核苷调节系统参与调控癫痫的相关研究进展

2021-01-02顺综述

中风与神经疾病杂志 2021年3期

刘顺综述

癫痫是一种神经系统常见的慢性、反复发作性疾病[1]。截至目前，癫痫的发病机制仍不明确，防治措施有限，其中30%左右的患者使用药物治疗后病情依旧不能得到有效控制[2]。长期反复的癫痫发作不仅使得癫痫患者身心健康受到严重影响，也给其家庭带来了沉重的经济负担，癫痫患者及其家庭长期受他人歧视的现象亦不少见。目前神经递质调控失衡参与癫痫的机制研究，已成为神经科学领域研究的重点和热点。核苷作为一种神经递质，不仅参与调节脑内不同的生理和病理过程，还与癫痫的发生发展过程有密切相关性[3]。核苷调节系统由核苷、核苷代谢酶、核苷受体和核苷转运体组成，在调节神经递质系统的生理和病理效应方面具有关键作用[4，5]。本文拟对核苷调节系统调控癫痫的相关研究进展作一综述。

1 不同核苷及其受体与癫痫之间的相关性研究

核苷主要由五碳糖(核糖或脱氧核糖)与碱基(嘌呤或嘧啶碱)缩合而成，包括核糖核苷(腺苷、鸟苷、胞苷和尿苷)和脱氧核糖核苷(脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷)两类，在与癫痫相关性的研究中，主要涉及腺苷、鸟苷、胞苷和尿苷[6]。

1.1 腺苷与癫痫的相关性研究腺苷作为一种重要的神经调节剂，通过介导相应受体，作用于神经免疫反应、血脑屏障渗透性、突触传递、神经元兴奋性和细胞生物能等机制[7]。胞外腺苷与胞外三磷酸腺苷(ATP)水平的维持和调节主要由胞外ATP酶、胞外二磷酸腺苷酶(胞外ADP酶)、胞外5’-核苷酸酶(胞外5’NT)、胞外腺苷激酶(胞外ADK)和胞外腺苷脱氨酶(胞外ADA)所介导[8]，腺苷和一磷酸腺苷(AMP)是激活嘌呤受体P1和P2的信号分子。P1受体属于G蛋白偶联受体家族，包括A1、A2A、A2B和A3四类亚型，主要由腺苷激活；P2受体包括P2X和P2Y两类，主要由核苷酸(ATP、ADP和UTP等)激活[9]。胞外腺苷通过激活A1受体，抑制突触前兴奋性神经递质的释放和突触后细胞膜的超极化，从而实现抗癫痫作用[10]，且A1受体蛋白在早期癫痫发作时表达增加，在晚期癫痫发作时减少[11]。腺苷的抗癫痫活性与其细胞外浓度的增加有关，实验证实胞外腺苷的增加能有效抑制癫痫点燃模型、海人藻酸和荷包牡丹碱诱导的癫痫发作[12]，且应用腺苷激酶(ADK)抑制剂、腺苷摄取抑制剂均对治疗癫痫发作有一定效果[13]。研究还发现，A1受体亚型的激活与生酮饮食(KD)的抗癫痫作用有关，主要通过增加腺苷水平从而降低DNA甲基化，达到治疗癫痫的目的[14]。此外，A1受体的激活还具有抗惊厥、抗抑郁等作用[15]。SD大鼠长期暴露于低剂量的咖啡因会降低兴奋阈值，从而增加癫痫发作的可能性，主要归因于A2A受体的拮抗作用[16]。近年来，研究发现A2A受体拮抗剂不仅对帕金森病的临床前预防具有一定的效果[17]，也对大鼠癫痫持续状态中海马神经元的损害具有保护作用[18]。在癌症、肾脏疾病和糖尿病中，调控A2B受体对疾病转归具有一定影响，且在调节血管疾病和肺病中具有重要性[19]，A3受体则主要参与慢性神经病理性疼痛的发生发展[20]，但目前暂未发现A2B、A3受体在癫痫的发生发展中具有重要作用。腺苷激活A1、A2A受体，影响癫痫活动，是近年来研究的热点，深入了解及剖析其中的激活及调节机制，有利于为开发新的抗癫痫药物奠定基础。

