關(guān)于癲癇共病認(rèn)知障礙的生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

張 瑞, 楊 玲綜述, 朱延梅審校

1 前 言

癲癇是慢性反復(fù)發(fā)作性腦功能失調(diào)綜合征,是常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一,流行病學(xué)資料顯示全世界癲癇的患病人數(shù)達(dá)到7 000多萬人[1],每年新發(fā)病例數(shù)為70萬人。而一系列實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)證明認(rèn)知功能障礙為癲癇的共患病之一,如Kumar等發(fā)現(xiàn)在戊四唑(PTZ)誘發(fā)的癲癇大鼠100%表現(xiàn)出認(rèn)知缺陷[2]。而在臨床中癲癇患者認(rèn)知障礙的患病率在30%～40%之間,具體因評估方法和評估人群的不同而不同[3]。認(rèn)知障礙嚴(yán)重影響癲癇患者的生活質(zhì)量,所以對癲癇患者認(rèn)知功能障礙的早期預(yù)測和早期治療就顯得尤為重要。

2 癲癇共病認(rèn)知障礙與炎癥因子的關(guān)系

近幾十年來,越來越多的研究開始著眼于大腦中的炎癥和耐藥性癲癇的相關(guān)性[4],而炎癥與認(rèn)知功能的相關(guān)性也逐漸被我們熟知。D′Avila等發(fā)現(xiàn)活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可分泌一系列炎癥介質(zhì),它們通過與認(rèn)知障礙相關(guān)的氧化應(yīng)激和突觸重塑等機(jī)制促進(jìn)了組織損傷和神經(jīng)毒性[5]。所以,某些炎癥反應(yīng)可能是癲癇和認(rèn)知障礙的重疊機(jī)制。

2.1 晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(the receptor of advanced glycation endproducts,RAGE) 許多證據(jù)表明RAGE的炎癥性反應(yīng)參與癲癇發(fā)作,并且和癲癇患者共病認(rèn)知功能障礙的關(guān)系十分密切。早年Zurolo等在以癲癇為主要表現(xiàn)的皮質(zhì)發(fā)育不良的患者中觀察到了RAGE高表達(dá)[6]。陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)RAGE配體的高表達(dá)與癲癇共患病認(rèn)知障礙有關(guān)。

高遷移率族蛋白Bl(high mobility gmup box Bl,HMGBl)可通過介導(dǎo)RAGE受體導(dǎo)致記憶的損傷[7],Chen 等也通過Morris水迷宮(Morris water maze,MWM)實(shí)驗(yàn)證明,通過抑制小鼠海馬HMGB1的上調(diào),可減輕記憶的損傷[8]。有研究者指出調(diào)節(jié)HMGB1促進(jìn)癲癇發(fā)作和導(dǎo)致認(rèn)知障礙可能來自同一機(jī)制,即HMGB1在海馬中可通過提高含有NR2B亞基的N-甲基-D-天冬氨酸受體(NR2B-NMDA受體)的磷酸化水平增加神經(jīng)元的興奮,而促進(jìn)癲癇發(fā)作,而NR2B-NMDA受體可抑制α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸(AMPA)受體谷氨酸受體1(GluR1)亞基在細(xì)胞表面的表達(dá),從而抑制了突觸可塑性并造成記憶力的下降[9]。

鈣結(jié)合s100β(S100β)的釋放可通過激活RAGE導(dǎo)致癲癇的發(fā)生和認(rèn)知功能障礙[7,10,11],除此之外,Vezzani等還發(fā)現(xiàn)表達(dá)s100 β的星形膠質(zhì)細(xì)胞參與了癲癇發(fā)生過程中肌醇(mIns)的改變,而小鼠海馬中mIns 的水平與Morris水迷宮中所表現(xiàn)的記憶障礙程度呈正相關(guān)[12]。所以S100β可能通過影響mIns的水平影響了認(rèn)知功能。

