mTOR 信号通路在癫痫发生中的作用

曾玲晖，丁美萍

(1.浙江大学城市学院医学院，浙江 杭州 310015;2.浙江大学医学院附属第二医院，浙江 杭州 310009)

癫痫是由各种原因引起的脑细胞群异常放电所致脑功能障碍综合征，是神经系统的常见疾病，发病率约为1%，仅次于脑卒中。反复的癫痫发作严重影响患者的生活和心理状态，甚至损害认知功能。目前癫痫的药物治疗均为对症治疗(anti-seizure)，患者通常需要长期服用，导致明显毒副作用的发生，如影响消化和造血系统功能，甚至出现认知功能减退、内分泌紊乱和情绪改变。而且，这些药物不能纠正癫痫的脑部各种病理改变［1-4］。因此，明确癫痫发生的上游信号通路，是研发新型抗癫痫药物的重要途径。

mTOR 信号通路是调节细胞生长增殖和蛋白质合成的重要信号通路。在神经系统，mTOR 信号通路调节神经元发育和突触可塑性，并参与氧化应激与自噬的调控。近年的研究发现除结节性硬化综合征(TSC)外，局灶性皮质发育异常、胶质细胞瘤和大脑半球增生症等几种疾病中，均发现有mTOR 信号通路的激活，而这几种疾病均与癫痫的形成高度相关，提示mTOR 信号通路在癫痫发生中起重要作用［5-8］。我们将从中枢神经系统mTOR 信号通路的生理功能开始，着重介绍mTOR 信号通路在各种遗传性疾病伴发的癫痫和后天获得性癫痫疾病动物模型的研究进展，以期推进mTOR抑制剂在癫痫治疗上的转化应用。

1 中枢神经系统中mTOR 信号通路的生理功能

mTOR 信号通路参与机体许多生理功能的调节。该信号通路中的关键分子是mTOR 激酶，是分子量为289 kD 的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，在应对生长因子、有丝分裂原、激素等过程中，通过磷酸化作用发生激活［9-10］。mTOR与其他蛋白以复合物的形式组成mTOR 复合物1 (mTORC1)和复合物2 (mTORC2)。mTORC1 包含mTOR、调节蛋白Raptor 和其他结合蛋白，是抑制剂雷帕霉素的主要作用靶点，调节细胞生长、增殖和蛋白质合成的功能主要与mTORC1 有关。而mTORC2 由mTOR、调节蛋白Rictor 和其他结合蛋白所组成，对雷帕霉素相对不敏感。mTORC2 的主要功能是调节细胞骨架组织，也参与调节细胞的存活和细胞周期进程。各种上游信号如PI3K、Akt 和AMPK，可以调节mTORC1 的活性，在营养、能量状态以及生长因子的刺激下，PI3K 和Akt 被激活，抑制了TSC1/C2 复合物活性，解除了该复合物对mTOR 的抑制，从而激活mTOR 以及下游的S6K 激酶，使核糖体蛋白S6 磷酸化，最终导致一系列效应，包括蛋白质合成和细胞增殖分化(图1)。

图1 mTOR 信号通路的调控示意图Fig.1 Schematic diagram of regulation of mTOR signaling pathway

mTOR 信号通路在中枢神经系统起重要作用。首先，mTOR 在神经系统的发育中起中心作用。mTOR 调控发育不同时期蛋白质的表达以及神经元生存和分化，在轴突生长和定向以及突触形成中起关键作用［11-13］。其次，在成年后的中枢神经系统，mTOR 通过调节突触可塑性在学习记忆中起重要作用［14-15］。另外，通过调节离子通道和神经递质受体的表达，mTOR还可以调节神经元的兴奋性［16-17］。

