癫痫发作与昼夜节律变化相关研究进展

杨皓翔，羡 彤，褚 旭，张彦可综述，孔庆霞审校

癫痫是脑部神经元高度异常同步化放电引起急性、反复性、阵发性大脑功能紊乱的慢性疾病，发病率高、难以预测，是神经科常见急症，严重影响患者生活质量。昼夜节律是调节机体行为、理化环境与外周环境相适应的24 h模式。已有研究报道：哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)与时钟基因BMAL1等相互作用，这是癫痫发作和昼夜节律紊乱的分子基础；癫痫发作存在时间分布特点；痫样发作后激素出现节律变化；监测技术的进步能更精准预测痫样发作的情况。癫痫发作有昼夜节律性，昼夜节律也受癫痫的影响，二者相互作用可能会恶性循环。本文对以往的研究进行回顾总结、系统阐述，浅析二者之间相互关系，对昼夜节律与癫痫发作的时间分布、预测、生物钟治疗等归纳特点、综合分析，为癫痫治疗寻找新的靶点，提供临床精准诊治。

1 昼夜节律的基础和调节

昼夜节律变化的基础依赖于时钟基因分子机制和睡眠觉醒周期的调节。分子层面的基础是转录翻译反馈环，由时钟基因CLOCK、BMAL1、ARNTL等和它们编码的蛋白共同构成[1]，这些基因突变会改变机体生物钟影响睡眠结构和睡眠时间，多数细胞中存在这种分子机制和昼夜节律[2]。视网膜感受光线变化传递给视交叉上核团，进一步控制神经元活动和肽释放，引起激素昼夜节律变化，调节机体和外周环境实现最佳同步[3]，在睡眠觉醒周期中产生24 h变化。清醒驱动力在一天中呈递增现象，晚上达到峰值，睡眠驱动力在清晨出现峰值，即核心体温最低的时候[4]。大脑通过增加睡眠强度来补偿睡眠损失，这是睡眠觉醒的均衡基础，睡眠倾向在清醒期会升高，在睡眠期会减弱[4]。睡眠倾向和清醒-睡眠驱动力，这两个相反的过程相互作用，调节内源性昼夜节律变化、睡眠觉醒周期稳态和皮质的兴奋性，癫痫发作频率在这种睡眠周期变化中呈现高低不同趋势。综上所述，分子机制、内分泌系统、睡眠觉醒周期协同调节昼夜节律有序变化，若发生改变会导致昼夜节律紊乱。

2 癫痫发作与昼夜节律的分子机制

两种主要分子机制调节昼夜节律和癫痫发作，一种是时钟基因直接参与调节，一种是mTOR通路介导调节，生理情况下时钟基因转录和翻译合成蛋白的过程受mTOR的调控(见图1)。Li P等[5]报道局灶性皮质发育不良(focal cortical dysplasia，FCD)和结节性硬化症(tuberous sclerosis complex，TSC)脑组织标本中时钟基因显著减少。在小鼠模型中，基因CLOCK缺失引起睡眠相关癫痫发作，敲除基因CLOCK直接导致癫痫发作，而不是视交叉上核介导的连锁变化，BMAL1-CLOCK复合体表达降低，其抑制基因PER和CRY表达也降低[5]。树突棘减少和兴奋性锥体细胞电生理改变伴随着CLOCK的缺失，致使阵发性去极化改变。Gerstner等[6]报道，基因BMAL1直接参与癫痫发生，编码CLOCK分子伴侣形成BMAL1-CLOCK复合体，敲除BMAL1会降低内源性昼夜节律改变。时钟基因DBP、TEF、HLF是BMAL1-CLOCK复合体的下游基因，敲除这三种基因后小鼠发生睡眠相关癫痫[6]。因此，时钟基因复合体BMAL1-CLOCK功能降低可能诱发癫痫，同时导致下游转录因子的数量减少。

