單/雙脈沖經(jīng)顱磁刺激檢測皮質(zhì)興奮性在癲癇的應(yīng)用及前景

周營營，吳輝婷，黃珊珊，朱遂強(qiáng)

作者單位華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 武漢430030

興奮性和抑制性神經(jīng)元功能失衡引起的皮質(zhì)神經(jīng)元過度興奮和超同步化是癲癇的病理生理基礎(chǔ)[1]。了解不同類型癲癇的皮質(zhì)興奮性特征和疾病不同階段的皮質(zhì)興奮性水平變化，有助于更深入地認(rèn)識癲癇的發(fā)生和發(fā)展，并為臨床抗發(fā)作藥物的使用提供證據(jù)。經(jīng)顱磁刺激（tanscranial magnetic stimulation，TMS）是一種非侵入性的神經(jīng)生理檢測技術(shù)，可通過測量神經(jīng)元細(xì)胞膜興奮性、突觸興奮性和神經(jīng)元及軸突的可塑性，評估運(yùn)動皮質(zhì)興奮性和抑制性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能，反映皮質(zhì)興奮性的水平[2]，也為癲癇疾病的機(jī)制研究提供新的思路和方向。TMS 最早由Baker 等于1985 年提出，分為單脈沖TMS、雙脈沖TMS，重復(fù)TMS 和θ波脈沖刺激模式。已有隨機(jī)對照研究證明低頻重復(fù)TMS 對減少局灶性難治性癲癇患者的癲癇發(fā)作頻率和改善腦電圖異常放電方面有一定療效[3,4]。但單/雙脈沖TMS 檢測皮質(zhì)興奮性技術(shù)在臨床未被廣泛認(rèn)識及應(yīng)用。因此，本文對單/雙脈沖TMS 在癲癇患者皮質(zhì)興奮性檢測中的應(yīng)用及前景進(jìn)行綜述。

1 單/雙脈沖TMS 檢測皮質(zhì)興奮性的原理，常用參數(shù)及意義

初級運(yùn)動皮質(zhì)是大腦皮質(zhì)興奮/抑制網(wǎng)絡(luò)重要的一環(huán)，遠(yuǎn)隔部位的致癇灶（如顳葉）可對同側(cè)半球初級運(yùn)動皮質(zhì)的興奮性產(chǎn)生影響[5]。放置于頭皮選定位置的刺激線圈發(fā)放的脈沖刺激作用于初級運(yùn)動皮質(zhì)，經(jīng)突觸傳遞激活錐體神經(jīng)元，產(chǎn)生的運(yùn)動誘發(fā)電位（motor evoked potential，MEP）可以在包括手部小肌肉等多處肌肉被記錄[5]。對于有明確癲癇病灶且位于一側(cè)半球的患者，視研究目的不同，可將線圈放置于癲癇病灶側(cè)半球或病灶對側(cè)半球；對于全面性癲癇或無法定位的局灶性癲癇，則選擇將線圈放置于優(yōu)勢半球側(cè)。

單脈沖TMS 主要用于測量MEP 波幅、靜息運(yùn)動閾值（resting motor threshold，rMT）和皮質(zhì)靜默期（cortical silence period，CSP）。MEP 波幅可以直觀的反映皮質(zhì)興奮性水平。與MEP 相關(guān)的參數(shù)包括rMT 及皮質(zhì)運(yùn)動誘發(fā)電位（cortical motor evoked potential，cMEP）。能引起10 個MEP 中至少5 個MEP 的波幅≥100 μv 的最小刺激強(qiáng)度為rMT（圖1A），rMT用機(jī)器最大輸出強(qiáng)度的百分比來表示，每位受試者均可測量出其專有的rMT。至少10 次120% rMT 刺激下得到的平均MEP 波幅稱為cMEP。MEP的產(chǎn)生主要依賴于初級運(yùn)動皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞膜上電壓門控鈉通道的傳導(dǎo)性，因此rMT可反映大腦皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞膜的興奮性，rMT值降低意味著皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞膜興奮性升高。讓受試者保持目標(biāo)肌肉（即拇短展?。┑闹鲃虞p微收縮，予以一個閾上刺激，經(jīng)過一段靜默期后肌肉恢復(fù)自主收縮，從MEP 的結(jié)束至恢復(fù)主動收縮這段時間稱為CSP（圖1B）。CSP的長短反映皮質(zhì)內(nèi)抑制性中間神經(jīng)元伽馬氨基丁酸B（gamma-aminobutyric acid B，GABAB）受體的活性；CSP 延長意味著GABAB 受體活性增強(qiáng)，即皮質(zhì)內(nèi)抑制性中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能增強(qiáng)。

