癲癇相關炎癥介質的研究進展

畢翻,姜俊杰,潘恒恒,李衛(wèi),馮占輝

癲癇是多種原因導致的腦部神經元高度同步化異常放電所致的疾病[1]。近年來,中國人口的癲癇發(fā)病率逐年增長,不僅嚴重折磨患者身心健康,影響其生活質量,還給家庭和社會帶來巨大的經濟負擔。此外,癲癇的反復發(fā)作可致神經元產生不可逆性損傷,增加了患者致殘和死亡的風險[2]。目前,臨床上治療癲癇仍以控制癲癇發(fā)作為主,但無法從根源上控制癲癇的發(fā)生和發(fā)展,因此,癲癇的發(fā)病機制一直是學者們關注的焦點。

關于癲癇的發(fā)病機制目前尚不清楚,有研究表明,炎癥介質是癲癇發(fā)生的重要病理學基礎[3]。一方面,致癇性損傷可刺激免疫細胞,刺激炎癥介質釋放,引起血腦屏障功能障礙和神經元異常興奮[4-5]。另一方面,炎癥介質通過與相應受體結合,刺激小膠質細胞活化,放大免疫級聯(lián)反應,進一步破壞血腦屏障的完整性,引起顱內大量炎癥介質浸潤,從而加重癇性損傷,兩者相互作用,相互影響形成癲癇發(fā)作的惡性循環(huán)。本文就研究較多的炎性介質的生物學特性及其在癲癇發(fā)生和發(fā)展中的作用進行綜述。

1 白細胞介素-1(interleukin-1, IL-1)

IL-1是由單核吞噬細胞、星形膠質細胞及樹突狀細胞等所分泌的一個細胞因子。IL-1是一個基因家族,主要包括白細胞介素-1α (interleukin-1α, IL-1α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白細胞介素1受體拮抗劑(interleukin-1 receptor antagonist, IL-1Ra)[6]。三者的受體均為白細胞介素1受體(interleukin-1 receptor, IL-1R)。IL-1β是IL-1的主要分泌方式,因此目前研究主要集中在IL-1β。IL-1β是一種前體肽,被半胱氨酸蛋白酶1 (caspase 1) 裂解形成成熟的IL-1β。成熟的IL-1β是執(zhí)行IL-1β功能的重要形式。

IL-1β廣泛分布于整個大腦中,尤以海馬為甚。海馬是顱內最易發(fā)生癲癇的腦區(qū)。IL-1β在癲癇患者和動物的海馬中表達水平很高,被認為是與癲癇發(fā)作密切相關的炎癥介質[7]。有研究證實IL-1β具有致癇性[8]。張菲菲等[9]在鋰-匹羅卡品誘導的癲癇大鼠的實驗中發(fā)現(xiàn),癲癇大鼠海馬各區(qū)的IL-1β蛋白表達量增加及抗原性增強。此外,癲癇大鼠腦脊液中IL-1β的含量也遠高于正常大鼠[10]。Xiao等[11]的研究發(fā)現(xiàn)IL-1β的在顱內表達水平升高,癲癇癥狀會進一步加重,提示顱內IL-1β的表達水平與癲癇發(fā)作關系密切,進一步揭示了IL-1β是通過過度激活PI3K/Akt/mTOR信號通路來誘導癲癇發(fā)作。此外,高濃度的IL-1β與IL-1R結合后,可改變電壓門控Na+通道通透性,導致神經元過度興奮,從而增強癲癇的易感性[12]。

2 腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)

TNF是最早發(fā)現(xiàn)的能夠使腫瘤細胞發(fā)生出血和壞死的細胞因子。根據(jù)來源和結構不同,TNF分為TNF-α和TNF-β。其中,與癲癇發(fā)作關系密切的是TNF-α。TNF-α是由157個氨基酸殘基組成的同源三聚體蛋白,分子量為17 kD。TNF-α發(fā)揮生物學功能必須依賴細胞表面受體(TNFR1和TNFR2)。TNFR1存在于星型膠質細胞、小膠質細胞及神經元等絕大多數(shù)細胞表面,而TNFR2僅局限于免疫細胞和內皮細胞中。TNF-α/TNFR1的親和力遠高于TNF-α/TNFR2。此外,兩者在富含半胱氨酸的細胞外區(qū)域具有28%的同源性,而在細胞內區(qū)域序列上卻幾乎沒有同源性,提示兩類受體可能通過與不同蛋白質作用,激活特定的細胞信號轉導途徑,發(fā)揮不同的生物學功能[13]。