mTOR受昼夜节律系统的反馈调节，与癫痫等多种神经疾病有关。抑制基因TSC1/2突变后mTOR通路激活，引起TSC相关癫痫发作，mTOR抑制剂为患者提供新的治疗靶点[7]。生理情况GATOR与mTOR结合产生抑制作用，GATOR复合体突变后使mTOR通路激活，引起夜间额叶癫痫，病理生理情况下基因DEPDC5、NPRL2、NPRL3突变与FCD相关癫痫有关，同时引起昼夜节律紊乱[8]。Lipton等[9]报道，mTOR与昼夜节律系统相互作用，mTOR的关键翻译因子S6K1参与调节蛋白合成，进一步调控时钟基因CLOCK的周期和节律，S6K1激酶磷酸化激活基因BMAL1，对翻译合成蛋白至关重要。综上所述，激活mTOR通路会改变时钟基因BMAL1-CLOCK复合体及下游转录因子的功能，从而导致癫痫发作和昼夜节律变化。

转录因子BMAL1-CLOCK与位点E-box结合后调节一系列时钟基因的转录：①调控基因PER和CRY编码阻遏蛋白，阻遏蛋白CRY和PER反馈抑制BMAL1-CLOCK复合体；②调控时钟基因DBP、HLF、TEF的转录。时钟基因在蛋白合成过程受mTOR磷酸化影响，GATOR1是mTOR上游的复合体，生理情况下抑制mTOR，防止BMAL1-CLOCK复合体过度磷酸化激活。

3 癫痫发作的时间分布与激素分泌变化

3.1 癫痫发作的时间分布 癫痫发作不同情况的时间分布特点不同，与睡眠觉醒周期相关。闭环植入式神经刺激器系统能监测神经元活动，记录癫痫发作的时间分布[10，11]。癫痫发作时间段主要与内源性昼夜节律关系密切。额叶癫痫主要发生在睡眠期间，白天黑夜均会出现，全面性癫痫发作主要发生在清醒期和白天[12]。颞叶癫痫大多发生在清醒状态，内侧颞叶癫痫发作呈双峰分布，第一次高峰在傍晚，第二次高峰在次日清晨[13]。枕叶、顶叶癫痫发作昼夜分布的研究较少，枕叶癫痫多在白天清醒发作，顶叶癫痫发作尚无明确节律分布。遗传性癫痫、睡眠相关运动性癫痫与发作起始区位置无关，多在非快速眼动睡眠时期发作[14]。癫痫猝死多发生在清晨或夜间[15]，除环境因素外其机制可能与5-羟色胺、腺苷、去甲肾上腺素有关。癫痫发作时间分布特点(见表1)。

间期癫痫样放电(interictal epileptiform discharges IEDs)与发作起始区位置无关，在夜间达到峰值[16]，在快速眼动睡眠期IED可能起源于癫痫灶半球[17]。IED从间期到发作的转变受到昼夜节律调控[16]。癫痫发作的日间模式也受癫痫类型、发作部位、年龄等因素的影响[18，19]。脑电地形图分析显示：额区慢波斜率在非快速眼动睡眠期下降最为突出，慢波斜率的昼夜节律变化在中央和枕区更为明显[20]。昼夜节律调节睡眠结构和时长、皮质兴奋性等，剥夺睡眠后癫痫发作概率升高，兴奋抑制失衡，皮质兴奋增加[21]。综上所述，癫痫灶位置不同、发作类型不同、癫痫原因不同，其发作时间段分布差异明显。

3.2 癫痫发作与激素分泌节律变化 内分泌系统节律变化与癫痫发作概率存在相关性，如皮质醇、褪黑素、催乳素、5-羟色胺、腺苷等。顶叶癫痫发作概率在0点至16点与皮质醇节律变化相似，但16点至22点发作概率再次升高；枕叶癫痫发作概率在0点至12点与皮质醇节律变化相似，但16点至18点发作概率最大；额叶、颞叶发作概率与皮质醇变化无明显线性关系[22]。痫样发作后催乳素升高，全面强直阵挛性发作后生长激素升高，热性惊厥患者褪黑素在非发作期偏低，发作时急剧升高[23]。腺苷可以使神经元兴奋性与抑制性达到平衡终止癫痫发作，5-羟色胺对难治性颞叶癫痫发作有抗惊厥作用[24]。癫痫发作与激素节律和浓度变化特点(见表1)。

