腺苷与癫痫发病机制研究

戚孟琪 吕玉芹 徐 雯 张敬军

山东第一医科大学第二附属医院，山东泰安 271000

癫痫是神经系统常见病，发病机制尚未阐明。腺苷全称为腺嘌呤核苷，是一种在中枢神经系统中广泛存在的内源性神经元兴奋调节剂、抗痫剂及神经保护剂，主要通过突触前抑制和稳定突触后膜电位起作用。目前腺苷的抗痫机制及疗效是国内外研究重点之一。本文将对腺苷抗痫机制及其疗效进行综述。

1 腺苷生物合成及其功能

腺苷生物合成包括以下途径：①腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）在5-核苷酸酶作用下脱去磷酸转化成腺苷；②腺嘌呤与1-磷酸核糖作用转变成腺苷和磷酸；③S-腺苷同型半胱氨酸水解后产生腺苷和同型半胱氨酸；④神经元和星形胶质细胞释放三磷酸腺苷（adenosine triphophate，ATP），经胞外核苷酸酶（ecto-nucleotidase，E-NTPDases）作用快速降解为腺苷。腺苷在脑组织中表达丰富，其在脑中的主要生理作用：神经突触调节剂，有助于增强神经元回路信息；星形胶质细胞调节剂，调控新陈代谢和星形胶质细胞摄取神经递质能力；星形胶质细胞向神经元传递信号，将星形胶质细胞激活与异源性突触抑制关联；少突胶质细胞分化和功能调控器；小胶质细胞调节剂，调节小胶质细胞增殖、能动性及反应性；小胶质细胞向神经元传递信号，调控小胶质细胞激活后短期突触可塑性；内皮调节剂，通过舒张脑内毛细血管调控神经血管耦合，从而影响神经元网络功能的可持续性［1］。

2 腺苷的抗痫机制

腺苷的抗痫作用复杂，其机制尚未完全阐明，可能通过下列机制发挥抗痫作用。

2.1 腺苷受体分类、分布及抗痫机制

腺苷与4 个7-跨膜G 蛋白偶联受体相互作用介导其生理作用，根据序列同源性和药理学将其受体分为A1、A2a、A2b、A3。每个腺苷受体亚型都有明确的组织分布和第二信使耦合，其在调节神经元兴奋性及调控炎症等方面发挥重要作用。腺苷作为一种非经典的神经递质，主要通过突触前及突触后的腺苷A1 和A2 受体亚型影响神经元活动。通过这种调节作用，腺苷在不直接干扰突触后γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）或谷氨酸受体的情况下影响神经元兴奋及抑制的平衡［2］。（1）在中枢神经系统中，A1 受体主要在大脑皮层、小脑、海马和脊髓背角中高度表达。①在突触前膜，腺苷激活A1 受体抑制腺苷酸环化酶，从而 减 少 环 磷 酸 腺 苷 （cyclicadenosine-3′，5′monophosphate，cAMP）含量，调节 cAMP 依赖性蛋白激酶活性，降低膜对离子的通透性及神经细胞兴奋性，从而起到抗痫作用；②在突触前膜，腺苷激活A1 受体从而激活磷脂酶C，增加三磷酸肌醇含量，刺激细胞内Ca2+释放并抑制N 型、Q 型和P型钙通道，导致Ca2+内流减少，进而抑制谷氨酸释放，降低神经兴奋性，产生抗痫作用；③在突触后膜，腺苷激活A1 受体从而激活钾离子通道，增加K+外流，导致膜超极化，从而降低神经兴奋性并保护神经元［3-4］。（2）A2a 受体在纹状体、伏隔核及嗅觉结节中高度表达，但在皮层和海马中低表达。①腺苷激活A2a 受体，从而激活电压敏感性钙通道，导致Ca2+内流增加，促进谷氨酸释放及增强离子型谷氨酸受体活性，从而诱发癫痫发作；②腺苷激活A2a 受体，降低突触前抑制系统的效率，从而减弱腺苷与A1 受体结合所产生的抗痫作用［1］。（3）A2b 受体主要存在于星形胶质细胞。（4）A3 受体在人小脑和海马中中等表达，而在大脑大部分区域低水平表达。虽然A2b 及A3 受体在大脑中低表达且对腺苷亲和力低，但腺苷与A2b 及A3 受体结合导致GABA 释放减少，诱发癫痫发作。研究报道，A3 受体激活导致A1 受体异源脱敏，使A1受体对激动剂不敏感，进而降低激活A1 受体所起到的抗痫作用［5］。