1.2 其他核苷与癫痫的相关性研究非腺苷核苷，如尿苷、鸟苷和肌苷，可通过血脑屏障进入大脑，也可通过脑内核苷酸酶作用于胞内或胞外核苷酸代谢产生，从而降低细胞外兴奋性神经递质谷氨酸的水平或增加γ-氨基丁酸(GABA)能抑制作用，参与癫痫的病理生理过程[21]。非腺苷核苷及其类似物不仅能够改变大脑的兴奋或抑制平衡，还可以通过改变星形胶质细胞功能，影响神经元网络，从而调控癫痫发作[22]。实验已证实肌苷对喹啉酸诱导的癫痫发作具有抗惊厥作用，可提高戊四氮、荷包牡丹碱和印防己毒素诱导的癫痫发作的阈值，并对抗由犬尿氨酸、咖啡因诱导的癫痫发作[21]。鸟苷对喹啉酸诱发的癫痫发作具有保护作用[23]。尿苷对青霉素、荷包牡丹碱和戊四唑诱发的癫痫发作亦有一定保护作用，且在电休克模型和人类癫痫研究中也具有一定的价值，并对海马点燃模型、石杉碱诱发的癫痫持续状态和遗传性癫痫大鼠均具有抗癫痫作用[24]。在荷包牡丹碱、电休克、氨基吡啶和戊四唑诱发癫痫发作后，脑内尿苷、鸟苷和肌苷水平升高，这可能与它们的保护性内源性抗癫痫作用有关[3]，尿苷、鸟苷和肌苷也可通过不同途径对失神性癫痫活动产生影响[21]。有学者提出，尿苷、鸟苷和肌苷及其衍生物可能是治疗癫痫的有效且安全的抗癫痫药物，未来可能成为治疗药物难治性癫痫的潜在药物[24]。

2 核苷转运体与癫痫之间的相关性研究

研究表明，腺苷和非腺苷核苷都可以通过两种核苷转运蛋白，即平衡型核苷转运蛋白(ENT)与浓度型核苷转运蛋白(CNT)在神经元和神经胶质细胞之间转运[25]。

2.1 ENT与癫痫的相关研究由SLC29基因编码的平衡型核苷转运体(ENT)是一种双向的被动核苷转运体，主要位于细胞膜上，它可以沿着浓度梯度方向转运底物。迄今为止，在哺乳动物中共发现了4个ENT家族成员(ENT1-ENT4)，其中ENT1和ENT2在多种组织中是核苷跨细胞膜转运的主要转运体，在大多数细胞类型和组织中，ENT1和ENT2运输广泛的嘌呤和嘧啶核苷，ENT2则主要运输碱基[25]，从而调节细胞内外的核苷水平，作用于中枢神经系统、心血管系统和肾脏系统的嘌呤能系统[26]。在许多病理生理条件下，如心肌缺血、炎症或糖尿病肾病中，ENT已成为可靠的治疗靶点，以减少腺苷再摄取，促进保护和抗炎作用[26]。

实验证实ENT1不仅可以平衡细胞内外腺苷的浓度，还可以影响腺苷A1受体功能。正常生理条件下，抑制ENT1可以导致神经元胞外腺苷水平上升，而增强ENT1的活性，可以使得神经元吸收腺苷增加，神经元胞外腺苷水平下降[27]。在脑缺血缺氧后，此时ENT1的对腺苷的转运趋势是由胞内向胞外，可使得胞外的腺苷水平明显升高[28]。然而，又有学者通过在体外模拟缺血缺氧条件，发现ENT1转基因鼠的海马脑片中ENT1对腺苷的转运功能与正常生理情况下相一致，即腺苷的转运趋势是由胞外向胞内转运[29]。我们团队已证实了DRP1介导的线粒体动力学失衡影响ATP的生成，致腺苷生成障碍，干扰了ENT1的功能，从而导致兴奋性氨基酸递质的改变，可能是癫痫的发病机制之一[30]。近期实验研究发现，可通过抑制ENT1，从而抑制腺苷信号传导，减轻癫痫大鼠癫痫发作的严重程度，延长发作潜伏期[31]。基于病理状态下ENT1对腺苷的转运功能的复杂性，癫痫后ENT1对腺苷的具体转运机制尚无明确研究报道。但不可否认的是ENT1可通过多种通路及代谢途径影响胞外腺苷水平，在癫痫的发生发展中起着关键作用。ENT2的缺失对脂多糖诱导的小鼠神经炎症和血脑屏障功能障碍具有一定的保护作用[32]，长期接触阿片类药物可使得海马细胞胞外腺苷浓度显著升高，从而损伤海马长时程增强和空间记忆，腺苷的积累主要受腺苷摄取的改变影响，而ENT2在降低腺苷摄取中起着关键作用[33]。但目前研究暂未发现ENT2与癫痫之间存在密切关联。

2.2 CNT与癫痫的相关性研究 CNT由SLC28基因所编码，通常存在于上皮细胞和其他特殊细胞，包括中枢神经系统(CNS)细胞中，作为核苷和核苷药物的转运体。CNT家族由3种已知的转运体亚型组成：CNT1、CNT2和CNT3。三类CNT亚型都能转运尿苷，但对其他核苷具有不同的选择性，CNT1可转运嘧啶核苷，CNT2转运嘌呤核苷，CNT3两者均可转运，此外三类亚型均可转运抗癌、抗病毒类核苷药物[34]。最近研究显示，在1例无热性强直阵挛性发作的癫痫患儿中，可能存在由SLC28 A1基因突变导致了一种新的先天性代谢障碍，其主要原因可能是CNT1的活性受到破坏[35]。