在生理條件下,顱內TNF-α含量很低,但在炎癥及缺氧等顱內病變情況下其含量增加。Zahedipour等[14]的研究在癲癇大鼠組織中發(fā)現(xiàn)顱內TNF-α含量顯著增加,提示TNF-α參與癲癇的致病過程。聶荔等[15]的研究對持續(xù)性癲癇患兒的血清TNF-α含量進行測定,發(fā)現(xiàn)其血清TNF-α含量顯著高于正常兒童,并且TNF-α含量與腦電圖異常率及腦電圖放電指數(shù)呈正相關。究其原因,可能是大量的TNF-α活化星型膠質細胞和小膠質細胞,抑制谷氨酸脫羥酶合成,從而減少抑制性神經遞質γ-氨基丁酸的生成,相對增加腦內Glu含量,引起神經元過度興奮,從而誘導癲癇發(fā)作[16]。近年來,Marc等[17]在對邊緣葉癲癇大鼠的研究中發(fā)現(xiàn),單純地增加TNF-α在顱內的含量,并不會導致神經元死亡或誘導癲癇發(fā)作,提示其致癇性并不是單純由TNF-α的顱內含量及濃度決定,還取決于其它因素。Rossi等[18]的研究發(fā)現(xiàn),癲癇大鼠海馬區(qū)TNF-α的蛋白含量增加且TNFR1陽性細胞數(shù)量增多。而基因敲除TNFR1則可以抑制癲癇的發(fā)生,提示TNF-α的致癇作用主要是通過TNFR1來實現(xiàn)的,而TNFR2更多的是發(fā)揮抗癇作用[17]。究其原因,可能與TNFR1獨特的生理學特性有關。TNF-α與TNFR1胞外區(qū)結合形成TNF/TNFR1三聚體,并通過募集死亡結構域下游傳導蛋白TRADD及FADD等形成復合體,激活caspase 8/10,從而誘導凋亡信號[18]。而TNF/TNFR2三聚體主要是通過NF-κB信號促進pro-survival基因的轉錄,從而發(fā)揮抗損傷和抗凋亡的作用。

3 一氧化氮(nitric oxide, NO)

NO是機體內一種常見的細胞因子,參與炎癥、突觸可塑性及學習記憶等病理生理活動。一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是NO產生的介質,因此可根據(jù)其酶活性來判斷NO含量。根據(jù)細胞來源,NOS分為3類:神經型(neuronal NOS, nNOS)、內皮型(endothelial NOS, eNOS)及誘導型(induced NOS, iNOS)。nNOS和eNOS屬于Ca2+依賴型,受細胞內Ca2+濃度調節(jié),主要發(fā)揮生理功能;而iNOS屬于非Ca2+依賴型,不受Ca2+濃度調控,是NOS的病理形式[19]。在病理條件下,iNOS一經誘導,可引起NO的長時間大量釋放,從而引起組織損傷。

NO對于癲癇具有雙重調控作用。一方面,NO具有典型的致癇作用。Rahimi等[20]在戊四唑復制的癲癇小鼠模型中發(fā)現(xiàn),癲癇小鼠海馬區(qū)NO表達量顯著增加,且遠高于正常小鼠,表明NO參與癲癇所致腦損傷過程。而經NMDAR拮抗劑MK-801(100 mg/kg)處理后,癲癇小鼠海馬組織NO的表達量下調,不自主抽搐等典型癲癇癥狀得到改善,進一步揭示NO是通過NMDAR-NO-cGMP神經信號通路對癲癇進行調節(jié)。NO生成增多,活化可溶性鳥苷酸環(huán)化酶,從而導致神經元胞內cGMP水平升高。cGMP開放離子通道,使突觸前膜興奮性神經遞質Glu釋放增多。高濃度的Glu與突觸后膜的NMDAR結合,導致NMDAR通道過度激活,引起細胞內Ca2+超載,進而導致神經元異常放電。Ca2+超載可引起一系列連鎖反應,擴大癲癇效應。過量的Ca2+會結合鈣調蛋白CaM,激活NOS,產生大量的NO,進一步加重癲癇癥狀[21]。其次,細胞內Ca2+超載可激活蛋白酶、磷脂酶及核酸內切酶等Ca2+依賴性降解酶,加重氧化應激效應,加速神經元變性甚至死亡。另有研究顯示,NO具有一定的抗癇性,可能與NO狀態(tài)有關[22]。若NO失去其不成對的電子,與NMDAR反應形成二硫鍵,則可下調NMDAR通道活性,抑制Ca2+內流,從而發(fā)揮抗癇作用。