雙脈沖TMS是指機(jī)器發(fā)放單個脈沖刺激后經(jīng)過一定的時間間隔，再發(fā)放下一個單脈沖刺激。前后兩個單脈沖的時間間隔稱為刺激間隔（inter-stimulus interval，ISI），短ISI 一般指1～5 ms，長ISI一般指10～30 ms和50～300 ms，本文列舉了最常用的幾種ISI。兩對成對脈沖的刺激時間間隔一般是10～15 s。常用的參數(shù)包括短間隔皮質(zhì)內(nèi)抑制（short-interval cortical inhibition，SICI）、皮質(zhì)內(nèi)易化（intracortical facilitation，ICF）和長間隔皮質(zhì)內(nèi)抑制（long-interval cortical inhibition，LICI）。先予以一個閾下刺激，2 ms 或5 ms 后再予以一個閾上刺激，此時MEP 波幅與cMEP 的比值代表SICI（圖1C-D），比值越接近0 表示皮質(zhì)內(nèi)伽馬氨基丁酸A（gamma-aminobutyric acid A，GABAA）受體介導(dǎo)的抑制性中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能越強(qiáng)，＞1表示抑制性網(wǎng)絡(luò)功能受損。先予以一個閾下刺激，10 ms或15 ms后再予以一個閾上刺激，此時的MEP波幅與cMEP的比值代表ICF（圖1E-F），表示皮質(zhì)內(nèi)α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4 isoxazolpropionic acid，AMPA）受體介導(dǎo)的興奮性中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能，該值越大反映皮質(zhì)內(nèi)易化網(wǎng)絡(luò)功能越強(qiáng)，比值越接近0表示皮質(zhì)內(nèi)易化網(wǎng)絡(luò)功能越弱。先予以一個閾上刺激，150 ms、200 ms、250 ms或300 ms后再予以一個閾上刺激，第二個閾上刺激MEP波幅與第一個閾上刺激MEP波幅的比值代表LICI（圖1G-J），比值越接近0表示皮質(zhì)內(nèi)GABAB受體介導(dǎo)的抑制性中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能越強(qiáng)，＞1表示抑制性網(wǎng)絡(luò)功能受損。雙脈沖恢復(fù)曲線是不同刺激間隔下對應(yīng)的MEP 比值所連成的曲線，同樣反映皮質(zhì)內(nèi)興奮/抑制網(wǎng)絡(luò)功能。

圖1 運(yùn)動誘發(fā)電位

2 單/雙脈沖TMS檢測的皮質(zhì)興奮性與基因突變相關(guān)癲癇

在明確有癲癇相關(guān)基因突變的患者中，目前單/雙脈沖TMS研究一致認(rèn)為致癇基因可導(dǎo)致SICI 減弱和CSP 縮短[6]，表明遺傳背景影響下的癲癇患者存在大腦皮質(zhì)內(nèi)GABAA和GABAB受體介導(dǎo)的抑制性網(wǎng)絡(luò)功能減弱。例如，鈉離子通道SCN1A基因編碼電壓門控鈉通道的α亞基，在超過80%Dravet 綜合征患者中可以發(fā)現(xiàn)SCN1A基因突變，一項(xiàng)針對6名Dravet綜合征患者進(jìn)行的TMS檢測發(fā)現(xiàn)其SICI與健康對照和無SCN1A基因突變的癲癇患者相比均明顯減弱，提示基因突變患者GABAA受體介導(dǎo)的皮質(zhì)內(nèi)抑制功能嚴(yán)重受損[7]。GABAA受體γ2亞基R43Q基因突變可能與特發(fā)性全面性癲癇有關(guān)，在14個有R43Q基因突變的患者中同樣發(fā)現(xiàn)SICI減弱，另有ICF增強(qiáng)，表明基因突變患者皮質(zhì)內(nèi)GABAA受體介導(dǎo)的抑制性網(wǎng)絡(luò)功能減弱和AMPA受體介導(dǎo)的興奮性網(wǎng)絡(luò)功能增強(qiáng)[8]。有學(xué)者對Unverrich-Lundborg ?。ㄒ环N常染色體隱形遺傳的進(jìn)行性肌陣攣性癲癇）進(jìn)行TMS 研究，發(fā)現(xiàn)SICI減弱，認(rèn)為這可能與疾病的高致癇傾向有關(guān)[9]。家族性皮質(zhì)肌陣攣性震顫伴癲癇（familial cortical myoclonic tremor with epilepsy, FCMTE）是一種常染色體顯性遺傳疾病，一個意大利FCMTE 家系中4 名成員的皮質(zhì)興奮性檢測同樣發(fā)現(xiàn)SICI減弱，CSP縮短[10]。另一荷蘭FCMTE家系6名成員的研究也得到一致性結(jié)論[11]。

