NRG1/ErbB4与癫痫相关性及其遗传易感性研究进展

陈新元 武羽洁 季雨伟 唐 薇

昆明医科大学第一附属医院科教科，云南 昆明 650032

癫痫是一种慢性的神经系统疾病。2018年世界卫生组织(World Health Organization，WHO)报道，全球癫痫患者超过5 000万人，其中，我国癫痫患者高达900万以上，且每年都会增加近60万例，给我国年经济情况造成巨大负担，花费超过200亿人民币[1]。国际抗癫痫联盟(International League Against Epilepsy，ILAE)根据癫痫疾病的复杂性、难治性，相继更新了癫痫、耐药性癫痫及癫痫持续状态的定义[2-4]。

癫痫的特征是大脑神经元过度或超同步放电而发生的2次或2次以上的不可预知和无端的癫痫发作。要找到安全有效的治疗方法，关键在于了解癫痫发生的来源，目前已经知道，约60%的癫痫是特发性的，40%来自发育或获得性疾病，如卒中、创伤性脑损伤、感染、肿瘤、药物戒断、神经毒性和遗传缺陷等[5-6]。而遗传基因缺陷因素一直被广泛的关注[7]，特别是神经调节蛋白1 (NRG1)及其受体ErbB4编码基因多态性的鉴定为更好地剖析癫痫的致病机制提供了一个有用的起点。NRG1是一种神经营养因子，ErbB4 受体是其下游靶点，其相互作用影响着神经元的发育、神经传递以及突触可塑性，在中枢神经系统中不可或缺[8]。

1 NRG1/ErbB4与癫痫的相关性

1．1 NRG1/ErbB4信号在神经发育中的作用 NRG1是一种营养因子，包含表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)样区域，EGF样结构域位于细胞外结构域的膜近端区域，这是激活ErbB受体酪氨酸激酶的必要条件和充分条件[9]。癫痫是一种神经发育障碍疾病。NRG1和ErbB4蛋白均丰富表达于发育期和成人期大脑中进行增殖或神经基因表达的区域[10]。NRG1促进胚胎神经干细胞中神经元祖细胞的增殖，并参与许多其他神经发育过程。

重组NRG1刺激多种原代神经元的神经元轴突生长，包括海马神经元[11]、视网膜神经元[12]、小脑颗粒细胞[13]和丘脑神经元[14]。由于删除NRG1基因的胚胎致命性[15]，NRG1在诱导轴突生长的确切功能尚不清楚。最近的一项研究表明，丘脑皮质轴突(the thalamocortical axon，TCA)的投射受NRG1和ErbB4调控[16]。TCA的发育依赖于从外侧神经节突起衍生的中间神经元群向间脑迁移，在间脑中，神经元为后到达的TCA形成一个允许通道[17-18]。而在发育中的大脑皮质，NRG1/ErbB4信号参与了谷氨酸能神经元的径向迁移和γ-氨基丁酸能神经元的切向迁移。NRG1诱导径向胶质细胞的形成和扩展，这是大脑皮质神经元和小脑颗粒细胞迁移所必需的[17，19]。

1．2 NRG1/ErbB4对突触形成及其可塑性的作用NRG1/ErbB4信号影响着突触的形成。突触后ErbB4信号可以控制兴奋性突触的功能依赖性成熟：突触活动触发NRG1/EEBB4信号，该信号以突触后致密蛋白95(postsynaptic density protein 95，PSD95)依赖的方式在突触处聚集或稳定ErbB4，并稳定突触AMPA(α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸，AMPA)受体。中断NRG1/ErbB4信号导致突触AMPA受体和脊状结构不稳定，致使可塑性受损，最终导致棘状突起和NMDA受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor，N-甲基-D-天冬氨酸)的缺失[20]。

1．2．1 短期可塑性：癫痫患者大多伴有记忆衰退，反应迟缓，而工作记忆和执行功能等认知过程由前额皮层(prefrontal cortex，PFC)介导。PFC的功能由锥体神经元执行，这些神经元的活动由抑制性和兴奋性突触控制。研究发现，在GABA能神经元的终末有ErbB4的免疫反应，这些神经元似乎支配着PFC的锥体神经元[21-22]。生物化学和电生理学研究表明，外源NRG1刺激GABA释放以响应去极化，而对基础释放没有明显影响。ecto-ErbB4处理或抑制NRG1/ErbB4信号传递减弱了活性依赖的GABA释放，表明GABA的传输是由NRG1/ErbB4信号水平决定的。NRG1激活GABA释放，再通过锥体神经元调控信号整合。锥体神经元的最终输出依赖于谷氨酸能和氨基丁酸能的输入，这两种输入均受NRG1调控[22]。同时，有研究发现，NRG1信号的发育中断损害了成年动物的神经传递，由此推测NRG1对突触可塑性的调控可能依赖于NRG1的初始活性，该活性由NRG1亚型的局部浓度、ErbB激酶水平和调节NRG1表达的神经元活性控制。因此NRG1的这一功能可能对癫痫患者的工作记忆缺陷有影响。