2.2 腺苷其他抗痫机制

2.2.1 腺苷与ADK 及ADA 中枢及外周神经系统中，腺苷激酶（adenosine kinase，ADK）是调节细胞间质和细胞内腺苷水平的关键酶。腺苷代谢的病理性改变，特别是星形胶质细胞内ADK 的表达增加，在癫痫发生中起着重要作用。大多数腺苷通过 ADK 产生 AMP 进一步生成 ATP，ATP 在E-NTPDases 作用下生成腺苷，完成腺苷的循环，这是腺苷代谢的主要途径之一。因此，抑制ADK活性将使突触内腺苷含量增加，从而控制癫痫发作［6］。

腺苷在腺苷脱氨酶（adenosine deaminase，ADA）的作用下生成肌苷，再经核苷酶催化产生次黄嘌呤和次黄嘌呤核苷酸，最后生成为尿酸。因此，抑制ADA 活性将使细胞外腺苷含量增加，起到抗痫作用［7］。

2.2.2 腺苷与DNA 甲基化 DNA 甲基化是表观遗传修饰方式之一，能诱发癫痫发作。DNA 甲基化需要在DNA 甲基转移酶作用下由S-腺苷甲硫氨酸提供一个甲基群，生成产物DNA-CH3及S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosylhomocysteine，SAH），SAH 在S-腺苷同型半胱氨酸水解酶作用下进一步转化为腺苷与同型半胱氨酸［8-9］。只有在不断去除腺苷和同型半胱氨酸情况下，才能继续进行DNA 甲基化［10］。因此，腺苷作为 DNA 甲基化最终产物，其增多能够抑制DNA 甲基化，从而达到抗痫作用。

2.2.3 腺苷与LncRNA CASC2 LncRNA 与癫痫的发展密切相关，是一类重要的非编码RNA，具有200 多个核苷酸，在调节基因表达、表观遗传修饰及神经发育等方面发挥多重作用［11］，尤其是在星形胶质细胞分化中起关键作用［12］。长链非编码RNA 癌症易感性候选2（long noncoding RNAs cancer susceptibility candidate 2，LncRNA CASC2）在抗痫中的作用机制研究较少。通过大鼠腹腔内注射戊四氮（pentylenetetrazol，PTZ）建立癫痫模型来研究LncRNA CASC2 的生物学作用。根据行为测试和蛋白表达分析，LncRNA CASC2 通过调节磷酸和张力蛋白同源物的表达来抑制PTZ 诱导的癫痫发作，进一步抑制癫痫发展过程中腺苷代谢和星形胶质细胞活化［13-14］。一方面，LncRNA CASC2 过表达能够降低平衡核苷转运蛋白（equilibrative nucleoside transporter，ENT）活性，使细胞外腺苷向细胞内转移减少，进而增加细胞外腺苷浓度，产生抗痫作用；另一方面，LncRNA CASC2 过表达能够降低ADK 的活性，抑制腺苷代谢，使细胞外腺苷增多，进而抑制癫痫发作［14］。因此，LncRNA CASC2过表达导致腺苷增多可能成为腺苷抗痫的机制之一。