除了上述較為一致的研究結(jié)果，尚有部分研究存在異議，在對17 名Rett 綜合征患者進(jìn)行單脈沖TMS 檢測時，發(fā)現(xiàn)患者CSP 縮短，同時rMT 顯著升高[12]，皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞膜興奮性降低。但是CSP 縮短與是否存在甲基-CpG 結(jié)合蛋白2 基因突變（methyl-CpG-binding protein 2 gene，MECP2）無關(guān)[12]。在24 例有胱抑素B（cystatin B，CSTB）擴(kuò)增突變的Unverrich-Lundborg病患者中發(fā)現(xiàn)CSP延長，即GABAB受體介導(dǎo)的抑制性網(wǎng)絡(luò)功能增強(qiáng)，同時伴有rMT顯著升高[13]，且基因擴(kuò)增的長度和rMT值相關(guān)[14]。但在兒童交替性偏癱患者中發(fā)現(xiàn)rMT 明顯降低[15]。另外，某些有瞬時受體電位香草酸亞型1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）基因突變的個體ICF 增強(qiáng)，皮質(zhì)內(nèi)AMPA受體介導(dǎo)的興奮性網(wǎng)絡(luò)功能增強(qiáng)，但未見皮質(zhì)內(nèi)抑制網(wǎng)絡(luò)功能異常[16]。以上研究結(jié)果的不一致可能與疾病間不同的遺傳背景和抗發(fā)作藥物的使用有關(guān)。

綜上所述，在遺傳因素作用下的癲癇患者普遍存在皮質(zhì)內(nèi)抑制網(wǎng)絡(luò)功能減弱和神經(jīng)元細(xì)胞膜興奮性降低，相關(guān)基因突變可能改變大腦皮質(zhì)的興奮性水平，參與癲癇發(fā)生和發(fā)展。單/雙脈沖TMS通過對皮質(zhì)興奮性檢測，有助于揭示遺傳性癲癇患者大腦皮質(zhì)神經(jīng)元興奮/抑制網(wǎng)絡(luò)功能的特點(diǎn)。

3 單/雙脈沖TMS檢測的皮質(zhì)興奮性與癲癇分類

根據(jù)國際抗癲癇聯(lián)盟（International League Against Epilepsy，ILAE）2017年的最新分類，癲癇發(fā)作類型分為局灶性起源、全面性起源、未知起源和不能分類4 大類。初始治療有效和癲癇的預(yù)后密切相關(guān)[17]，不同類型的癲癇對同種抗發(fā)作藥物有時甚至表現(xiàn)出截然不同的療效。因此，精準(zhǔn)的分類是癲癇患者管理的重要環(huán)節(jié)之一。目前鑒別全面性和局灶性癲癇主要依據(jù)患者及目擊者對發(fā)作表現(xiàn)的描述，視頻腦電圖和影像學(xué)檢查也可提供部分診斷信息，對于常規(guī)檢查未能檢出陽性結(jié)果的患者，高分辨率3.0T 磁共振、正電子發(fā)射斷層成像術(shù)（positron emission tomography，PET）和基因檢測可能有助于診斷，其中PET 對癲癇病灶定位的敏感性優(yōu)于其他[18]。

