腦炎癥反應密切相關。有證據(jù)表明[13]，癲癇發(fā)作與PIC 水平升高有關，尤其是白細胞介素-1β(IL-1β)、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，表明神經(jīng)炎癥和 PIC對癲癇發(fā)生的影響。Vries等研究發(fā)現(xiàn)，在癲癇發(fā)作之前和之后神經(jīng)膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元中的PIC的濃度及其受體的表達均升高[14]。此外，相關研究表明進一步證實，PIC與其他致癇介質(zhì)(如谷氨酸鹽)有關，而谷氨酸可導致大腦過度興奮，增加癲癇發(fā)生的風險。因此，確定PIC在癲癇發(fā)生中的作用可能有助于進一步解開癲癇的病理生理學之門。

1.2 先天免疫的Toll樣受體(TLR)

TLR在神經(jīng)炎癥中也至關重要[5]。越來越多的證據(jù)表明，TLR4的活化可能誘發(fā)癲癇發(fā)作。高遷移率族蛋白1(HMGB1)是一種DNA結合蛋白，通過TLR4和晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)調(diào)節(jié)細胞增殖、遷移和分化。TLR4是HMGB1的主要受體，HMGB1激活TLR4再通過Ca2+誘導癲癇發(fā)作。HMGB1還可以觸發(fā)BBB的中斷。在生理狀態(tài)下，HMGB1在大腦中處于低水平狀態(tài)，但在病理和炎癥條件下，它可以作為損傷相關分子模式(DAMP)從受損細胞中分泌[15]。研究表明，HMGB1可能在炎癥、缺氧或癲癇發(fā)作的刺激下從神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞分泌。Lauren等研究發(fā)現(xiàn)，在難治性癲癇患者血中HMGB1表達水平明顯高于藥物敏感、控制良好的癲癇患者和健康對照組[15]，這進一步證實了HMGB1與難治性癲癇的相關性。另一方面，Hosseinzadeh及其同事指出，用TLR4和TLR2配體預處理顳葉癲癇(TLE)大鼠模型可降低癲癇發(fā)作的嚴重程度[16]。此外，其他TLR，如TLR3和TLR7，也參與癲癇發(fā)作[17,18]。

2 離子通道

神經(jīng)元通過快速的電活動進行交流，使神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)感覺、行為和情緒。神經(jīng)元內(nèi)的離子通道是這些神經(jīng)元電活動的主要信息載體。它們形成傳導孔，允許選定的離子(Na+， K+，Ca2+， Cl-等)通過細胞膜并產(chǎn)生電信號，建立靜膜電位，塑造動作電位的各個階段[19]。遺傳突變、病理改變或藥物副作用引起的離子通道功能障礙可改變跨膜離子通量并引起神經(jīng)功能障礙。已經(jīng)確定了與癲癇相關的各種離子通道，包括電壓門控離子通道，配體門控離子通道和其他離子通道。

2.1 電壓門控鈉離子通道(VGSC)

VGSC是一種對鈉離子具有選擇性及通透性的跨膜離子通道。通常是由α亞基和兩個輔助β亞基組成。其中α亞基對通道的調(diào)節(jié)起重要作用。目前已發(fā)現(xiàn)10個VGSCs，分別命名為Nav1.1~ Nav1.9和Nav X[20]。其中的Nav1.1、Nav1.3和Nav1.6可能與動作電位的產(chǎn)生密切相關，而Nav1.2可能在動作電位的傳導中發(fā)揮重要作用[20]。電壓門控鈉通道具有細胞膜去極化、動作電位的產(chǎn)生和傳播、控制鈉離子跨膜運動等功能，其異常會導致多種疾病。Nav1.1的異?？蓞⑴c遺傳性癲癇伴熱性驚厥附加癥(GEFS+)及Dravet綜合征[21,22]。Nav1.2的異常與癲癇(主要是嬰兒癲癇性腦病和良性家族性嬰兒驚厥)或智力障礙有關[23]。Nav1.6異常與認知障礙、癲癇性腦病和共濟失調(diào)相關[24]。

2.2 配體門控性鈣離子通道

是由乙酰膽堿、甘氨酸和谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)激活的鈣離子通道，有開放、關閉和失活3種狀態(tài)。例如甘氨酸是體內(nèi)一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，可以作用于N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體，突觸間隙的甘氨酸濃度受到甘氨酸轉(zhuǎn)運體的調(diào)節(jié)，尤其是甘氨酸轉(zhuǎn)運體-1(Gly T1)，因此，抑制GlyT1對突觸間隙的甘氨酸的攝取以增強NMDA 受體的神經(jīng)遞質(zhì)的作用，是開發(fā)新型抗癲癇藥物的有效方法。

3 神經(jīng)膠質(zhì)細胞

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中有兩類細胞:神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞[25]。神經(jīng)膠質(zhì)細胞不產(chǎn)生動作電位，被認為是神經(jīng)元的支持細胞。研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)細胞在細胞多樣性和功能方面優(yōu)于神經(jīng)元[26]。神經(jīng)膠質(zhì)細胞，包括星形膠質(zhì)細胞，少突膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞，通過修飾離子通道，間隙連接，受體和轉(zhuǎn)運蛋白來傳遞神經(jīng)活性分子并調(diào)整突觸傳遞[27]。在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能和完整性方面發(fā)揮著重要的作用。

