Orexin与嗜睡的研究进展

2021-12-23赵梦珂唐吉友

临床神经病学杂志 2021年4期

赵梦珂，唐吉友

Orexin能神经元是一组主要由下丘脑外侧区产生的兴奋性神经多肽，包括Orexin-A和Orexin-B，可以激活两个密切相关且与G蛋白耦联的细胞表面受体(OX1R和OX2R)。嗜睡是一种神经功能性疾病，其相关影响因素多，且病理生理机制尚未完全明确，所以诊断和治疗比较困难。研究[1]证实，Orexin-A对嗜睡症的敏感性高，有利于早期筛查出有嗜睡疾病倾向的患者，但特异性尚不明确。本文对Orexin与嗜睡相关性疾病的关系、诊断价值及应用前景综述如下。

1 Orexin系统对睡眠-觉醒的调节

1.1 睡眠-觉醒调控机制睡眠-觉醒周期包括觉醒、快速眼动(REM)睡眠和非快速眼动(NREM)睡眠。这种周期性变化是脑干、间脑、皮层下核团等多个脑区相互作用的动态平衡的结果。

调控睡眠-觉醒周期的中枢机制[2-3]包括睡眠核团[如下丘脑腹外侧视前区(VLPO)及腹内侧被盖核(RMTg)内的GABA神经元]以及觉醒核团[如Orexin神经元、谷氨酸能神经元、乙酰胆碱(ACh)能神经元、去甲肾上腺素(NE)能神经元等]，其中Orexin系统在睡眠-觉醒及昼夜节律调控中发挥着重要作用[4]。在神经环路层面，Orexin神经元主要是通过两方面来调节睡眠-觉醒过程。一方面通过激活去甲肾上腺素(NE)神经元、5-羟色胺(5-HT)能神经元等具有促觉醒作用的单胺能神经元上的Orexin受体产生投射并形成环路来维持清醒状态；另一方面，在睡眠期间十分活跃的GABA能神经元受到刺激时，能有效抑制Orexin神经元活性，促使向睡眠状态转换。体内记录[5]显示，与安静的清醒状态相比，活跃的清醒状态时Orexin激活较快，而在REM睡眠和NREM睡眠时激活显著降低，提示Orexin与睡眠-觉醒的调节有着密切联系。

1.2 Orexin神经元是促觉醒的关键神经元一直以来，Orexin神经元被认为在调节睡眠-觉醒调控机制，特别是维持哺乳动物的促觉醒方面起着关键作用。Branch等[6]培育Orexin-tTA小鼠模型发现，Orexin神经元越少，小鼠越难维持清醒状态。Chowdhury等[7]通过同源重组系统培育Orexin-重组酶(Flp)敲入小鼠发现，Orexin神经元在维持觉醒方面如觉醒增加、REM期睡眠和NREM期睡眠减少等起着重要作用，并认为这种模型可用于嗜睡症的病理生理学以及基于Orexin神经传递的药理学研究。

2 Orexin与嗜睡

2.1 发作性睡病发作性睡病以难控制的嗜睡、发作性猝倒、睡瘫、入睡幻觉及夜间睡眠紊乱为主要临床特征，是继睡眠呼吸障碍之后引起日间嗜睡的第二大病因，其基本特征是不可预测和不可抗拒的嗜睡发作以及从清醒状态直接过渡到REM睡眠即突发性REM(SOREM)[8]。较多研究[9-11]表明，发作性睡病患者Orexin-A水平下降，导致其与受体结合减少，减弱REM睡眠抑制脑区的活性，进而REM睡眠激活脑区活性增强，导致REM睡眠增多，潜伏期缩短，严重时可能会出现猝倒。流行病学调查[12]显示，多达10%的猝倒症患者Orexin-A水平正常，原因可能是Orexin受体及其下游通路的特异性损伤，而与部分Orexin配体结合减少。

2.2 特发性睡眠增多(IH) IH是一种中枢性嗜睡障碍，又名特发性CNS过度睡眠，其特征是严重的白天过度嗜睡(EDS)、长时间的夜间睡眠和睡眠惯性，但在多次小睡睡眠潜伏期试验(MSLT)上没有SOREM片段(SOREMPs)。通常在青春期发病，女性更为常见，由于没有明确的诊断标准导致患病率和发病率不详。有临床研究[13]对IH患者进行CSF检测发现，大部分患者Orexin-A水平高于200 pg/ml，仅3例患者较低(分别为152、189、198 pg/ml)，提示Orexin功能障碍与IH发病没有必然联系。但少部分IH患者的Orexin-A低于正常水平，需要进一步的研究来明确IH的病理生理机制。

