补体在癫痫中作用机制的研究进展

梅艺文 黄天兰 树海峰

癫痫是一种严重的神经系统疾病，其特点是由于中枢神经系统兴奋和抑制通路不平衡而导致癫痫发作，具有反复性、周期性和不可预测性[1]。目前全球癫痫患者约5000万～7000万，由此产生的卫生负担占据全球卫生负担的0.75%[2]。频繁和严重的癫痫发作会导致进一步脑损伤、持续的神经行为异常和神经精神疾病[3]。癫痫的病因学和发病机制仍不明确，寻找新的分子靶点具有重要意义。

研究发现，神经炎性反应和癫痫之间具有密切联系，炎性反应可导致神经系统兴奋性改变，致痫区域的炎性反应因子可激活神经元和胶质细胞信号通路，导致相应细胞发生病理及生理改变，最终导致突触传递和突触可塑性变化从而参与癫痫的发生及发展[4]；此外，上调的炎性因子也进一步增加癫痫易感性[5]。补体系统成分主要在肝脏合成，但在中枢神经系统疾病(如脑外伤、多发性硬化等)中，胶质细胞和神经元等亦可合成包括C3在内的各种补体蛋白[6]。研究结果显示，啮齿类动物模型癫痫持续状态(status epilepticus，SE)和癫痫发生过程中，大脑会产生C1q、C3、C4、C5b-C9等多种补体相关因子[7]，高度提示补体参与了癫痫的发生发展[8]。现就补体在癫痫发生发展中作用的研究进展做一综述。

1 补体通过多种机制影响癫痫

补体系统由至少30种循环蛋白和细胞表面蛋白组成，这些蛋白通过一系列的酶激活和抑制作用，发挥消灭病原体、保护自身免受损伤的功能[9]。C1q是先天免疫系统经典补体通路的初始蛋白，C1q家族蛋白可在包括中枢神经系统在内的多个系统中表达[10]。在经典补体通路中，C1q导致C3酯酶的产生，而C3酯酶又将C3裂解成包含C3b在内的具有生物活性的蛋白片段[10]。活化C3(C3b)以共价形式与靶细胞结合，一方面可启动C5a形成攻膜复合物(membrane attack complex，MAC)导致炎性反应的下游激活[11]；另一方面可作为一种标记信号引导小胶质细胞完成吞噬作用[12]。

1.1 补体介导突触修剪异常引起癫痫早期大脑发育的标志是神经轴突的旺盛生长，而神经元之间的投射随后通过轴突剪枝得到完善；轴突剪枝是一个发育调节过程，通过这个过程，过度的连接被消除，成熟的神经支配模式得以建立[13]。在哺乳动物大脑中，许多基因和蛋白质的激活对于突触的修剪过程至关重要[14]。近来研究证实，与免疫和炎性反应过程相关的分子在突触修剪中能发挥非免疫作用[15]。C1q在新皮质发育的突触区域也有短暂表达，尤其是在出生后第4天至第10天之间，在C1q 敲除(KO)小鼠中，C1q的缺失可能会导致剪枝不足和大脑皮层过度连接，导致发育早期出现的强化回路将持续到成年[15]。既往研究发现，经典补体级联的C1q和C3基因是发育过程中视网膜膝状体通路突触清除所必需的[16]，C3引导小胶质细胞进行突触吞噬和重建发育的潜在机制已在出生后的视网膜膝状体系统中得到证实[17]。针对阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)模型小鼠的研究发现，补体和小胶质细胞能介导AD早期突触丢失，抑制C1q、C3或位于小胶质细胞上的补体受体CR3，降低具有吞噬性小胶质细胞数量和早期突触丢失程度[12]。在脑外伤模型研究中发现，脑损伤会打破皮质回路平衡，增加兴奋性突触连接进而促进癫痫发生[18]。从某种程度上看，这种获得性增强的兴奋性突触连接是大脑发育早期过度和错误连接情况的重演。Chu等[19]研究发现，C1q KO小鼠皮层脑片能产生癫痫样活动，锥体神经元的兴奋性输入增加，锥体神经元轴突孔密度增加，有自发性非典型失神发作。Ma等[20]检验了C1q KO小鼠未能修剪大脑皮层突触连接后的结构和功能，同样发现其皮质网络的兴奋性连接增强，证明了未能修剪过度兴奋的突触可能是突触后树突异常的潜在机制，这些结构异常加上兴奋性突触数量的增加，可能会导致C1q KO小鼠癫痫的发生[20]。