有研究表明，TMS也具有鑒別全面性和局灶性癲癇的潛在能力。有學(xué)者提出，新發(fā)未用藥的局灶性癲癇患者的皮質(zhì)興奮性存在半球間差異，即病灶側(cè)半球與健側(cè)相比呈現(xiàn)過度興奮的狀態(tài)[19]，而已使用抗發(fā)作藥物的慢性局灶性癲癇患者中則未發(fā)現(xiàn)半球間皮質(zhì)興奮性差異[20]。近年來報道，局灶性癲癇的病灶側(cè)CSP較對側(cè)和健康人相比均明顯延長，SICI較健康人相比有減弱，兩側(cè)大腦半球有不對稱性的皮質(zhì)內(nèi)抑制和興奮系統(tǒng)失衡[21]，進(jìn)一步闡明了局灶性癲癇更復(fù)雜的皮質(zhì)電生理特征。部分研究提示局灶性癲癇患者的雙側(cè)大腦半球rMT 與健康對照均有顯著差異，因此rMT對于區(qū)分癲癇分類的應(yīng)用價值有限[22]。

對新發(fā)未用藥的全面性癲癇患者皮質(zhì)興奮性研究發(fā)現(xiàn)患者的雙側(cè)大腦皮質(zhì)均存在皮質(zhì)內(nèi)抑制網(wǎng)絡(luò)功能受損，表現(xiàn)出皮質(zhì)高興奮性[19]，后來的研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)[23]。此外，Silbert 等[24]的研究同樣提示未用藥的特發(fā)性全面性癲癇SICI減弱和ICF增強(qiáng)，總體表現(xiàn)為高興奮性。肌陣攣癲癇[25]，尤其是青少年肌陣攣癲癇[26]也存在SICI減弱。綜上，筆者推測新發(fā)未用藥的局灶性癲癇和全面性癲癇的皮質(zhì)電生理可能為不同模式，雖然均表現(xiàn)為過度興奮，但局灶性癲癇為偏側(cè)過度興奮效應(yīng)，僅局限于致癇灶側(cè)半球，而全面性癲癇為雙側(cè)大腦半球過度興奮，因此，可以通過單/雙脈沖TMS檢測將兩者區(qū)分開。未來需要大樣本量研究進(jìn)一步驗(yàn)證其靈敏性和特異性。

4 單/雙脈沖TMS檢測的皮質(zhì)興奮性與抗發(fā)作藥物療效

TMS作為一種神經(jīng)生理檢測技術(shù)，可為癲癇的藥物治療提供指導(dǎo)，且能夠早期預(yù)測難治性癲癇。目前大部分抗發(fā)作藥物都是通過作用于離子通道進(jìn)而降低皮質(zhì)興奮性來發(fā)揮抗驚厥和防止癲癇活動擴(kuò)散。苯妥英鈉[27]、卡馬西平[28]、奧卡西平[29]、拉考沙胺[28]、左乙拉西坦[30]等藥物均可提高癲癇患者和正常人的rMT，使皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞膜興奮性降低；拉莫三嗪可使癲癇患者的rMT升高且呈劑量依賴性[31]；托吡酯可使SICI增強(qiáng)[32]，提高皮質(zhì)內(nèi)抑制網(wǎng)絡(luò)的功能；丙戊酸具有多種抗驚厥機(jī)制，短期使用和長期使用對皮質(zhì)興奮性有不同的影響[33]。對于第四代抗發(fā)作藥物例如比侖帕奈等是否影響癲癇患者皮質(zhì)興奮性水平尚無研究。除了對癲癇發(fā)作的觀察及對腦電圖監(jiān)測，對抗發(fā)作藥物的有效性的評價可通過單/雙脈沖TMS檢測用藥前后皮質(zhì)興奮性的變化進(jìn)行客觀評估，更深入地認(rèn)識癲癇患者對抗發(fā)作藥物的反應(yīng)及疾病的轉(zhuǎn)歸。