2 mTOR 信号通路在遗传性疾病伴发癫痫发生中的作用

10 余年前有关结节性硬化病基因参与mTOR 信号通路调控的研究，将mTOR 信号通路与癫痫紧密联系在了一起［3-4］。结节性硬化综合征(TSC)是Tsc1 或Tsc2 突变所致的常染色体显性遗传性疾病，患者的主要特征性表现是全身多脏器良性肿瘤或错构瘤的形成，包括脑、皮肤、眼睛、肾脏、心脏和肺。在神经系统常导致癫痫、发育迟缓、认知障碍和自闭症，尤其是癫痫的发生率可高达80%～90%。Tsc1 和Tsc2 翻译的蛋白质，错构素蛋白和马铃薯蛋白，以复合物形式存在并对下游的mTOR 产生抑制作用。因此，在TSC 患者Tsc 基因的突变对下游mTOR 抑制作用解除，导致mTOR 信号通路异常激活，从而刺激过量细胞生长和分化。以上结果为mTOR 抑制剂雷帕霉素在该病的治疗提出了崭新的视角。

与TSC 类似，还有几种罕见的遗传性疾病也常常伴随肿瘤和癫痫的高发，且在这类疾病中也观察到了mTOR 信号通路的激活。比如mTOR 信号通路上游调节活化的因子Pten 基因敲除小鼠表现为神经元增生、巨脑畸形以及癫痫，采用雷帕霉素治疗可以显著减少癫痫的发生［18-19］。STRED 基因缺失引起的mTOR 信号通路的激活，导致患者出现羊水过多和巨脑畸形以及症状性癫痫综合征［20］。此外，其他一些皮层发育不良的疾病，如局灶性皮层发育不良和大脑半球增生症，与TSC 也有相同的组织病理学特征，其标志性改变即是mTOR 激活［7-8］。这些疾病的共同特征为顽固性癫痫的发作，高度提示mTOR 信号通路在癫痫的形成中起中心作用。当然，这仍然与mTOR 信号通路在神经系统中调节神经兴奋性的作用相关，如与调节突出可塑性、蛋白质合成和离子通道表达有关，因此在异常激活后会导致癫痫的发作。

3 mTOR 信号通路在其他获得性癫痫发生中的作用

mTOR 信号通路在其他后天原因引发的癫痫中发挥何种作用是近年癫痫机制研究的热门。一系列的研究表明，mTOR 信号通路在多种后天脑损伤后所致的自发性癫痫发生中被激活。如红藻氨酸诱发的癫痫持续状态脑损伤中，mTOR 信号通路的激活共出现两个高峰，一个是在急性痫性发作期，海马和皮层组织均升高，随着急性痫性发作的消退而恢复到基线;另一个高峰在红藻氨酸给药后第3天左右开始出现，1 周左右达高峰，且升高仅局限于海马组织，这些特征与自发性癫痫发生的时间和空间十分吻合［21-22］。在匹罗卡品诱发的癫痫大鼠模型中，mTOR 信号通路在急性癫痫发作后0.5 h 被激活，1 h 即达高峰，在此后诱发的自发性癫痫时期也检测到mTOR 信号的异常活化［23-24］。同样，在脑外伤癫痫模型中，海马和皮层组织中mTOR 信号通路在损伤后1 周内均维持在高水平［25-26］。与上述结果相反的是在戊四氮诱发的癫痫大鼠模型中，mTOR 信号通路仅在给药1 h～16 h 出现短暂增高［27］。在新生大鼠缺氧性癫痫模型中，mTOR 信号通路也仅在缺氧后12 h～24 h 出现短暂性激活［28-29］。不同模型中mTOR 信号通路的差异性表达机理还有待进一步探讨。

