癲癇相關炎癥介質的研究進展

畢翻,姜俊杰,潘恒恒,李衛,馮占輝

癲癇是多種原因導致的腦部神經元高度同步化異常放電所致的疾病[1]。近年來,中國人口的癲癇發病率逐年增長,不僅嚴重折磨患者身心健康,影響其生活質量,還給家庭和社會帶來巨大的經濟負擔。此外,癲癇的反復發作可致神經元產生不可逆性損傷,增加了患者致殘和死亡的風險[2]。目前,臨床上治療癲癇仍以控制癲癇發作為主,但無法從根源上控制癲癇的發生和發展,因此,癲癇的發病機制一直是學者們關注的焦點。

關于癲癇的發病機制目前尚不清楚,有研究表明,炎癥介質是癲癇發生的重要病理學基礎[3]。一方面,致癇性損傷可刺激免疫細胞,刺激炎癥介質釋放,引起血腦屏障功能障礙和神經元異常興奮[4-5]。另一方面,炎癥介質通過與相應受體結合,刺激小膠質細胞活化,放大免疫級聯反應,進一步破壞血腦屏障的完整性,引起顱內大量炎癥介質浸潤,從而加重癇性損傷,兩者相互作用,相互影響形成癲癇發作的惡性循環。本文就研究較多的炎性介質的生物學特性及其在癲癇發生和發展中的作用進行綜述。

1 白細胞介素-1(interleukin-1, IL-1)

IL-1是由單核吞噬細胞、星形膠質細胞及樹突狀細胞等所分泌的一個細胞因子。IL-1是一個基因家族,主要包括白細胞介素-1α (interleukin-1α, IL-1α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白細胞介素1受體拮抗劑(interleukin-1 receptor antagonist, IL-1Ra)[6]。三者的受體均為白細胞介素1受體(interleukin-1 receptor, IL-1R)。IL-1β是IL-1的主要分泌方式,因此目前研究主要集中在IL-1β。IL-1β是一種前體肽,被半胱氨酸蛋白酶1 (caspase 1) 裂解形成成熟的IL-1β。成熟的IL-1β是執行IL-1β功能的重要形式。

IL-1β廣泛分布于整個大腦中,尤以海馬為甚。海馬是顱內最易發生癲癇的腦區。IL-1β在癲癇患者和動物的海馬中表達水平很高,被認為是與癲癇發作密切相關的炎癥介質[7]。有研究證實IL-1β具有致癇性[8]。張菲菲等[9]在鋰-匹羅卡品誘導的癲癇大鼠的實驗中發現,癲癇大鼠海馬各區的IL-1β蛋白表達量增加及抗原性增強。此外,癲癇大鼠腦脊液中IL-1β的含量也遠高于正常大鼠[10]。Xiao等[11]的研究發現IL-1β的在顱內表達水平升高,癲癇癥狀會進一步加重,提示顱內IL-1β的表達水平與癲癇發作關系密切,進一步揭示了IL-1β是通過過度激活PI3K/Akt/mTOR信號通路來誘導癲癇發作。此外,高濃度的IL-1β與IL-1R結合后,可改變電壓門控Na+通道通透性,導致神經元過度興奮,從而增強癲癇的易感性[12]。

2 腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)

TNF是最早發現的能夠使腫瘤細胞發生出血和壞死的細胞因子。根據來源和結構不同,TNF分為TNF-α和TNF-β。其中,與癲癇發作關系密切的是TNF-α。TNF-α是由157個氨基酸殘基組成的同源三聚體蛋白,分子量為17 kD。TNF-α發揮生物學功能必須依賴細胞表面受體(TNFR1和TNFR2)。TNFR1存在于星型膠質細胞、小膠質細胞及神經元等絕大多數細胞表面,而TNFR2僅局限于免疫細胞和內皮細胞中。TNF-α/TNFR1的親和力遠高于TNF-α/TNFR2。此外,兩者在富含半胱氨酸的細胞外區域具有28%的同源性,而在細胞內區域序列上卻幾乎沒有同源性,提示兩類受體可能通過與不同蛋白質作用,激活特定的細胞信號轉導途徑,發揮不同的生物學功能[13]。

