單/雙脈沖經顱磁刺激檢測皮質興奮性在癲癇的應用及前景

周營營，吳輝婷，黃珊珊，朱遂強

作者單位華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院神經內科 武漢430030

興奮性和抑制性神經元功能失衡引起的皮質神經元過度興奮和超同步化是癲癇的病理生理基礎[1]。了解不同類型癲癇的皮質興奮性特征和疾病不同階段的皮質興奮性水平變化，有助于更深入地認識癲癇的發生和發展，并為臨床抗發作藥物的使用提供證據。經顱磁刺激（tanscranial magnetic stimulation，TMS）是一種非侵入性的神經生理檢測技術，可通過測量神經元細胞膜興奮性、突觸興奮性和神經元及軸突的可塑性，評估運動皮質興奮性和抑制性神經元網絡功能，反映皮質興奮性的水平[2]，也為癲癇疾病的機制研究提供新的思路和方向。TMS 最早由Baker 等于1985 年提出，分為單脈沖TMS、雙脈沖TMS，重復TMS 和θ波脈沖刺激模式。已有隨機對照研究證明低頻重復TMS 對減少局灶性難治性癲癇患者的癲癇發作頻率和改善腦電圖異常放電方面有一定療效[3,4]。但單/雙脈沖TMS 檢測皮質興奮性技術在臨床未被廣泛認識及應用。因此，本文對單/雙脈沖TMS 在癲癇患者皮質興奮性檢測中的應用及前景進行綜述。

1 單/雙脈沖TMS 檢測皮質興奮性的原理，常用參數及意義

初級運動皮質是大腦皮質興奮/抑制網絡重要的一環，遠隔部位的致癇灶（如顳葉）可對同側半球初級運動皮質的興奮性產生影響[5]。放置于頭皮選定位置的刺激線圈發放的脈沖刺激作用于初級運動皮質，經突觸傳遞激活錐體神經元，產生的運動誘發電位（motor evoked potential，MEP）可以在包括手部小肌肉等多處肌肉被記錄[5]。對于有明確癲癇病灶且位于一側半球的患者，視研究目的不同，可將線圈放置于癲癇病灶側半球或病灶對側半球；對于全面性癲癇或無法定位的局灶性癲癇，則選擇將線圈放置于優勢半球側。

單脈沖TMS 主要用于測量MEP 波幅、靜息運動閾值（resting motor threshold，rMT）和皮質靜默期（cortical silence period，CSP）。MEP 波幅可以直觀的反映皮質興奮性水平。與MEP 相關的參數包括rMT 及皮質運動誘發電位（cortical motor evoked potential，cMEP）。能引起10 個MEP 中至少5 個MEP 的波幅≥100 μv 的最小刺激強度為rMT（圖1A），rMT用機器最大輸出強度的百分比來表示，每位受試者均可測量出其專有的rMT。至少10 次120% rMT 刺激下得到的平均MEP 波幅稱為cMEP。MEP的產生主要依賴于初級運動皮質神經元細胞膜上電壓門控鈉通道的傳導性，因此rMT可反映大腦皮質神經元細胞膜的興奮性，rMT值降低意味著皮質神經元細胞膜興奮性升高。讓受試者保持目標肌肉（即拇短展?。┑闹鲃虞p微收縮，予以一個閾上刺激，經過一段靜默期后肌肉恢復自主收縮，從MEP 的結束至恢復主動收縮這段時間稱為CSP（圖1B）。CSP的長短反映皮質內抑制性中間神經元伽馬氨基丁酸B（gamma-aminobutyric acid B，GABAB）受體的活性；CSP 延長意味著GABAB 受體活性增強，即皮質內抑制性中間神經元網絡功能增強。