2.2 糖原合酶激酶3(GSK-3) GSK-3在整個大腦中普遍表達(dá),參與細(xì)胞存活和突觸重組等重要分子途徑,它的上調(diào)在功能和結(jié)構(gòu)上都會損害突觸的可塑性,尤其可以導(dǎo)致海馬中長程記憶(LTP)相關(guān)的突觸損傷[13]。Engel在癲癇持續(xù)狀態(tài)小鼠模型中發(fā)現(xiàn)海馬中的GSK-3的過表達(dá)和活性增加,而GSK-3β的過表達(dá)也會加劇海馬損傷和神經(jīng)變性,有趣的是未受損海馬區(qū)域中 GSK-3 活性明顯降低[14]。

2.3 基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9) MMP-9是神經(jīng)炎性因子的調(diào)節(jié)劑,癲癇的發(fā)生與它的增加有關(guān),在嚙齒動物癲癇模型中,MMP2/9的抑制劑IPR-179表現(xiàn)出抗癲癇作用,并減輕了癲癇發(fā)作引起的認(rèn)知功能下降[15]。在臨床實(shí)驗(yàn)中,有研究者發(fā)現(xiàn)MMP-9的表達(dá)與癲癇患者的認(rèn)知水平緊密相關(guān)。Huang等發(fā)現(xiàn)癲癇患者外周血中MMP-9的表達(dá)水平顯著升高,并與簡易精神狀態(tài)評價(jià)量表(MMSE)評分呈負(fù)相關(guān)[16]。而Pan等則發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應(yīng)用托吡酯(TPM)和左乙拉西坦(LEV)組的患者的血清白細(xì)胞介素1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素6(IL-6)和MMP-9水平相比于單獨(dú)應(yīng)用TPM組的患者明顯降低。并且IL-6、IL-1β 和 MMP-9水平與全面智商(full-scale intelligence quotient,FIQ)和虛擬抑制商數(shù)(virtual inhibitory quotient,VIQ)呈負(fù)相關(guān)[17]。所以調(diào)節(jié)炎癥因子是否可以挽救癲癇患者認(rèn)知功能值得我們的進(jìn)一步研究。

3 癲癇共病認(rèn)知障礙中的氧化應(yīng)激反應(yīng)

氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)被認(rèn)為是耐藥性癲癇的病理生理機(jī)制,Lorigados Pedre等在耐藥性癲癇的患者中發(fā)現(xiàn)丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和硝基酪氨酸(3-NT)等氧化應(yīng)激指標(biāo)的增高,而MDA的表達(dá)與癲癇發(fā)作時的年齡之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系;3-NT的表達(dá)與癲癇發(fā)作頻率呈正相關(guān)[18]。而有些研究者已證實(shí)某些氧化應(yīng)激指標(biāo)與癲癇共病認(rèn)知障礙密切相關(guān)。Mishra、Mohseni-Moghaddam等研究者發(fā)現(xiàn)在小鼠癲癇模型中,通過降低MDA水平減弱脂質(zhì)過氧化,并通過提高SOD和谷胱甘肽(GSH)水平可加強(qiáng)抗氧化機(jī)制,并減少了癲癇發(fā)作的持續(xù)時間和改善了認(rèn)知障礙[19,20]。

目前已有研究者在動物模型中運(yùn)用抗氧化劑,成功抑制了認(rèn)知缺陷、降低了癲癇持續(xù)狀態(tài)所導(dǎo)致的死亡率,并提供神經(jīng)保護(hù)作用[21]。近來,Pauletti等研究者在癲癇持續(xù)狀態(tài)小鼠模型中發(fā)現(xiàn),N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine)和蘿卜硫素(sulforaphane)的組合可增加GSH的表達(dá),降低HMGB1的水平,有效的抑制了氧化應(yīng)激反應(yīng),2到5個月內(nèi)顯著降低了癲癇發(fā)作的頻率,還減少了海馬神經(jīng)元損失并挽救了認(rèn)知缺陷[22]。另有Alachkar等在戊四唑(PTZ)誘導(dǎo)的癲癇大鼠模型中研究了組胺 H3 受體(H3R)拮抗劑 E177對氧化應(yīng)激水平和認(rèn)知障礙的影響,發(fā)現(xiàn)其降低了海馬體中乙酰膽堿(ACh)和MDA的水平,并增加了GSH水平,減輕了海馬氧化應(yīng)激反應(yīng)[23],所以使用抗氧化劑靶向抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)可視為對癲癇患者認(rèn)知障礙的一種干預(yù)手段。

