癫痫发病机制研究进展

王荣杰，张双

(1.华北理工大学研究生学院，河北 唐山 063000；2.唐山市妇幼保健院小儿神经内科，河北 唐山 063000)

0 引言

癫痫是一种常见的严重神经系统疾病。目前，全球约有7000万癫痫患者，我国癫痫患儿数量众多，患病率为6‰[1]。癫痫发作对患者的认知和行为能力以及学习和记忆能力造成严重的影响[2-3]。对于癫痫的发病机制，目前普遍接受的学说是大脑异常放电导致中枢神经系统兴奋性与抑制性失衡所致，这种不平衡主要与免疫及炎症因子、离子通道、神经胶质细胞、突触传递等紧密相关。近年来，随着对癫痫发病机制的不断深入，多项研究发现，神经退行性蛋白，如α突触核蛋白(α-Synuclein α-Syn)、β淀粉样蛋白(Aβ)、Tau蛋白与癫痫有着密切联系。以下将对癫痫发病机制方面进行详细介绍。

1 免疫及炎症因子

越来越多的证据证实了免疫及神经炎症在癫痫等许多神经系统疾病的发病机制中起主要作用[4-5]。先天免疫系统的改变可累及周围神经和中枢神经系统，被认为是神经系统疾病的主要病因之一。因此，调节先天免疫系统因子和细胞，如单核细胞，粒细胞和树突细胞(DC)可以改善神经系统疾病[6]。补体系统是先天免疫的一个组成部分，补体激活共有三种途径，即经典途径、旁路途径和凝集素途径[7]。补体激活，促进炎症的发生，可导致神经和神经精神疾病，其中包括癫痫[7]。国外实验证实，在癫痫患者和动物模型中观察到细胞因子和免疫细胞功能产生改变[8-9]。此外，有人提出，炎症反应导致的血脑屏障(BBB)通透性增加，与各种癫痫综合征之间存在联系。炎症介质通过位于不同脑细胞上的相应受体激活各种信号通路[10]。在病理条件下，这种相互作用可能导致神经元损伤，其临床表现取决于受影响的大脑区域[11]。

尽管癫痫发生的确切机制尚不清楚，但据推测，神经炎症，无论是由于脑损伤还是全身炎症，都会改变大脑内的信息传递途径，对中枢神经系统中的所有细胞（如神经元和神经胶质细胞）造成影响。不平衡的介质和炎症分子的增加引起神经元过度兴奋，进一步导致癫痫的发生[12]。

1.1 促炎细胞因子(PIC)

PIC是最重要的炎症介质之一，与大脑炎症反应密切相关。有证据表明[13]，癫痫发作与PIC 水平升高有关，尤其是白细胞介素-1β(IL-1β)、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，表明神经炎症和 PIC对癫痫发生的影响。Vries等研究发现，在癫痫发作之前和之后神经胶质细胞和神经元中的PIC的浓度及其受体的表达均升高[14]。此外，相关研究表明进一步证实，PIC与其他致痫介质(如谷氨酸盐)有关，而谷氨酸可导致大脑过度兴奋，增加癫痫发生的风险。因此，确定PIC在癫痫发生中的作用可能有助于进一步解开癫痫的病理生理学之门。

1.2 先天免疫的Toll样受体(TLR)