雙脈沖TMS是指機器發放單個脈沖刺激后經過一定的時間間隔，再發放下一個單脈沖刺激。前后兩個單脈沖的時間間隔稱為刺激間隔（inter-stimulus interval，ISI），短ISI 一般指1～5 ms，長ISI一般指10～30 ms和50～300 ms，本文列舉了最常用的幾種ISI。兩對成對脈沖的刺激時間間隔一般是10～15 s。常用的參數包括短間隔皮質內抑制（short-interval cortical inhibition，SICI）、皮質內易化（intracortical facilitation，ICF）和長間隔皮質內抑制（long-interval cortical inhibition，LICI）。先予以一個閾下刺激，2 ms 或5 ms 后再予以一個閾上刺激，此時MEP 波幅與cMEP 的比值代表SICI（圖1C-D），比值越接近0 表示皮質內伽馬氨基丁酸A（gamma-aminobutyric acid A，GABAA）受體介導的抑制性中間神經元網絡功能越強，＞1表示抑制性網絡功能受損。先予以一個閾下刺激，10 ms或15 ms后再予以一個閾上刺激，此時的MEP波幅與cMEP的比值代表ICF（圖1E-F），表示皮質內α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4 isoxazolpropionic acid，AMPA）受體介導的興奮性中間神經元網絡功能，該值越大反映皮質內易化網絡功能越強，比值越接近0表示皮質內易化網絡功能越弱。先予以一個閾上刺激，150 ms、200 ms、250 ms或300 ms后再予以一個閾上刺激，第二個閾上刺激MEP波幅與第一個閾上刺激MEP波幅的比值代表LICI（圖1G-J），比值越接近0表示皮質內GABAB受體介導的抑制性中間神經元網絡功能越強，＞1表示抑制性網絡功能受損。雙脈沖恢復曲線是不同刺激間隔下對應的MEP 比值所連成的曲線，同樣反映皮質內興奮/抑制網絡功能。

圖1 運動誘發電位

2 單/雙脈沖TMS檢測的皮質興奮性與基因突變相關癲癇

在明確有癲癇相關基因突變的患者中，目前單/雙脈沖TMS研究一致認為致癇基因可導致SICI 減弱和CSP 縮短[6]，表明遺傳背景影響下的癲癇患者存在大腦皮質內GABAA和GABAB受體介導的抑制性網絡功能減弱。例如，鈉離子通道SCN1A基因編碼電壓門控鈉通道的α亞基，在超過80%Dravet 綜合征患者中可以發現SCN1A基因突變，一項針對6名Dravet綜合征患者進行的TMS檢測發現其SICI與健康對照和無SCN1A基因突變的癲癇患者相比均明顯減弱，提示基因突變患者GABAA受體介導的皮質內抑制功能嚴重受損[7]。GABAA受體γ2亞基R43Q基因突變可能與特發性全面性癲癇有關，在14個有R43Q基因突變的患者中同樣發現SICI減弱，另有ICF增強，表明基因突變患者皮質內GABAA受體介導的抑制性網絡功能減弱和AMPA受體介導的興奮性網絡功能增強[8]。有學者對Unverrich-Lundborg ?。ㄒ环N常染色體隱形遺傳的進行性肌陣攣性癲癇）進行TMS 研究，發現SICI減弱，認為這可能與疾病的高致癇傾向有關[9]。家族性皮質肌陣攣性震顫伴癲癇（familial cortical myoclonic tremor with epilepsy, FCMTE）是一種常染色體顯性遺傳疾病，一個意大利FCMTE 家系中4 名成員的皮質興奮性檢測同樣發現SICI減弱，CSP縮短[10]。另一荷蘭FCMTE家系6名成員的研究也得到一致性結論[11]。

除了上述較為一致的研究結果，尚有部分研究存在異議，在對17 名Rett 綜合征患者進行單脈沖TMS 檢測時，發現患者CSP 縮短，同時rMT 顯著升高[12]，皮質神經元細胞膜興奮性降低。但是CSP 縮短與是否存在甲基-CpG 結合蛋白2 基因突變（methyl-CpG-binding protein 2 gene，MECP2）無關[12]。在24 例有胱抑素B（cystatin B，CSTB）擴增突變的Unverrich-Lundborg病患者中發現CSP延長，即GABAB受體介導的抑制性網絡功能增強，同時伴有rMT顯著升高[13]，且基因擴增的長度和rMT值相關[14]。但在兒童交替性偏癱患者中發現rMT 明顯降低[15]。另外，某些有瞬時受體電位香草酸亞型1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）基因突變的個體ICF 增強，皮質內AMPA受體介導的興奮性網絡功能增強，但未見皮質內抑制網絡功能異常[16]。以上研究結果的不一致可能與疾病間不同的遺傳背景和抗發作藥物的使用有關。