图1 时钟基因转录翻译合成蛋白模式图

癫痫发作不同情况激素浓度和节律变化时间分布顶叶癫痫枕叶癫痫额叶癫痫颞叶癫痫癫痫样发作后全面强直阵挛发作热性惊厥IEDs癫痫猝死0点至16点与皮质醇节律相似0点至12点与皮质醇节律相似与皮质醇节律变化无明显关系与皮质醇节律变化无明显关系催乳素升高生长激素升高褪黑素急剧升高-可能与5-羟色胺、腺苷等有关-白天或清醒期,傍晚峰值主要在睡眠期清醒期,内侧颞叶呈双峰分布-主要在清醒期和白天-多在夜间达到峰值多在清晨或夜间发生

4 癫痫发作预测与生物钟治疗

影响癫痫患者生活质量的主要因素是发作的难以预测性[25]，根据癫痫类型、长程视频脑电图记录等可以预测癫痫发作[18]，但对于发作频繁患者来说帮助欠佳，不足以让他们调整生活方式和用药时间。颅内电极有助于局灶性癫痫发作预测[26]，但颅内电极尚未普及，因此新研发可穿戴等无创设备监测发作也许是未来的方向[27]。皮下电极的研发，为更多癫痫人群提供有创性较小的检测方法。生物钟疗法需要掌握最佳用药时间和剂量，控制癫痫发作兼顾改善睡眠[28]。在癫痫发作频繁期间给药是最佳时间，根据睡眠觉醒周期、昼夜节律和历史记录等找到高发作频率段，给予大剂量抗癫痫药物。因此，有效的预测癫痫发作是生物钟治疗的基础。

脑电记录分析能评估癫痫兴奋性[26]，一些治疗方法基于这些历史记录：联合使用缓释剂和速效剂，使用闭环药物泵，通过刺激或光遗传学调节受体等[29]。褪黑素能控制癫痫发作，但不能降低发作频率[6]。光治疗可以改善局灶性癫痫发作，但对其他类型会诱发癫痫[30]。抗癫痫药物吸收和清除受到个体因素影响，不同机体血药浓度不同。药物与时钟基因产生相互作用，丙戊酸钠会破坏昼夜节律因子的转录能力[31]。抗癫痫药物引起的日间嗜睡，白天停药或更换药物，晚上高剂量给药控制效果显著[32]。夜间高发患者，给药方案调整为晚上高剂量用药，治疗效果理想[33]。靶向药、短效药通过系统或者局部泵入可以减少副作用。综上所述，生物钟疗法需要掌握癫痫发作的时间分布和激素变化规律，制定个体化的给药时间和给药途径，需要依据患者具体情况精准治疗。

5 总结与展望

癫痫发作与昼夜节律关系的研究，目前取得较大进展但仍有局限性。现阶段研究多为临床研究，大多数监测需要在医院完善，家庭中不能普及开展。对癫痫发作有效预测至关重要，可以提高风险评估和生物钟治疗，调整给药时间、给药途径减少药物副作用，因此研发更方便的监测设备是未来一个探究方向。时钟基因BMAL1-CLOCK复合体与mTOR通路相互作用诱发癫痫、导致昼夜节律紊乱，这可以指导未来基因治疗。不同类型癫痫发作的时间分布不同、激素变化不同，这可以指导生物钟用药。进一步探究激素分泌与癫痫关系的分子机制，可以从内分泌角度寻找控制癫痫发作的新思路。昼夜节律系统是一个复杂的整合系统，从这个角度研究癫痫发作有广阔前景，尤其是精准预测癫痫发作(未病先防)，可以极大改善患者生活质量。研究昼夜节律变化与癫痫发作之间的关系，能更好地理解癫痫发作的机制，对癫痫预防和治疗有重要的意义。