2.3 克莱恩-莱文综合征(KLS) KLS是一种罕见的神经系统疾病，特点是伴有认知障碍和性欲亢进等行为异常的嗜睡发作。Lopez等[14]分别检测2例KLS患者发作时和发作后的Orexin-A水平发现，发作期Orexin-A水平较低，而无症状期水平正常，考虑是急性炎症物质释放到下丘脑后外侧致功能障碍，从而抑制Orexin神经元的活性。进一步研究[15]表明，KLS发作期左内侧丘脑灌注减少，同时谷氨酰胺代谢产物增加。Orexin是KLS潜在的生物标志物，需进一步通过纵向研究来衡量其诊断价值及对患者异常行为和自主神经功能障碍的评估价值。

2.4 睡眠不足综合征睡眠不足综合征是因急性或慢性睡眠剥夺等行为缩短睡眠时间而导致的EDS，如失眠、不宁腿综合征、情绪心理等，若无法解释其病因，则诊断为原发性失眠。有研究[16]报道，狗在剥夺睡眠24 h后CSF中Orexin-A水平升高，证实了睡眠剥夺时Orexin神经元被激活，为之后的临床研究奠定了基础。Tang等[17]研究发现，失眠患者的血浆Orexin-A水平含量明显高于正常对照组。除了改变患者生活行为及心理等治疗方法，很多研究[18-19]还从睡眠-觉醒周期入手治疗原发性失眠，如Orexin受体拮抗剂。

2.5 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS) OSAHS是最常见的睡眠障碍，特征是睡眠期间上呼吸道周期性的狭窄阻塞致通气减少，甚至出现间歇性的低氧血症和高碳酸血症。OSAHS患者常伴有EDS、疲倦、不清醒、夜尿、烦躁等。若持续气道正压通气(CPAP)和针对可逆因素治疗后，患者EDS发病率仍较高[20]，则考虑觉醒系统的不可逆损伤。既往报道[21]提出，Orexin在OSAHS的发病机制中发挥重要作用，并且是大脑中对CO2/H+最敏感的神经元。Dergacheva等[22]研究了低氧血症和高碳酸血症的大鼠下丘脑Orexin变化发现，神经元的放电活性受到了抑制，特别是在OSAHS最严重的REM睡眠期，Orexin-A水平下降。而呼吸暂停低通气指数(AHI)和Epworth嗜睡量表(ESS)只是从电生理、主观方面评估了OSAHS患者病情的严重程度，但Orexin的相关研究从分子生物学的角度研究这类疾病的严重性以及对CNS损害的程度。

3 Orexin的应用

3.1 Orexin对1型发作性睡病的诊断 Nishino等[23]报道1型发作性睡病患者Orexin-A水平显著下降。既往动物研究[24]发现，Orexin2R突变是发作性睡病的主要病因。但Peyron等[25]发现，CSF Orexin浓度较低的74例发作性睡病患者没有Orexin前体或受体基因的突变。同年Thannickal等[26]对16个死亡人类大脑(其中4例发作性睡病患者和12名正常患者)的下丘脑进行Orexin免疫染色发现，发作性睡病患者大脑Orexin细胞减少了85%～95%，同时下丘脑原纤维酸性蛋白较对照组显著升高，证实了发作性睡病患者Orexin细胞的丢失，提示Orexin神经元与自身免疫攻击或特定环境/生物毒素引起Orexin神经元敏感性的改变有关。