4 環(huán)氧酶(cyclooxygenase, COX)

COX是合成前列腺素(prostaglandin, PG)的必備酶,也是PG合成初始步驟中的關鍵性限速酶。COX主要包括環(huán)氧化酶-1(cyclooxygenase-1, COX-1)、環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)及環(huán)氧化酶-3(cyclooxygenase-3, COX-3)3種亞型。COX-1為結構型,主要存在于血管、胃及腎等組織中,其主要功能是合成正常生理需要的PG,用以維護機體生理需要。COX-3是COX-1的剪切異構體,與COX-1功能相似,主要分布于大腦內。而COX-2屬于誘導型,各種損傷因子激活磷脂酶A2水解磷脂,生成花生四烯酸,后者經COX-2催化生成PG從而引起炎癥反應。

COX-2與癲癇發(fā)病密切相關。朱坤等[23]的研究發(fā)現(xiàn),顳葉癲癇小鼠海馬區(qū)COX-2蛋白過表達和血清PG含量異常增高。注入COX-2非選擇性拮抗劑阿司匹林(60 mg/kg)處理后,小鼠癲癇所致認知損傷得到明顯改善,進一步證實COX-2具有促癇性。目前,關于COX-2的致癇機制尚不明確。大部分研究認為COX-2的致癇效應主要與其主要代謝產物前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2)有關[24]。PGE2有4個受體,分別為EP1受體、EP2受體、EP3受體及EP4受體。與癲癇發(fā)作關系密切的是EP1受體?；蚯贸鼸P1受體,可以上調癲癇發(fā)作閾值。EP1受體與C蛋白的Gq部分偶聯(lián),刺激磷脂酶C和切割磷脂酰肌醇二磷酸生成三磷酸肌醇和二酰甘油,后者與內質網中的三磷酸肌醇受體結合,釋放Ca2+,導致細胞內Ca2+濃度升高,促進病灶異常放電,從而誘導癲癇發(fā)作[25]。

5 干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ)

干擾素(interferon, IFN)分為Ⅰ型IFN和Ⅱ型IFN。Ⅰ型IFN包括干擾素-α(interferon-α, IFN-α)和干擾素-β(interferon-β, IFN-β)。Ⅱ型IFN即IFN-γ,由活化的T細胞和NK細胞分泌,其免疫調節(jié)作用強于抗病毒作用。IFN-γ可誘導趨化因子表達,促進炎癥的發(fā)生,被認為是導致炎癥發(fā)生的重要因素。

IFN-γ是一個最新發(fā)現(xiàn)的致癇因子,目前的相關研究并不多。在癲癇患者的血清標本中,IFN-γ含量顯著增加[26]。因此,推測INF-γ可能參與癲癇發(fā)病過程。關于其致病機制,眾說紛紜。D?hne等[27]的研究認為大量的IFN-γ可引起大腦免疫功能紊亂,促進TNF-α、IL-β及IL-6等炎癥介質的釋放,破壞血腦屏障,大量免疫球蛋白和血清白蛋白滲入腦內,降低膠質細胞對K+的緩沖能力,從而降低神經元興奮閾值,促進癲癇灶的形成。此外,IFN-γ誘導巨噬細胞產生iNOS,誘導NO的合成和過氧化物增加,進一步擴大癲癇效應[28]。

6 結語

綜上所述,炎癥介質參與癲癇發(fā)生的機制十分復雜,顱內炎癥介質含量增加會導致細胞內外興奮性神經遞質及受體、氧化應激水平及離子濃度等發(fā)生變化,進而誘導癲癇的產生。因此,通過調節(jié)顱內炎癥介質變化可能為治療癲癇提供新思路和新方向。然而,目前的研究主要集中于基礎性研究,有待大量臨床實驗及數(shù)據(jù)來支撐實驗結果。