治療前多次發(fā)作[17]、初始藥物療效欠佳[17]、復(fù)雜部分性發(fā)作[34]、大腦結(jié)構(gòu)異常[35]等因素均與耐藥性癲癇相關(guān)。目前關(guān)于耐藥性癲癇預(yù)測因素的研究主要聚焦于發(fā)作形式、病因和療效等方面，而單/雙脈沖TMS 作為一種更客觀的評估皮質(zhì)興奮性水平和藥物療效的工具成為近年來耐藥性癲癇早期預(yù)測研究熱點(diǎn)之一。一項(xiàng)為期3 年的前瞻性研究提出，發(fā)病初期未用藥時的皮質(zhì)興奮性水平并不能預(yù)測將來是否發(fā)展為耐藥性癲癇[36]。但是，該研究結(jié)果還表明癲癇個體的皮質(zhì)興奮性是動態(tài)變化的，不論全面性癲癇或是局灶性癲癇，僅使用一種抗發(fā)作藥物即可達(dá)到癲癇無發(fā)作的患者在用藥后8～12周的皮質(zhì)興奮性較用藥前明顯降低，雙脈沖恢復(fù)曲線接近健康對照；使用2種抗發(fā)作藥物達(dá)到癲癇無發(fā)作的患者在加用第2種藥物后其皮質(zhì)興奮性較用藥前和僅使用第1種藥物時有所降低，LICI增強(qiáng)，上述變化在用藥30～36月后仍然存在；而耐藥性癲癇在加用第2種藥物后其皮質(zhì)興奮性仍未發(fā)現(xiàn)有降低的趨勢，LICI反而減弱。以上研究提示皮質(zhì)興奮性水平或可評價患者對抗發(fā)作藥物的反應(yīng)。另外一項(xiàng)多中心研究[37]稱LICI不宜作為耐藥性癲癇的標(biāo)志物，因耐藥性全面性癲癇、耐藥性局灶性癲癇和健康人三組之間在任一刺激間隔的LICI均無顯著差異，雖然該結(jié)論亦可能由于不同中心TMS 刺激方案的差異所致。以上不一致的研究結(jié)論需要擴(kuò)大的樣本研究。癲癇患者個體內(nèi)不同病程階段的致癇過程是動態(tài)變化的，受慢性長期癲癇發(fā)作帶來的為阻止由發(fā)作間期向發(fā)作期轉(zhuǎn)變的代償機(jī)制和抗發(fā)作藥物的影響[38]，因此對于癲癇患者個體，早期未能對抗發(fā)作藥物顯示皮質(zhì)興奮性改善仍可能是預(yù)測耐藥的有價值的早期預(yù)測指標(biāo)[38]。動態(tài)觀察癲癇患者皮質(zhì)興奮性的變化，尤其是在加藥前后的8～12周內(nèi)，有助于臨床醫(yī)生盡早識別出可能發(fā)展成為耐藥性癲癇的患者。值得關(guān)注的是目前尚未見TMS 檢測皮質(zhì)興奮性對停藥后癲癇復(fù)發(fā)有無預(yù)測價值的研究。

5 展望及前景

綜上所述，應(yīng)用TMS檢測皮質(zhì)興奮性水平在癲癇領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。不僅在基因突變相關(guān)癲癇的研究中獲得一致性結(jié)論，還有助于指導(dǎo)臨床癲癇的分類和客觀評估抗發(fā)作藥物的療效。雖然目前已有大量的相關(guān)研究，但以上大部分均為小樣本量橫斷面研究，且不同研究之間的TMS 刺激方案異質(zhì)性較大，目前尚沒有公認(rèn)的刺激參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。雖然TMS的安全性已得到廣泛的認(rèn)同，但是仍缺乏健康人群大樣本量的數(shù)據(jù)。皮質(zhì)興奮性檢測可受多種因素的影響，如抗發(fā)作藥物、睡眠剝奪、性別、生理周期、抗抑郁藥物和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。因此，在未來的研究中，應(yīng)盡量除外混雜因素的影響，擴(kuò)大樣本量，使用嚴(yán)格統(tǒng)一的刺激方案，提高各研究的可比性，探索單/雙脈沖TMS在特定刺激間隔下鑒別不同類型癲癇的可能性，尋找兼具敏感性和特異性的指標(biāo)，設(shè)計(jì)前瞻性隊(duì)列動態(tài)觀察不同病程階段的單/雙脈沖TMS參數(shù)變化與疾病轉(zhuǎn)歸的關(guān)系。