綜上所述，在遺傳因素作用下的癲癇患者普遍存在皮質內抑制網絡功能減弱和神經元細胞膜興奮性降低，相關基因突變可能改變大腦皮質的興奮性水平，參與癲癇發生和發展。單/雙脈沖TMS通過對皮質興奮性檢測，有助于揭示遺傳性癲癇患者大腦皮質神經元興奮/抑制網絡功能的特點。

3 單/雙脈沖TMS檢測的皮質興奮性與癲癇分類

根據國際抗癲癇聯盟（International League Against Epilepsy，ILAE）2017年的最新分類，癲癇發作類型分為局灶性起源、全面性起源、未知起源和不能分類4 大類。初始治療有效和癲癇的預后密切相關[17]，不同類型的癲癇對同種抗發作藥物有時甚至表現出截然不同的療效。因此，精準的分類是癲癇患者管理的重要環節之一。目前鑒別全面性和局灶性癲癇主要依據患者及目擊者對發作表現的描述，視頻腦電圖和影像學檢查也可提供部分診斷信息，對于常規檢查未能檢出陽性結果的患者，高分辨率3.0T 磁共振、正電子發射斷層成像術（positron emission tomography，PET）和基因檢測可能有助于診斷，其中PET 對癲癇病灶定位的敏感性優于其他[18]。

有研究表明，TMS也具有鑒別全面性和局灶性癲癇的潛在能力。有學者提出，新發未用藥的局灶性癲癇患者的皮質興奮性存在半球間差異，即病灶側半球與健側相比呈現過度興奮的狀態[19]，而已使用抗發作藥物的慢性局灶性癲癇患者中則未發現半球間皮質興奮性差異[20]。近年來報道，局灶性癲癇的病灶側CSP較對側和健康人相比均明顯延長，SICI較健康人相比有減弱，兩側大腦半球有不對稱性的皮質內抑制和興奮系統失衡[21]，進一步闡明了局灶性癲癇更復雜的皮質電生理特征。部分研究提示局灶性癲癇患者的雙側大腦半球rMT 與健康對照均有顯著差異，因此rMT對于區分癲癇分類的應用價值有限[22]。

對新發未用藥的全面性癲癇患者皮質興奮性研究發現患者的雙側大腦皮質均存在皮質內抑制網絡功能受損，表現出皮質高興奮性[19]，后來的研究也證實了這一觀點[23]。此外，Silbert 等[24]的研究同樣提示未用藥的特發性全面性癲癇SICI減弱和ICF增強，總體表現為高興奮性。肌陣攣癲癇[25]，尤其是青少年肌陣攣癲癇[26]也存在SICI減弱。綜上，筆者推測新發未用藥的局灶性癲癇和全面性癲癇的皮質電生理可能為不同模式，雖然均表現為過度興奮，但局灶性癲癇為偏側過度興奮效應，僅局限于致癇灶側半球，而全面性癲癇為雙側大腦半球過度興奮，因此，可以通過單/雙脈沖TMS檢測將兩者區分開。未來需要大樣本量研究進一步驗證其靈敏性和特異性。

4 單/雙脈沖TMS檢測的皮質興奮性與抗發作藥物療效

TMS作為一種神經生理檢測技術，可為癲癇的藥物治療提供指導，且能夠早期預測難治性癲癇。目前大部分抗發作藥物都是通過作用于離子通道進而降低皮質興奮性來發揮抗驚厥和防止癲癇活動擴散。苯妥英鈉[27]、卡馬西平[28]、奧卡西平[29]、拉考沙胺[28]、左乙拉西坦[30]等藥物均可提高癲癇患者和正常人的rMT，使皮質神經元細胞膜興奮性降低；拉莫三嗪可使癲癇患者的rMT升高且呈劑量依賴性[31]；托吡酯可使SICI增強[32]，提高皮質內抑制網絡的功能；丙戊酸具有多種抗驚厥機制，短期使用和長期使用對皮質興奮性有不同的影響[33]。對于第四代抗發作藥物例如比侖帕奈等是否影響癲癇患者皮質興奮性水平尚無研究。除了對癲癇發作的觀察及對腦電圖監測，對抗發作藥物的有效性的評價可通過單/雙脈沖TMS檢測用藥前后皮質興奮性的變化進行客觀評估，更深入地認識癲癇患者對抗發作藥物的反應及疾病的轉歸。