4 易感基因?qū)Πd癇共病認(rèn)知功能的影響

臨床上相同病程和發(fā)作頻率,或者其他臨床特征差別較小的癲癇患者有些表現(xiàn)出認(rèn)知障礙,有些認(rèn)知功能并無異常,所以研究者們逐漸關(guān)注到了遺傳層面對癲癇合并認(rèn)知障礙的影響。Bando等用顳葉內(nèi)側(cè)癲癇患者切除的海馬樣本進(jìn)行了加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA),發(fā)現(xiàn)PIK3C3、DCP1B等基因在合并執(zhí)行功能障礙(SEFI)的癲癇患者低表達(dá),PIK3C3在中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)和海馬神經(jīng)元軸突生長中都至關(guān)重要,而DCP1B則是一種通過與 miR-138-5p 相互作用而調(diào)節(jié)人類記憶能力的潛在調(diào)節(jié)劑[24]。相反,UQCRB等基因在SEFI患者中高表達(dá),而UQCRB則和氧化磷酸化,一種導(dǎo)致海馬硬化的關(guān)鍵反應(yīng)有關(guān)[24,25]。Bando等還發(fā)現(xiàn)基因 ASNSD1在合并嚴(yán)重的記憶障礙(SMI)的癲癇患者中表達(dá)降低,而ASNSD1參與天冬酰胺的生物合成,而天冬酰胺合成對大腦發(fā)育至關(guān)重要,它的缺乏與學(xué)習(xí)和記憶缺陷有關(guān)[24]。

除此之外,癲癇患者的遺傳多態(tài)性與認(rèn)知障礙也有一定的相關(guān)性,攜帶特殊的基因型可增加癲癇患者認(rèn)知障礙的易感性。Arend等探究了癲癇患者Ala16ValMnSOD多態(tài)性與認(rèn)知功能的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)纈氨酸-纈氨酸(VV基因型)的患者表達(dá)了更高水平的腫瘤壞死因子α(TNF-α),白介素1β(IL-1β)和白介素6(IL-6),并且在評估認(rèn)知功能的神經(jīng)心理測驗(yàn)中得分較低[26]。而Sidhu等發(fā)現(xiàn)在顳葉內(nèi)側(cè)癲癇(mTLE)的患者中,腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)Met等位基因攜帶者存在記憶障礙[27]。Doherty等則發(fā)現(xiàn)BDNF Met和兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT) Val攜帶者在不同方面的言語流暢性測試中相對于非攜帶者表現(xiàn)較差[28]。所以,基因篩查對于癲癇患者的認(rèn)知水平的預(yù)測有著一定的臨床意義。

5 其他生物標(biāo)志物在癲癇共病認(rèn)知障礙中的作用

5.1 胰高血糖素樣肽-1/胰高血糖素樣肽-1 受體(GLP-1/GLP-1R) GLP-1R起源于腸道L細(xì)胞,可促進(jìn)細(xì)胞生長并減少細(xì)胞凋亡,對各種神經(jīng)退行性損傷都具有保護(hù)作用,早年有研究者During等發(fā)現(xiàn)GLP-1R 缺陷小鼠癲癇的發(fā)作頻率增加,突觸可塑性受損并表現(xiàn)出認(rèn)知功能障礙[29]。Safar等也在癲癇大鼠模型中證實(shí),通過激活GLP-1而增強(qiáng)GLP-1/GLP-1R信號傳導(dǎo)可減輕大鼠海馬組織學(xué)損傷[30]。

GLP-1R的激活還可以通過減少氧化應(yīng)激反應(yīng)改善認(rèn)知功能。de Souza等研究者在癲癇小鼠模型中研究了利拉魯肽(LIRA),一種GLP-1受體激動劑,單獨(dú)或與LEV聯(lián)合應(yīng)用對認(rèn)知的影響,發(fā)現(xiàn)LEV聯(lián)合LIRA降低了小鼠海馬和前額皮質(zhì)中的亞硝酸鹽水平和脂質(zhì)過氧化,同時它增加了海馬中BDNF和GSH水平,減少了認(rèn)知障礙的發(fā)生[31]。