1．2．2 长期的可塑性：突触长期的可塑性需要新的蛋白质合成，NRG1能够调节大脑的长期可塑性。首先，NRG1已被证明可以刺激关键神经递质受体的表达，包括谷氨酸、GABA和ACh[21，23]。因此，其可能潜在地调节兴奋性和抑制性神经传递。更重要的是，小脑颗粒细胞中由NRG1介导的GABA诱导电流增加、CA1海马神经元的微型IPSC振幅降低，海马GABA能神经元的ACh诱导电流峰值增加[24]，都需要蛋白合成。此外，NRG1能刺激Ca2+激活的K+通道在副交感神经细胞中的表达[23]。考虑到ErbB4的独特突触定位，很容易推测NRG1可能调控突触的局部蛋白合成，以此来影响突出的长期可塑性。最后，NRG1的表达和加工受神经元活性调控。因此，NRG1诱导的神经传递增加以及随后更多NRG1的产生可能有助于突触的长期可塑性。

1．3 NRG1/ErbB4临床研究 NRG1/ErbB4信号通路很可能通过调节神经元的兴奋性，参与了原发性癫痫发病机制。有研究利用海绵状血管瘤(CA)患者的症状性癫痫样本，排除CA的影响，发现症状性癫痫患者颞叶皮层NRG1和ErbB4蛋白水平显著升高[25]，揭示了与原发性癫痫不同的NRG1/ErbB4信号通路在症状性癫痫中的关键作用，表明NRG1/ErbB4信号可能在症状性癫痫中发挥重要作用。然而有研究表明，ErbB4在颞中癫痫患者的癫痫组织中表达明显降低[26]。这种ErbB4在颞叶癫痫和症状性癫痫中的表达差异，提示ErbB4在这两种癫痫中可能发挥不同的作用[27]。颞叶癫痫患者ErbB4蛋白显著降低，提示ErbB4可能是颞中癫痫发作的原因之一。而在症状性癫痫患者中，颞叶ErbB4信号明显升高，表明NRG1/ErbB4信号可能作为一种稳态调节剂保护大脑，免受癫痫样活动的加重。

1．4 亚基因型NRG1和ErbB4大鼠研究 NRG1和ErbB4突变小鼠的研究为，这些基因突变作为癫痫危险因素的潜在作用提供了支持。为了研究NRG1信号在癫痫发生中的作用，研究人员用大鼠建立了一个激发模型，反复使用最初的非惊厥电刺激，导致行为性癫痫的逐渐强化和电图性癫痫持续时间的逐渐延长[28-29]，模型一旦建立，对电刺激的增强敏感性持续终生。最后发现与癫痫发作相关的NRG1/ErbB4信号确实增加了，而且这种信号具有显著的抗癫痫作用。通过细胞特异性突变，发现GABA能中间神经元介导了NRG1/ErbB4信号的抗癫痫作用。这些结果强调了GABA能神经元中的NRG1/ErbB4信号在限制癫痫发生过程中不稳定发作活动方面的重要性。

1．4．1 癫痫发作活动增加了NRG1及其功能的表达：在完全激发大鼠的癫痫发作后，通过检测NRG1 mRNA发现，在一次电刺激诱发癫痫发作后，海马中的NRG1 mRNA表达增加，刺激后3 h达到峰值。值得注意的是，NRG1的三种主要亚型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)的mRNA水平均有明显升高[28，30]，只是程度不同。进一步的ELISA实验表明，刺激完全激发的大鼠癫痫发作活动导致海马中NRG1蛋白在3 h后增加。为了确定NRG1上调是否是一种癫痫的普遍现象，研究人员建立了另一个广泛使用的癫痫模型，匹鲁卡品唤起强烈的癫痫持续状态。在此模型中观察到，匹鲁卡品诱导的癫痫发作也导致NRG1 mRNA和NRG1蛋白表达增加[30]。通过测量两种模型大鼠大脑中磷酸化的ErbB4 (p-ErbB4)水平发现，癫痫发作活动在不改变ErbB4水平的情况下增加了NRG1及其功能的表达。