治療前多次發作[17]、初始藥物療效欠佳[17]、復雜部分性發作[34]、大腦結構異常[35]等因素均與耐藥性癲癇相關。目前關于耐藥性癲癇預測因素的研究主要聚焦于發作形式、病因和療效等方面，而單/雙脈沖TMS 作為一種更客觀的評估皮質興奮性水平和藥物療效的工具成為近年來耐藥性癲癇早期預測研究熱點之一。一項為期3 年的前瞻性研究提出，發病初期未用藥時的皮質興奮性水平并不能預測將來是否發展為耐藥性癲癇[36]。但是，該研究結果還表明癲癇個體的皮質興奮性是動態變化的，不論全面性癲癇或是局灶性癲癇，僅使用一種抗發作藥物即可達到癲癇無發作的患者在用藥后8～12周的皮質興奮性較用藥前明顯降低，雙脈沖恢復曲線接近健康對照；使用2種抗發作藥物達到癲癇無發作的患者在加用第2種藥物后其皮質興奮性較用藥前和僅使用第1種藥物時有所降低，LICI增強，上述變化在用藥30～36月后仍然存在；而耐藥性癲癇在加用第2種藥物后其皮質興奮性仍未發現有降低的趨勢，LICI反而減弱。以上研究提示皮質興奮性水平或可評價患者對抗發作藥物的反應。另外一項多中心研究[37]稱LICI不宜作為耐藥性癲癇的標志物，因耐藥性全面性癲癇、耐藥性局灶性癲癇和健康人三組之間在任一刺激間隔的LICI均無顯著差異，雖然該結論亦可能由于不同中心TMS 刺激方案的差異所致。以上不一致的研究結論需要擴大的樣本研究。癲癇患者個體內不同病程階段的致癇過程是動態變化的，受慢性長期癲癇發作帶來的為阻止由發作間期向發作期轉變的代償機制和抗發作藥物的影響[38]，因此對于癲癇患者個體，早期未能對抗發作藥物顯示皮質興奮性改善仍可能是預測耐藥的有價值的早期預測指標[38]。動態觀察癲癇患者皮質興奮性的變化，尤其是在加藥前后的8～12周內，有助于臨床醫生盡早識別出可能發展成為耐藥性癲癇的患者。值得關注的是目前尚未見TMS 檢測皮質興奮性對停藥后癲癇復發有無預測價值的研究。

5 展望及前景

綜上所述，應用TMS檢測皮質興奮性水平在癲癇領域有良好的應用前景。不僅在基因突變相關癲癇的研究中獲得一致性結論，還有助于指導臨床癲癇的分類和客觀評估抗發作藥物的療效。雖然目前已有大量的相關研究，但以上大部分均為小樣本量橫斷面研究，且不同研究之間的TMS 刺激方案異質性較大，目前尚沒有公認的刺激參數標準。雖然TMS的安全性已得到廣泛的認同，但是仍缺乏健康人群大樣本量的數據。皮質興奮性檢測可受多種因素的影響，如抗發作藥物、睡眠剝奪、性別、生理周期、抗抑郁藥物和其他神經系統疾病等。因此，在未來的研究中，應盡量除外混雜因素的影響，擴大樣本量，使用嚴格統一的刺激方案，提高各研究的可比性，探索單/雙脈沖TMS在特定刺激間隔下鑒別不同類型癲癇的可能性，尋找兼具敏感性和特異性的指標，設計前瞻性隊列動態觀察不同病程階段的單/雙脈沖TMS參數變化與疾病轉歸的關系。