5.2 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF) 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)是一種具有神經(jīng)營養(yǎng)作用的蛋白質(zhì),通過蛋白激酶A(PKA)可將環(huán)AMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)磷酸化激活,進(jìn)而促進(jìn)BDNF的表達(dá),減少海馬神經(jīng)元的損傷,挽救了癲癇大鼠的認(rèn)知障礙[32,33]。

然而有些研究者發(fā)現(xiàn)BDNF的過度表達(dá)可造成記憶的損傷,Cunha等的研究表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS) 中的慢性 BDNF過度表達(dá)會導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力的下降和短期記憶障礙[34]。另有研究者Safar等在癲癇小鼠模型中發(fā)現(xiàn)GSK-3β可以促進(jìn)海馬 MMP-9 的升高,而這與BDNF的升高有關(guān),西他列汀(SITA)可以通過降低GSK-3β從而減少BDNF的過量表達(dá),減少小鼠癲癇發(fā)作和挽救記憶障礙[30]。

5.3 脂肪因子 通過花生四烯酸或必需脂肪酸激活脂氧酶(LOXs)而產(chǎn)生的某些促溶解脂類如脂氧素類可激活免疫細(xì)胞中的G蛋白偶聯(lián)受體,進(jìn)而發(fā)揮控制炎癥反應(yīng)的作用[35,36]。而Frigerio等發(fā)現(xiàn)在癲癇發(fā)生過程中,LOXs的激活和促溶解受體的誘導(dǎo)作用要慢于TNF-α等介導(dǎo)的炎癥作用,海馬中的促溶解介質(zhì)也處于功能失調(diào)的狀態(tài),而通過藥物干預(yù)促進(jìn)這種促溶解反應(yīng)后,小鼠的神經(jīng)炎癥有所減少,而認(rèn)知缺陷也有所改善[37]。除此之外,也有研究報(bào)道了其他脂肪因子與癲癇的關(guān)系。Lee等發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素缺乏的小鼠出現(xiàn)脂肪堆積增加,葡萄糖耐量降低,癲癇發(fā)作嚴(yán)重程度增加,并且海馬出現(xiàn)病理改變[38]。

6 小結(jié)和展望

認(rèn)知功能障礙是癲癇常見的共患病之一,目前對癲癇患者認(rèn)知功能的管理,主要包括控制癲癇的發(fā)作、選擇對認(rèn)知影響小的抗癲癇藥物(AEDs)、以及對已有認(rèn)知障礙的癲癇患者給予改善認(rèn)知功能的藥物。但是,我們?nèi)鄙賹Πd癇患者認(rèn)知障礙的針對性治療。

本文列舉了和癲癇共患病認(rèn)知障礙相關(guān)的生物標(biāo)志物,包括炎癥因子、氧化應(yīng)激指標(biāo)、易感基因、某些激素、脂肪因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子等。并且已有不少研究者在動物實(shí)驗(yàn)中,通過調(diào)控某些炎癥因子和氧化應(yīng)激指標(biāo)成功的改善了癲癇大鼠的認(rèn)知功能。這給我們提供了改善癲癇患者認(rèn)知的潛在治療靶點(diǎn),為癲癇合并認(rèn)知障礙的診療提供了新的可能。

除此之外,在其中篩選靈敏度和特異度合適的生物標(biāo)志物可以為我們提供早期預(yù)測癲癇患者認(rèn)知功能的指標(biāo),本文還尤其強(qiáng)調(diào)了遺傳層面對認(rèn)知功能的影響,指出某些基因和特殊基因型與癲癇共患病認(rèn)知障礙有關(guān),這提示了我們針對不同的患者應(yīng)該施行不同的管理,對于易感基因表達(dá)高或攜帶危險(xiǎn)基因型的患者,應(yīng)該做到早發(fā)現(xiàn),早干預(yù)。隨著醫(yī)學(xué)和社會的不斷發(fā)展,對于癲癇的治療也從單純的控制發(fā)作到認(rèn)知恢復(fù)和改善生活質(zhì)量,而本文所強(qiáng)調(diào)的針對生物標(biāo)志物的篩選和干預(yù)也為改善癲癇患者的預(yù)后提供了新的思路。