在生理條件下,顱內TNF-α含量很低,但在炎癥及缺氧等顱內病變情況下其含量增加。Zahedipour等[14]的研究在癲癇大鼠組織中發現顱內TNF-α含量顯著增加,提示TNF-α參與癲癇的致病過程。聶荔等[15]的研究對持續性癲癇患兒的血清TNF-α含量進行測定,發現其血清TNF-α含量顯著高于正常兒童,并且TNF-α含量與腦電圖異常率及腦電圖放電指數呈正相關。究其原因,可能是大量的TNF-α活化星型膠質細胞和小膠質細胞,抑制谷氨酸脫羥酶合成,從而減少抑制性神經遞質γ-氨基丁酸的生成,相對增加腦內Glu含量,引起神經元過度興奮,從而誘導癲癇發作[16]。近年來,Marc等[17]在對邊緣葉癲癇大鼠的研究中發現,單純地增加TNF-α在顱內的含量,并不會導致神經元死亡或誘導癲癇發作,提示其致癇性并不是單純由TNF-α的顱內含量及濃度決定,還取決于其它因素。Rossi等[18]的研究發現,癲癇大鼠海馬區TNF-α的蛋白含量增加且TNFR1陽性細胞數量增多。而基因敲除TNFR1則可以抑制癲癇的發生,提示TNF-α的致癇作用主要是通過TNFR1來實現的,而TNFR2更多的是發揮抗癇作用[17]。究其原因,可能與TNFR1獨特的生理學特性有關。TNF-α與TNFR1胞外區結合形成TNF/TNFR1三聚體,并通過募集死亡結構域下游傳導蛋白TRADD及FADD等形成復合體,激活caspase 8/10,從而誘導凋亡信號[18]。而TNF/TNFR2三聚體主要是通過NF-κB信號促進pro-survival基因的轉錄,從而發揮抗損傷和抗凋亡的作用。

3 一氧化氮(nitric oxide, NO)

NO是機體內一種常見的細胞因子,參與炎癥、突觸可塑性及學習記憶等病理生理活動。一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是NO產生的介質,因此可根據其酶活性來判斷NO含量。根據細胞來源,NOS分為3類:神經型(neuronal NOS, nNOS)、內皮型(endothelial NOS, eNOS)及誘導型(induced NOS, iNOS)。nNOS和eNOS屬于Ca2+依賴型,受細胞內Ca2+濃度調節,主要發揮生理功能;而iNOS屬于非Ca2+依賴型,不受Ca2+濃度調控,是NOS的病理形式[19]。在病理條件下,iNOS一經誘導,可引起NO的長時間大量釋放,從而引起組織損傷。

NO對于癲癇具有雙重調控作用。一方面,NO具有典型的致癇作用。Rahimi等[20]在戊四唑復制的癲癇小鼠模型中發現,癲癇小鼠海馬區NO表達量顯著增加,且遠高于正常小鼠,表明NO參與癲癇所致腦損傷過程。而經NMDAR拮抗劑MK-801(100 mg/kg)處理后,癲癇小鼠海馬組織NO的表達量下調,不自主抽搐等典型癲癇癥狀得到改善,進一步揭示NO是通過NMDAR-NO-cGMP神經信號通路對癲癇進行調節。NO生成增多,活化可溶性鳥苷酸環化酶,從而導致神經元胞內cGMP水平升高。cGMP開放離子通道,使突觸前膜興奮性神經遞質Glu釋放增多。高濃度的Glu與突觸后膜的NMDAR結合,導致NMDAR通道過度激活,引起細胞內Ca2+超載,進而導致神經元異常放電。Ca2+超載可引起一系列連鎖反應,擴大癲癇效應。過量的Ca2+會結合鈣調蛋白CaM,激活NOS,產生大量的NO,進一步加重癲癇癥狀[21]。其次,細胞內Ca2+超載可激活蛋白酶、磷脂酶及核酸內切酶等Ca2+依賴性降解酶,加重氧化應激效應,加速神經元變性甚至死亡。另有研究顯示,NO具有一定的抗癇性,可能與NO狀態有關[22]。若NO失去其不成對的電子,與NMDAR反應形成二硫鍵,則可下調NMDAR通道活性,抑制Ca2+內流,從而發揮抗癇作用。