针对多发性硬化患者尸检研究亦发现，海马组织中C1q表达增加与小胶质细胞/巨噬细胞吞噬突触有关[21]。C1q和C3表达增高不仅体现在mRNA表达水平上[7]，在难治性癫痫标本中C1q和iC3b在蛋白水平上也明显升高[22]，并且C1q定位于小胶质细胞及其树突，推测C1q能识别特定靶点从而介导小胶质细胞吞噬。提示经典补体通路在癫痫发生中发挥作用。

1.2 补体介导MAC引起癫痫补体系统是先天免疫系统的一个组成部分，其功能是识别和消灭病原体或废弃的宿主物质，补体的激活可通过经典途径、替代途径、凝集素途径[23]。虽然可激活补体的机制多种多样，但每一种激活途径的终点均是C5b的形成，随着级联反应的产生最终形成MAC，MAC插入细胞膜形成一个功能孔，插入细胞膜的MAC通过破坏局部磷脂双层而形成“渗漏斑”，或形成穿膜的亲水性孔道，最终导致细胞崩解[24]。多项研究指出，在包括AD在内的多种神经退行性疾病中，补体的不当激活(包括MAC的形成)作用于皮质灰质神经元[25]。随后，Xiong等[11]发现，将膜攻击通路的单个蛋白(C5b6、C7、C8和C9)注入活体大鼠海马中，会引起大鼠行为学改变和脑电图癫痫发作改变以及细胞毒性反应，进一步表明补体的不当激活以及由此导致的MAC在大脑皮层灰质中的沉积可造成癫痫发作和细胞死亡。与野生型小鼠相比，C6缺乏小鼠(即无法产生MAC)能延迟点燃癫痫发生，尽管延迟时间不长，但足以提示MAC在癫痫扩散中起重要作用[26]。

1.3 补体通过促神经炎症反应影响癫痫C5a源自C5，其作为先天免疫系统一部分补体通路的最终产物，具有强大的生物活性，能够促进炎性细胞的招募、吞噬细胞的活化、颗粒基酶的释放和氧化剂的生成，最终导致先天免疫功能或组织损伤[27]。C5ar1和C5ar2均为C5a的受体，其基因表达可受FBJ骨肉瘤癌基因B (FosB)调控[28]。在中枢神经系统中，FosB基因产物能控制小胶质细胞中Apoc2、C5ar2、C5ar1、Zfp111、Vmn2r29、Ercc2这6种基因的表达[28]，其中C5ar1和C5ar2基因分别编码C5ar1和C5ar2[28]。海人酸(kainate，KA)是一种强效的神经毒素，以往用于颞叶癫痫(TLE)的慢性模型，经反复处理后，已被广泛用于诱发急性脑癫痫发作[29]。在KA诱导的癫痫模型中，相比野生型小鼠而言，FosB基因缺失小鼠的海马中C5ar1无论是其mRNA水平还是其免疫反应活性均明显降低；同时，CD68免疫反应活性的降低、形态学改变以及白细胞介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子(TNF)mRNA水平降低反映出小胶质细胞的活化减少，表明FosB基因产物是通过调节海马区C5ar1和/或C5ar2基因表达从而引起小胶质细胞形态和吞噬改变，促进神经炎症反应；而从野生型小鼠更易被KA诱导癫痫发生的现象来看，C5ar1和C5r2会通过这种促神经炎症反应影响癫痫的发生[28]。