3 腺苷抗痫治疗

3.1 腺苷与CBD

大麻二酚（cannabidiol，CBD）是一种从大麻植物中提取的非精神活性衍生物，具有抗痫作用，其受体主要分为Ⅰ型受体（CB1 受体）和Ⅱ型受体（CB2 受体）［15］。美国食品和药物管理局批准药用级别的CBD 用于两种儿童期发作癫痫：Dravet 综合征和 Lennox-Gastaut 综合征［16］。CBD 作用机制尚未明确，可能通过以下机制发挥作用：腺苷信号调控和细胞内钙离子调控（通过G 蛋白偶联受体-55 动员和瞬时受体电位V1 型内流影响神经元Ca2+）［17］；CBD 通过增强腺苷介导的信号传导抑制癫痫发作，CB1 受体和A1 受体在谷氨酸能突触上共享一个共同的突触前信号机制，CB1 受体与A1受体之间相互作用，当细胞外腺苷水平增多时，A1受体对CB1 连接的G 蛋白的控制增加，间接调节CB1 抑制谷氨酸释放，进而起到抗痫作用［18］；CB1受体与A2a 受体在神经元兴奋性调节中起着协同作用，CBD 通过间接激活A2a 受体下调半胱天冬酶及逆转谷氨酸诱导的毒性作用，发挥神经保护作用［19］；其次，CBD 通过阻断 ENT 影响腺苷再摄取，增加细胞外腺苷浓度，从而降低神经元兴奋性，抑制癫痫发作［20］。

3.2 腺苷与KD

生酮饮食（ketogenic diet，KD）是部分难治性癫痫的一种替代疗法，尤其是儿童耐药性癫痫。KD 抗痫机制尚未完全阐明，目前主要集中在腺苷A1 受体、AMPA 型谷氨酸受体、电压依赖性Ca2+通道、ATP 敏感性K+通道、囊泡谷氨酸转运体、细胞死亡及乳酸脱氢酶的BCL-2 相关激动剂［21］。KD 通过肝脏代谢产生酮体输送至大脑，用作葡萄糖的替代能源，加速细胞内ATP 的产生［10］；KD通过提高ATP 浓度增加细胞内腺苷并通过ENT将细胞内腺苷迅速转移至细胞外，因此，ATP 增多能够升高细胞外腺苷浓度进而激活腺苷A1 受体产生抗痫作用。KD 通过两种途径抑制ADK 活性：细胞质中，阻断ADK-S 从而降低细胞内腺苷代谢，进一步增加细胞内外腺苷浓度；细胞核中，阻断ADK-L 从而阻断甲基在转甲基化途径中的流动，进一步减少 DNA 甲基化［22］，KD 对 DNA 甲基化的下调在停止饮食后仍然存在［23］。KD 通过增加脑内腺苷水平及抑制DNA 甲基化调节发挥其抗癫痫作用［24-25］。

3.3 腺苷与基因治疗

基因治疗是治疗难治性癫痫的一种新尝试，使用这种方式治疗癫痫会导致脑组织发生不可逆变化，因此相关病毒载体设计需要优化以保证其安全性及疗效［26］。目前，转基因包括ADK 基因、谷氨酸门控氯离子通道基因、电压门控钾离子通道基因、神经肽Y 基因等［27-28］。在癫痫患者脑中，通过降低过表达ADK 活性来增加腺苷水平，最终发挥抗痫作用。实验中病毒载体设计在星形胶质细胞启动子下以反义方向表达ADK 基因，从而减弱内源性ADK 基因过度表达，减少腺苷转化成AMP，提高内源性腺苷的水平，起到抗痫作用［5，7］。研究报道，释放腺苷的细胞或装置植入癫痫病灶内或附近为抗痫治疗带来了新的希望，该方法抗痫有效的可能机制如下：①腺苷持续局部释放能够避免全身使用腺苷所产生的较大外周副作用；②腺苷局部给药产生镇静或共济失调等中枢副作用较小；③细胞外腺苷增多可被ENT 转运至细胞内，不会引起细胞外腺苷积累［27］。

4 展 望

癫痫是中枢神经系统常见病，虽然目前已经发展了超过20 多种抗痫药物，但仍有1/3 患者为难治性癫痫。外科手术治疗方式对中枢神经系统结构及功能产生不可逆损害，因此寻求新治疗方法成为当前研究热点。研究发现，增强中枢神经系统内腺苷浓度具有抗痫作用，但其作用机制需进一步阐明。因此，进一步研究增强腺苷疗效，减少其不良反应，对提高癫痫的治疗具有重要意义。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突