3.1 星形膠質(zhì)細胞

在哺乳動物CNS中，星形膠質(zhì)細胞約占30%。它們對維持大腦和脊髓的生理機能至關重要，星形膠質(zhì)細胞已被證明可以啟動、調(diào)節(jié)和參與不同CNS疾病(包括癲癇)的免疫介導機制[28,29]。它們也是炎癥分子的靶標，這些分子可能進一步促進星形膠質(zhì)細胞的增生，并通過激活特定受體和相關信號通路進一步增強促癲癇炎癥信號的傳導[30]。同時，星形膠質(zhì)細胞作為攝取和清除突觸間隙谷氨酸的主要群體，對于谷氨酸代謝和穩(wěn)態(tài)至關重要。谷氨酸屬于興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。由神經(jīng)元釋放到突觸間隙的谷氨酸可激活星形膠質(zhì)細胞表面代謝型谷氨酸受體3(mGluR3)和代謝型谷氨酸受體5(mGluR5)，進而激活Ca2+依賴性離子通道，誘導星形膠質(zhì)細胞以胞吐的形式釋放谷氨酸。星形膠質(zhì)細胞的Ca2+依賴機制釋放谷氨酸的過程會對鄰近神經(jīng)元產(chǎn)生興奮性作用，這種星形膠質(zhì)細胞-突觸-神經(jīng)元興奮性通路的改變，可提高神經(jīng)元的興奮性，進而導致癲癇發(fā)作。此外，星形膠質(zhì)細胞表達的谷氨酰胺合成酶(mGS)是調(diào)節(jié)大腦興奮性和抑制性傳遞的關鍵角色。GS下調(diào)可導致谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)障礙，谷氨酸不能有效轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，故合成γ-氨基丁酸(GABA)的原料減少，削弱了GABA對突觸傳遞的抑制作用，進一步導致癲癇的發(fā)生及發(fā)展[31]。

3.2 小膠質(zhì)細胞

小膠質(zhì)細胞在大腦中廣泛分布，是主要的先天免疫細胞，是病理損傷的第一反應細胞[32]。小膠質(zhì)細胞在小鼠大腦中所占的比例隨位置不同而不同，占細胞總數(shù)的5%-12%，其形態(tài)多樣。可溶性觸發(fā)受體表達于髓樣細胞觸發(fā)受體2 (soluble triggering receptor on myeloid cells 2，sTREM2)，是小膠質(zhì)細胞表面表達的TREM2的裂解產(chǎn)物[33,34]，是小膠質(zhì)細胞激活的流體生物標志物。近期研究表明，腦脊液(CSF)中sTREM2水平與血漿中sTREM2水平相關，提示CSF中sTREM2是小膠質(zhì)細胞激活的潛在生物標志物[27,29]。CNS中的小膠質(zhì)細胞根據(jù)其激活狀態(tài)，可起到促炎或神經(jīng)保護作用。促炎細胞因子在一定程度下增加了癲癇發(fā)生的危險[14]。

4 突觸及突觸相關蛋白

4.1 突觸

突觸在信息交換中起著核心作用，是神經(jīng)系統(tǒng)的基本信號傳遞單位[35]。研究發(fā)現(xiàn)，癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病可能是由于突觸改變引起[36]。

4.2 突觸相關蛋白

神經(jīng)遞質(zhì)的釋放需要突觸囊泡的參與，當達到動作電位時，它們立即與突觸前膜融合[37]。突觸囊泡進行重復循環(huán)，這一過需要若干蛋白質(zhì)的參與[38]。突觸相關蛋白90/突觸后密度蛋白95(SAPAPs)，包括SAPAP1、SAPAP2、SAPAP3和SAPAP4，是突觸后密度(PSD)中的一種支架蛋白[39]。突觸后支架蛋白在許多突觸功能中發(fā)揮重要作用。這些蛋白參與突觸的形成和突觸后信號的動態(tài)修飾。突觸后支架蛋白可以調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)受體的活性，并將這些受體與細胞內(nèi)信號分子和細胞骨架連接起來[40]。在4個家族成員中，SAPAP3是唯一一種在紋狀體中高度表達的蛋白質(zhì)，并參與PSD95家族蛋白的相互作用，PSD95家族蛋白在多蛋白單元中作為谷氨酸受體和細胞骨架之間的連接蛋白起作用。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，TLE患者和癲癇小鼠模型中的SAPAP3水平顯著增加，表明SAPAP3可能成為治療癲癇的新靶點[39]。Shank蛋白是與SAPAPs相互作用的突觸細胞骨架相關蛋白，先前的研究確定了Shank3在癲癇中的作用[41]，并表明PSD95/ SAPAP / Shank多蛋白單元可能在組織谷氨酸能突觸的突觸后信號傳導復合物中發(fā)揮重要作用[42]。