TLR在神经炎症中也至关重要[5]。越来越多的证据表明，TLR4的活化可能诱发癫痫发作。高迁移率族蛋白1(HMGB1)是一种DNA结合蛋白，通过TLR4和晚期糖基化终产物受体(RAGE)调节细胞增殖、迁移和分化。TLR4是HMGB1的主要受体，HMGB1激活TLR4再通过Ca2+诱导癫痫发作。HMGB1还可以触发BBB的中断。在生理状态下，HMGB1在大脑中处于低水平状态，但在病理和炎症条件下，它可以作为损伤相关分子模式(DAMP)从受损细胞中分泌[15]。研究表明，HMGB1可能在炎症、缺氧或癫痫发作的刺激下从神经元、神经胶质细胞和内皮细胞分泌。Lauren等研究发现，在难治性癫痫患者血中HMGB1表达水平明显高于药物敏感、控制良好的癫痫患者和健康对照组[15]，这进一步证实了HMGB1与难治性癫痫的相关性。另一方面，Hosseinzadeh及其同事指出，用TLR4和TLR2配体预处理颞叶癫痫(TLE)大鼠模型可降低癫痫发作的严重程度[16]。此外，其他TLR，如TLR3和TLR7，也参与癫痫发作[17,18]。

2 离子通道

神经元通过快速的电活动进行交流，使神经系统协调感觉、行为和情绪。神经元内的离子通道是这些神经元电活动的主要信息载体。它们形成传导孔，允许选定的离子(Na+， K+，Ca2+， Cl-等)通过细胞膜并产生电信号，建立静膜电位，塑造动作电位的各个阶段[19]。遗传突变、病理改变或药物副作用引起的离子通道功能障碍可改变跨膜离子通量并引起神经功能障碍。已经确定了与癫痫相关的各种离子通道，包括电压门控离子通道，配体门控离子通道和其他离子通道。

2.1 电压门控钠离子通道(VGSC)

VGSC是一种对钠离子具有选择性及通透性的跨膜离子通道。通常是由α亚基和两个辅助β亚基组成。其中α亚基对通道的调节起重要作用。目前已发现10个VGSCs，分别命名为Nav1.1~ Nav1.9和Nav X[20]。其中的Nav1.1、Nav1.3和Nav1.6可能与动作电位的产生密切相关，而Nav1.2可能在动作电位的传导中发挥重要作用[20]。电压门控钠通道具有细胞膜去极化、动作电位的产生和传播、控制钠离子跨膜运动等功能，其异常会导致多种疾病。Nav1.1的异常可参与遗传性癫痫伴热性惊厥附加症(GEFS+)及Dravet综合征[21,22]。Nav1.2的异常与癫痫(主要是婴儿癫痫性脑病和良性家族性婴儿惊厥)或智力障碍有关[23]。Nav1.6异常与认知障碍、癫痫性脑病和共济失调相关[24]。

2.2 配体门控性钙离子通道

是由乙酰胆碱、甘氨酸和谷氨酸等神经递质激活的钙离子通道，有开放、关闭和失活3种状态。例如甘氨酸是体内一种重要的神经递质，可以作用于N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)受体，突触间隙的甘氨酸浓度受到甘氨酸转运体的调节，尤其是甘氨酸转运体-1(Gly T1)，因此，抑制GlyT1对突触间隙的甘氨酸的摄取以增强NMDA 受体的神经递质的作用，是开发新型抗癫痫药物的有效方法。

3 神经胶质细胞

中枢神经系统中有两类细胞:神经元和胶质细胞[25]。神经胶质细胞不产生动作电位，被认为是神经元的支持细胞。研究发现，胶质细胞在细胞多样性和功能方面优于神经元[26]。神经胶质细胞，包括星形胶质细胞，少突胶质细胞和小胶质细胞，通过修饰离子通道，间隙连接，受体和转运蛋白来传递神经活性分子并调整突触传递[27]。在维持中枢神经系统的功能和完整性方面发挥着重要的作用。