为了证实1型发作性睡病患者存在Orexin神经元丢失，Orexin神经肽的产生减少，Crocker等[27]研究发现，正常人下丘脑部分Orexin神经元产生强啡肽、谷氨酸和NARP蛋白，但发作性睡病患者的这些基因产物数量随着Orexin神经元丢失而减少，提示嗜睡症是由Orexin神经元自身损失引起的，但原因尚不明确。Honda等[28]对下丘脑进行基因表达谱分析发现，Orexin神经元中表达了一种胰岛素样生长因子结合蛋白3(IGFBP3)。由于该蛋白质与Orexin细胞共定位，考虑其为一种自身免疫攻击Orexin神经元的抗原。通过对比262例CSF中Orexin水平正常的存在或不存在嗜睡症状者的DNA样本发现，IGFBP3多态性调节Orexin，过表达IGFBP3的患者Orexin的mRNA和神经肽含量较低，进而觉醒减少，提示IGFBP3可参与调节Orexin的水平，但仍有待于进一步研究证实两者之间的调控关系及作用机制。在临床上，CSF Orexin水平≤110 pg/ml或低于以同一标准检验的正常对照者平均值的1/3对1型发作性睡病有诊断价值[29]。

3.2 Orexin双受体拮抗剂的临床应用 Orexin相关研究为发作性睡病和失眠等睡眠障碍患者的治疗提供了理论支持。Irukayama-Tomobe等[30]对发作性睡病小鼠模型进行Orexin受体激动剂治疗发现，该治疗可逆转症状的发作。Orexin受体拮抗剂用于治疗原发性失眠引起了人们的关注并取得一定的成果，但目前仍处于临床试验阶段。

苏沃雷生是一种已被批准用于治疗失眠的Orexin双受体拮抗剂，可以选择性的与OX1R和OX2R结合发挥作用[18]。在此之前，有SB-334867、SB-408124、SB-674042、SB-649868、阿莫伦特(Almorexant)等亚型选择性拮抗剂或双受体拮抗剂的相关研究[19]显示，上述药物在减少进入NREM期的潜伏期缩短、增加睡眠时间等作用尚可，双受体拮抗剂在促进睡眠方面较亚型选择性拮抗剂更有效，但可能存在某些不良反应，故未用于临床。苏沃雷生可以显著降低睡眠的潜伏期，但不会导致发作性睡病样症状，Orexin受体拮抗剂治疗失眠的作用位点等生理机制仍需进一步研究。

4 Orexin在嗜睡中的应用前景

嗜睡的病因很多，针对不同的病因治疗方案不同，故有必要区分生理及病理性嗜睡。在纠正了患者的作息、饮食、心理、药物服用以及共发疾病治疗等因素后，患者嗜睡症状仍不见好转，则需考虑Orexin缺乏。Orexin替代治疗是治疗嗜睡症最有效的方法，但其不能完全穿透血-脑屏障，因此有几种替代Orexin在大脑中作用的方法：Orexin基因治疗或细胞移植、鼻内注射等[30-31]。

4.1Orexin基因治疗近年来不断有研究[32-33]通过重组相关病毒载体将Orexin基因转移到嗜睡小鼠下丘脑外侧、纹状体、黑色素浓集激素、杏仁核及背外侧脑桥等神经元，结果发现，只有转移到下丘脑外侧、杏仁核、背外侧脑桥的神经元可以有效改善小鼠的觉醒、运动、REM期的时间、自发和情绪诱导的猝倒。这表明了基因转移存在位点特异性，一旦确定位点，那么基因治疗可应用于临床。

4.2 Orexin细胞移植 Arias-Carrión等[34]将Orexin神经元植入嗜睡大鼠体内，移植21 d后的大鼠REM期缩短、睡眠改善、清醒期间的清醒能力增强，证实了Orexin移植物可有效减轻嗜睡。但应用于临床尚存在以下几个方面的问题：尚不清楚需要恢复多少神经元才能完全消除嗜睡症状、移植物在宿主组织存活的时间及存活率、免疫排斥反应、因诱导多能干细胞发生肿瘤及成本问题。

4.3 鼻内注射Orexin 经鼻注射是将Orexin穿过血-脑屏障输送到CNS的无创旁路方法。动物实验[35]发现，经鼻给Orexin到达CNS的量相比静脉增加了5～8倍，相关不良反应更少。经鼻给药研究进展如下：(1)REM数量减少进而减少觉醒到REM期的过程[36]；(2)患者注意力分散测试中平均反应时间更短、错误更少[37]；(3)在鼻给的Orexin制剂中添加1%的苯肾上腺素可使进入CNS的Orexin含量增加1.6～6.8倍[38]；(4)通过抗转铁蛋白受体的抗体组成“通道”，可以促进受体介导的胞吞，帮助Orexin穿过血-脑屏障[39]。因此，鼻内注射Orexin治疗嗜睡患者是一种潜在的治疗策略。