4 mTOR 抑制剂在癫痫治疗中的应用

雷帕霉素首次在TSC 动物模型中观察到对癫痫的治疗作用。在选择性敲除星形胶质细胞Tsc1 基因和Tsc2 基因的两个动物模型，雷帕霉素能显著改善脑部的各种病理改变，减少或防止自发性癫痫的发生，并延长生存期［30-31］。雷帕霉素在Pten 基因敲除小鼠所致癫痫也有非常明确的作用。如在敲除神经元Pten 基因的小鼠，短时期雷帕霉素给药能抑制mTOR 信号通路的过度活化和细胞肥大，并减少癫痫的发生［18］;而在选择性敲除皮层和海马神经元Pten 基因的小鼠，雷帕霉素治疗除了纠正癫痫和细胞肥大之外，还能改善行为学的某些症状如自闭症或躁狂［19］。然而，在其他普通获得性癫痫动物模型中，雷帕霉素的作用却不尽相同。如在红藻氨酸大鼠癫痫模型中，雷帕霉素能明显降低与癫痫相关的多种病理改变，尤其是苔藓纤维发芽，从而减少甚至消除自发性癫痫的发作［21］。在匹罗卡品小鼠癫痫模型中，雷帕霉素仅能抑制苔藓纤维发芽，对自发性癫痫并无影响［24］。而在大鼠匹罗卡品模型中，雷帕霉素对于已有自发性癫痫发作的动物仍然有抑制癫痫的效果［23］。在外伤性脑损伤后，雷帕霉素长期给药能显著降低自发性癫痫的发生［26］。这些差异可能与动物种类、癫痫模型、雷帕霉素的剂量和给药时间有关，且mTOR 激活与初始脑损伤后自发性癫痫发生之间的关系并不像与遗传性疾病伴发癫痫那样直接和恒定，从而出现治疗效果的差异。

mTOR 抑制剂对TSC 患者癫痫的治疗作用也有病例报道。在采用雷帕霉素对TSC 患者室管膜下巨细胞星形细胞瘤(SEGA)进行治疗的同时，发现患者癫痫的发作明显降低［32-33］。为了明确癫痫的发生是mTOR 抑制剂的抗癫痫作用，还是继发于mTOR 抑制剂对SEGA 的治疗作用，在另一个临床实验中选择了无SEGA 的TSC 患者，发现mTOR 抑制剂依维莫司能显著减少TSC 患者顽固性癫痫的发生频率，部分患者甚至出现癫痫的完全控制［34］。目前，以依维莫司为治疗药物的多中心对照试验正在进行中。最近也有报道，在一种罕见的表现为急性羊水过多、大脑增生和癫痫的神经发育疾病中，雷帕霉素对癫痫也有明显的抑制作用［35］。

然而，雷帕霉素虽然能够调节离子通道，但并不像目前常用的抗痫药物一样能直接作用于离子通道或神经递质，因此似乎不能作为一般的抗癫痫药物。作为抗癫痫发生药物，雷帕霉素能否发挥良好疗效，时间窗的选择和治疗持续时间的长短至关重要。尤其是其抑制作用似乎依赖于长时间持续治疗，一旦停药可导致癫痫的再发。而长时间给药后mTOR 抑制剂的不良反应就会凸显，包括生长发育迟缓、慢性免疫抑制作用以及伴发的机会感染。这些因素制约了mTOR 抑制剂在临床癫痫患者的转化应用。又比如最适合用于该应用研究的TSC 患者，绝大部分患者会出现癫痫。但是对于不出现癫痫的那小部分患者，雷帕霉素的治疗会带来医疗成本的增加，同时会增加不必要的药物不良反应的出现。所以，在进行转化应用前，能否找到某种生物标记，鉴别出该患者日后是否会发展成癫痫，将会加快mTOR 抑制剂在癫痫的临床应用［36-37］。

5 展 望

已有很多证据表明，mTOR 信号通路参与癫痫的发生，然而目前这些证据基本都来源于基础研究和动物实验。mTOR 抑制剂雷帕霉素和依维莫司在多种癫痫模型中均观察到有防治癫痫的效应，但尚未进入临床患者的转化应用。随着mTOR 信号通路与癫痫发生关联研究的深入以及新型mTOR 抑制剂的出现，将为临床癫痫患者的治疗带来福音。

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