3.1 星形胶质细胞

在哺乳动物CNS中，星形胶质细胞约占30%。它们对维持大脑和脊髓的生理机能至关重要，星形胶质细胞已被证明可以启动、调节和参与不同CNS疾病(包括癫痫)的免疫介导机制[28,29]。它们也是炎症分子的靶标，这些分子可能进一步促进星形胶质细胞的增生，并通过激活特定受体和相关信号通路进一步增强促癫痫炎症信号的传导[30]。同时，星形胶质细胞作为摄取和清除突触间隙谷氨酸的主要群体，对于谷氨酸代谢和稳态至关重要。谷氨酸属于兴奋性神经递质。由神经元释放到突触间隙的谷氨酸可激活星形胶质细胞表面代谢型谷氨酸受体3(mGluR3)和代谢型谷氨酸受体5(mGluR5)，进而激活Ca2+依赖性离子通道，诱导星形胶质细胞以胞吐的形式释放谷氨酸。星形胶质细胞的Ca2+依赖机制释放谷氨酸的过程会对邻近神经元产生兴奋性作用，这种星形胶质细胞-突触-神经元兴奋性通路的改变，可提高神经元的兴奋性，进而导致癫痫发作。此外，星形胶质细胞表达的谷氨酰胺合成酶(mGS)是调节大脑兴奋性和抑制性传递的关键角色。GS下调可导致谷氨酸-谷氨酰胺循环障碍，谷氨酸不能有效转化为谷氨酰胺，故合成γ-氨基丁酸(GABA)的原料减少，削弱了GABA对突触传递的抑制作用，进一步导致癫痫的发生及发展[31]。

3.2 小胶质细胞

小胶质细胞在大脑中广泛分布，是主要的先天免疫细胞，是病理损伤的第一反应细胞[32]。小胶质细胞在小鼠大脑中所占的比例随位置不同而不同，占细胞总数的5%-12%，其形态多样。可溶性触发受体表达于髓样细胞触发受体2 (soluble triggering receptor on myeloid cells 2，sTREM2)，是小胶质细胞表面表达的TREM2的裂解产物[33,34]，是小胶质细胞激活的流体生物标志物。近期研究表明，脑脊液(CSF)中sTREM2水平与血浆中sTREM2水平相关，提示CSF中sTREM2是小胶质细胞激活的潜在生物标志物[27,29]。CNS中的小胶质细胞根据其激活状态，可起到促炎或神经保护作用。促炎细胞因子在一定程度下增加了癫痫发生的危险[14]。

4 突触及突触相关蛋白

4.1 突触

突触在信息交换中起着核心作用，是神经系统的基本信号传递单位[35]。研究发现，癫痫等神经系统疾病可能是由于突触改变引起[36]。

4.2 突触相关蛋白

神经递质的释放需要突触囊泡的参与，当达到动作电位时，它们立即与突触前膜融合[37]。突触囊泡进行重复循环，这一过需要若干蛋白质的参与[38]。突触相关蛋白90/突触后密度蛋白95(SAPAPs)，包括SAPAP1、SAPAP2、SAPAP3和SAPAP4，是突触后密度(PSD)中的一种支架蛋白[39]。突触后支架蛋白在许多突触功能中发挥重要作用。这些蛋白参与突触的形成和突触后信号的动态修饰。突触后支架蛋白可以调节神经递质受体的活性，并将这些受体与细胞内信号分子和细胞骨架连接起来[40]。在4个家族成员中，SAPAP3是唯一一种在纹状体中高度表达的蛋白质，并参与PSD95家族蛋白的相互作用，PSD95家族蛋白在多蛋白单元中作为谷氨酸受体和细胞骨架之间的连接蛋白起作用。最近的一项研究发现，TLE患者和癫痫小鼠模型中的SAPAP3水平显着增加，表明SAPAP3可能成为治疗癫痫的新靶点[39]。Shank蛋白是与SAPAPs相互作用的突触细胞骨架相关蛋白，先前的研究确定了Shank3在癫痫中的作用[41]，并表明PSD95/ SAPAP / Shank多蛋白单元可能在组织谷氨酸能突触的突触后信号传导复合物中发挥重要作用[42]。

5 神经退行性蛋白

α- synuclein (α-syn)、淀粉样蛋白如淀粉样β(Aβ)和tau蛋白形成淀粉样原纤维，沉积为不溶性聚集体，与阿尔茨海默病(AD)和帕金森病(PD)等神经退行性疾病的发病和进展密切相关[43-45]。近年来，多项研究发现，这些蛋白与癫痫也存在着密切关系[46-48]。