1．4．2 NRG1抑制癫痫发作：在大鼠激发模型中，使用两种改变NRG1活性的策略：外源性NRG1的使用和内源性NRG1的中和。为了研究NRG1在癫痫发生中的作用，脑室内NRG1灌注增强了假手术和激发模型大鼠海马区ErbB4的激活。与媒介或变性处理的NRG1相比，每一次电刺激前NRG1的灌注均显著延迟了激发模型诱发癫痫的发生，表现为行为发作级别的进展减慢、放电(Electro-Static discharge，ESD)延长时间的减少以及唤起刻板性行为发作所需的电刺激次数的增加。这些结果表明外源性NRG1可以抑制激发模型中的癫痫发生[28]。为了进一步确定内源性NRG1是否调控癫痫发生，通过使用一种可溶形式ErbB4(ecto-ErbB4)来探讨隔离NRG1的后果。这种多肽包含的ErbB4与 NRG1结合并隔离，从而阻止它激活内源性受体[31]。与媒介或变性ecto-ErbB4治疗相比，注入ecto-ErbB4极大地促进了发作强度的发展，这表明了内源性NRG1在癫痫发展中有抑制作用[28，31]。以上结果表明，癫痫发作与诱发癫痫的NRG1具有密切相关性。

1．4．3 ErbB4激活在癫痫发生中的作用：大鼠激发模型中，通过在激发过程中使用了PD158780，这是一种有效的ErbB酪氨酸激酶活性抑制剂[32]。与媒介处理相比，PD158780大大加快了行为发作级别的进展，增加了ESD的延长，减少了激发过程中唤起刻板行为发作所需的刺激次数。结合ecto-ErbB4的结果，表明ErbB受体的酪氨酸激酶活性对于NRG1介导癫痫发生的具有抑制作用。通过以上动物实验，我们能得到结论，NRG1通过激活ErbB4酪氨酸激酶磷酸化来抑制癫痫发生[18，32]。在进一步的研究中还发现，NRG1/ErbB4信号不仅可以抑制激发过程中的癫痫发生，还可以减轻癫痫脑内兴奋状态的形成。此外，NRG1/ErbB4信号的激活也抑制了癫痫诱导的神经回路的长期改变。

2 NRG1/ErbB4基因的癫痫易感性

癫痫具有遗传性，人们已经发现了几种易患癫痫的基因[28]，在对NRG1基因多态性的检测中发现其与癫痫发生具有一定的相关性，推测NRG1/ErbB4可能作为癫痫的易感基因影响着癫痫的发生。目前，研究已经证实NRG1是精神分裂症的主要易感基因之一[32-33]，而癫痫与精神分裂症之间具有一定的关联性，研究表明[34-37]，患有癫痫疾病者有1.5倍的风险发展为精神分裂症，精神分裂症患者同样也会出现癫痫样症状，由此可以推测两者之间可能存在相同的生物学表型和易感基因。 通过NRG1/ErbB4基因的突变与癫痫发生的相关性研究。已有学者发现，NRG1(SNP rs35753505)与癫痫易感性有关性，其中NRG1 SNP(rs35753505)基因多态性影响着部分性癫痫的易感性[38]。早期有研究发现，早发性肌阵挛性脑病患者也存在ErbB4基因的突变[39]。LI等[40]也曾报道过在颞叶癫痫患者中ErbB4 mRNA表达发生下调。这些结果表明，NRG1/ErbB4有很大可能是许多人群中的一种癫痫易感性基因。

3 讨论

癫痫通常被认为是一种神经功能障碍疾病[41]。NRG1/ErbB4信号明显参与了大脑发育的重要过程[10，42]，NRG1通过激活ErbB4受体，增强前额皮质释放GABA，抑制兴奋性神经元活动。NRG1或ErbB4功能的丧失或NRG1信号的干扰将影响大脑中神经细胞的发育以及突触的形成，从而导致神经传递和皮质功能的改变，发生癫痫样症状和认知障碍。虽然已经证实NRG1/ErbB4与癫痫发生有很大的相关性，但NRG1和ErbB4中的基因变异如何影响癫痫易感性仍不清楚。一种可能的假设是，基因变异具有调节作用，通过改变NRG1和ErbB4的表达，或剪接NRG1和ErbB4基因，或通过改变NRG1或ErbB4 mRNA的稳定性，从而影响癫痫的易感性[28]。已有研究为这一假设提供了一些证据，如在动物癫痫激发模型中，人们发现NRG1 mRNA表达增加，ErbB4表达异常[30，41]。虽然在人类致痫组织中也发现NRG1和ErbB4蛋白水平显著升高，但NRG1和ErbB4的蛋白水平是否与癫痫易感性相关，也一直存在争议，需要更多的临床试验去证明。总的来说，NRG1/ErbB4信号通路影响着癫痫的发生发展，其与癫痫的易感性我们也会在临床上进一步去证实，希望为癫痫的治疗在遗传学上提供一些新的方向。