1.4 补体通过海人酸型谷氨酸受体(KARs)影响癫痫针对KA癫痫模型和TLE患者海马标本的研究均发现，癫痫与海马区的神经网络重塑有关。KA能诱发苔藓纤维(mossy fiber，MF)发芽与颗粒细胞树突形成突触，从而形成新的神经回路[30]，进而导致神经元的过度兴奋和毒性表现。在KA模型中突触后KARs在海马CA3区MF-锥体细胞突触后膜高度富集，而C1q类亚家族(C1q-like，C1ql)蛋白在其中发挥了重要作用[31]。 编码C1ql2和C1ql3的mRNA在产生MF的齿状回颗粒细胞(DGCs)中高度表达，C1ql2和C1ql3作为细胞外的组织者，将功能性突触后KAR复合物招募到CA3锥体神经元中[31]。C1ql2和C1ql3在体外特异性结合了突触后GluK2和GluK4 KARs亚基的氨基末端结构域，以及含有特定序列的突触前轴突蛋白3；在C1ql2、C1ql3双缺失小鼠中，CA3突触反应失去了缓慢的、由KARs介导的成分[31]。此外，尽管在TLE模型中诱导了MF的萌发，但在C1ql2、C1ql3均缺失的小鼠中，KARs并未被招募到突触后位点，从而导致循环活动减少[31]。C1q家族蛋白广泛表达，可能会调节整个大脑的KARs功能，或许是一个很有前途的抗癫痫靶点。

2 C3基因与癫痫遗传易感性

研究发现，C3缺失的小鼠海马区未出现自发癫痫样活动的迹象，这是因为C3在调节海马谷氨酸突触的数量和功能方面发挥了作用，并对海马结构或功能异常所导致的认知功能产生了负面影响[32]。随后的研究表明，补体系统对癫痫和癫痫发作风险的遗传有影响，C3基因是人类内侧颞叶癫痫(mesial temporal lobe epilepsy，MTLE)易感性的良好候选基因：在MTLE患者[7]和啮齿类动物MTLE模型的脑组织中发现C3基因和蛋白表达增加，补体系统激活。在补体成分C3启动子中新近发现的功能二核苷酸多态性(GF100472)影响了具有发热性癫痫(febrile seizures，FS)病史的MTLE患者 (MTLE-FS+)和单纯FS患者的遗传易感性，C3单倍型HAP4和C3单倍型HAP5对FS和MTLE具有保护作用[33]。

3 治疗前景

近年来研究发现了补体与癫痫之间的关系，因此靶向补体治疗可能是一种新的治疗癫痫的方法。C5ar1缺陷的小鼠能减少毛果芸香碱致SE后急性介导免疫应[34]。 C5ar1拮抗剂(PMX53)在急性和慢性发作模型中均具有抗惊厥作用；此外，毛果芸香碱诱导SE或其基因缺失后抑制C5ar1可降低癫痫发作能力，保护海马神经元不变性，降低SE相关死亡率[35]。考虑到PMX53在难治性癫痫模型中的有效性，该研究[35]为未来抗癫痫药物(AEDs)的发展提供了一个新的目标，这可能对耐药癫痫类型有效。

综上所述，从补体对突触修剪与MAC激活作用的多项研究中看出，补体的表达缺失与过度激活都可能影响癫痫的发生发展；C5ar1、C5ar2基因与C1ql亚家族的研究表明补体可通过不同潜在机制对癫痫产生影响；HAP4、HAP5对FS和MTLE的保护作用提示补体C3基因在癫痫遗传易感性中也发挥了作用。目前研究发现PMX53在难治性癫痫模型的有效性，也展示了靶向补体治疗的潜在研究价值。所以，补体和癫痫之间具有紧密联系，这为未来抗癫痫靶点治疗提供了更多的研究思路。