5.1 α-突触核蛋白(α-syn)

α-syn是大脑神经元中最丰富的蛋白质之一，是一种由140个氨基酸(14 KDa)组成的小蛋白质，在神经元细胞内参与一系列重要的过程[49]。α-syn参与突触囊泡循环的几个步骤，包括贩运、对接、融合，以及胞外后的进一步循环。它控制远端储备池突触囊泡的运输，并调节停靠在突触处的囊泡数量，以释放神经递质。α-syn具有聚集和翻译后修饰的潜能，这可能是其致病的原因之一[50]。在细胞外间隙，α-syn可启动邻近星形胶质细胞和小胶质细胞的激活，增强胶质细胞的促炎活性。小胶质细胞活化反过来产生促炎细胞因子、一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)，对神经元可能造成损害[51]。在一项儿童癫痫的临床研究中，观察到血清α-syn的表达水平升高，且与疾病的严重程度呈正相关，这提示血清中α-syn水平可能是一种潜在的反应难治性癫痫预后的生物标志物[47]。

5.2 β淀粉样蛋白(Aβ)

Aβ是由单次跨膜蛋白—淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)经β-分泌酶1(beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1)和γ-分泌酶(γ-secretase)依次切割而成，可由全身组织的多种细胞产生，并分泌到细胞外，在血液、脑脊液与脑间质液之间循环[52]，其单体会在体内或体外条件下自发聚集形成寡聚体或多聚体，从而增强其对神经元的毒性。Aβ以两种不同的亚型存在，Aβ40含量更多，而Aβ42更容易聚集，与致病过程进一步相关[53]。Aβ1-42诱导神经退行性变的潜在机制包括线粒体破坏、氧化应激、胆碱能神经元退行性变等，Aβ1-42沉积增加，最终导致细胞死亡[54]。相关实验表明，Aβ在4-氨基吡啶(4ap)致雄性Wistar大鼠癫痫模型中有促痫作用。更具体地说，单次注射Aβ可促进4ap诱发癫痫的表达，并降低4ap诱发癫痫的潜伏期。它进一步增加了癫痫全面发作的次数，同时延长了癫痫发作恢复的时间。Aβ诱发的癫痫发作，与正常海马功能的破坏有关，这种破坏是通过影响突触传递所致[55]。体内研究已经证明，将海马神经元暴露于Aβ寡聚体可诱发癫痫的发作[56]。Romoli等实验进一步证实了，Aβ诱导突触损伤并引发癫痫，而癫痫发作进一步增加了Aβ沉积并促进神经元丢失[46]。

5.3 Tau蛋白

Tau蛋白是一种由440个氨基酸组成的微管相关蛋白(MAP)，在轴突运输和轴突生长、维持神经元形态及可塑性方面具有重要的生物学作用，tau蛋白磷酸化后可参与神经元突触重建和海马苔藓纤维发芽[57]。Liu等研究表明，tau蛋白参与癫痫患者轴突损伤[58]，提示病理条件下，tau蛋白表达水平升高，促进苔藓纤维发芽和突触重建，而这些突起对异常神经元网络的稳定性有密切联系，最终影响癫痫发生发展。Geoffrey等进一步证实了，在TLE患者的脑标本中发现了淀粉样变和tau相关标记物[59]。

6 展望

综上所述，上述各种机制引起神经元性质、突触传递的改变，导致兴奋与抑制的不平衡，从而产生神经元异常放电，进而导致癫痫的发生。但是迄今对于癫痫发病机制的认识仍有很多不足。因此，进一步的明确癫痫发病机制显得尤为关键。随着新理论、新技术的不断发展，临床医生将有望掌握癫痫完整的发作机制，从而获得根治癫痫的疗法。