4 環氧酶(cyclooxygenase, COX)

COX是合成前列腺素(prostaglandin, PG)的必備酶,也是PG合成初始步驟中的關鍵性限速酶。COX主要包括環氧化酶-1(cyclooxygenase-1, COX-1)、環氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)及環氧化酶-3(cyclooxygenase-3, COX-3)3種亞型。COX-1為結構型,主要存在于血管、胃及腎等組織中,其主要功能是合成正常生理需要的PG,用以維護機體生理需要。COX-3是COX-1的剪切異構體,與COX-1功能相似,主要分布于大腦內。而COX-2屬于誘導型,各種損傷因子激活磷脂酶A2水解磷脂,生成花生四烯酸,后者經COX-2催化生成PG從而引起炎癥反應。

COX-2與癲癇發病密切相關。朱坤等[23]的研究發現,顳葉癲癇小鼠海馬區COX-2蛋白過表達和血清PG含量異常增高。注入COX-2非選擇性拮抗劑阿司匹林(60 mg/kg)處理后,小鼠癲癇所致認知損傷得到明顯改善,進一步證實COX-2具有促癇性。目前,關于COX-2的致癇機制尚不明確。大部分研究認為COX-2的致癇效應主要與其主要代謝產物前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2)有關[24]。PGE2有4個受體,分別為EP1受體、EP2受體、EP3受體及EP4受體。與癲癇發作關系密切的是EP1受體?；蚯贸鼸P1受體,可以上調癲癇發作閾值。EP1受體與C蛋白的Gq部分偶聯,刺激磷脂酶C和切割磷脂酰肌醇二磷酸生成三磷酸肌醇和二酰甘油,后者與內質網中的三磷酸肌醇受體結合,釋放Ca2+,導致細胞內Ca2+濃度升高,促進病灶異常放電,從而誘導癲癇發作[25]。

5 干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ)

干擾素(interferon, IFN)分為Ⅰ型IFN和Ⅱ型IFN。Ⅰ型IFN包括干擾素-α(interferon-α, IFN-α)和干擾素-β(interferon-β, IFN-β)。Ⅱ型IFN即IFN-γ,由活化的T細胞和NK細胞分泌,其免疫調節作用強于抗病毒作用。IFN-γ可誘導趨化因子表達,促進炎癥的發生,被認為是導致炎癥發生的重要因素。

IFN-γ是一個最新發現的致癇因子,目前的相關研究并不多。在癲癇患者的血清標本中,IFN-γ含量顯著增加[26]。因此,推測INF-γ可能參與癲癇發病過程。關于其致病機制,眾說紛紜。D?hne等[27]的研究認為大量的IFN-γ可引起大腦免疫功能紊亂,促進TNF-α、IL-β及IL-6等炎癥介質的釋放,破壞血腦屏障,大量免疫球蛋白和血清白蛋白滲入腦內,降低膠質細胞對K+的緩沖能力,從而降低神經元興奮閾值,促進癲癇灶的形成。此外,IFN-γ誘導巨噬細胞產生iNOS,誘導NO的合成和過氧化物增加,進一步擴大癲癇效應[28]。

6 結語

綜上所述,炎癥介質參與癲癇發生的機制十分復雜,顱內炎癥介質含量增加會導致細胞內外興奮性神經遞質及受體、氧化應激水平及離子濃度等發生變化,進而誘導癲癇的產生。因此,通過調節顱內炎癥介質變化可能為治療癲癇提供新思路和新方向。然而,目前的研究主要集中于基礎性研究,有待大量臨床實驗及數據來支撐實驗結果。