5 神經(jīng)退行性蛋白

α- synuclein (α-syn)、淀粉樣蛋白如淀粉樣β(Aβ)和tau蛋白形成淀粉樣原纖維，沉積為不溶性聚集體，與阿爾茨海默病(AD)和帕金森病(PD)等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病和進展密切相關[43-45]。近年來，多項研究發(fā)現(xiàn)，這些蛋白與癲癇也存在著密切關系[46-48]。

5.1 α-突觸核蛋白(α-syn)

α-syn是大腦神經(jīng)元中最豐富的蛋白質(zhì)之一，是一種由140個氨基酸(14 KDa)組成的小蛋白質(zhì)，在神經(jīng)元細胞內(nèi)參與一系列重要的過程[49]。α-syn參與突觸囊泡循環(huán)的幾個步驟，包括販運、對接、融合，以及胞外后的進一步循環(huán)。它控制遠端儲備池突觸囊泡的運輸，并調(diào)節(jié)?？吭谕挥|處的囊泡數(shù)量，以釋放神經(jīng)遞質(zhì)。α-syn具有聚集和翻譯后修飾的潛能，這可能是其致病的原因之一[50]。在細胞外間隙，α-syn可啟動鄰近星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞的激活，增強膠質(zhì)細胞的促炎活性。小膠質(zhì)細胞活化反過來產(chǎn)生促炎細胞因子、一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)，對神經(jīng)元可能造成損害[51]。在一項兒童癲癇的臨床研究中，觀察到血清α-syn的表達水平升高，且與疾病的嚴重程度呈正相關，這提示血清中α-syn水平可能是一種潛在的反應難治性癲癇預后的生物標志物[47]。

5.2 β淀粉樣蛋白(Aβ)

Aβ是由單次跨膜蛋白—淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)經(jīng)β-分泌酶1(beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1)和γ-分泌酶(γ-secretase)依次切割而成，可由全身組織的多種細胞產(chǎn)生，并分泌到細胞外，在血液、腦脊液與腦間質(zhì)液之間循環(huán)[52]，其單體會在體內(nèi)或體外條件下自發(fā)聚集形成寡聚體或多聚體，從而增強其對神經(jīng)元的毒性。Aβ以兩種不同的亞型存在，Aβ40含量更多，而Aβ42更容易聚集，與致病過程進一步相關[53]。Aβ1-42誘導神經(jīng)退行性變的潛在機制包括線粒體破壞、氧化應激、膽堿能神經(jīng)元退行性變等，Aβ1-42沉積增加，最終導致細胞死亡[54]。相關實驗表明，Aβ在4-氨基吡啶(4ap)致雄性Wistar大鼠癲癇模型中有促癇作用。更具體地說，單次注射Aβ可促進4ap誘發(fā)癲癇的表達，并降低4ap誘發(fā)癲癇的潛伏期。它進一步增加了癲癇全面發(fā)作的次數(shù)，同時延長了癲癇發(fā)作恢復的時間。Aβ誘發(fā)的癲癇發(fā)作，與正常海馬功能的破壞有關，這種破壞是通過影響突觸傳遞所致[55]。體內(nèi)研究已經(jīng)證明，將海馬神經(jīng)元暴露于Aβ寡聚體可誘發(fā)癲癇的發(fā)作[56]。Romoli等實驗進一步證實了，Aβ誘導突觸損傷并引發(fā)癲癇，而癲癇發(fā)作進一步增加了Aβ沉積并促進神經(jīng)元丟失[46]。

5.3 Tau蛋白

Tau蛋白是一種由440個氨基酸組成的微管相關蛋白(MAP)，在軸突運輸和軸突生長、維持神經(jīng)元形態(tài)及可塑性方面具有重要的生物學作用，tau蛋白磷酸化后可參與神經(jīng)元突觸重建和海馬苔蘚纖維發(fā)芽[57]。Liu等研究表明，tau蛋白參與癲癇患者軸突損傷[58]，提示病理條件下，tau蛋白表達水平升高，促進苔蘚纖維發(fā)芽和突觸重建，而這些突起對異常神經(jīng)元網(wǎng)絡的穩(wěn)定性有密切聯(lián)系，最終影響癲癇發(fā)生發(fā)展。Geoffrey等進一步證實了，在TLE患者的腦標本中發(fā)現(xiàn)了淀粉樣變和tau相關標記物[59]。

6 展望

綜上所述，上述各種機制引起神經(jīng)元性質(zhì)、突觸傳遞的改變，導致興奮與抑制的不平衡，從而產(chǎn)生神經(jīng)元異常放電，進而導致癲癇的發(fā)生。但是迄今對于癲癇發(fā)病機制的認識仍有很多不足。因此，進一步的明確癲癇發(fā)病機制顯得尤為關鍵。隨著新理論、新技術的不斷發(fā)展，臨床醫(yī)生將有望掌握癲癇完整的發(fā)作機制，從而獲得根治癲癇的療法。