新生儿癫痫的发生机制及对发育脑的影响☆

马磊 江文 史明 杨方

新生儿癫痫的发生机制及对发育脑的影响☆

马磊*江文*史明*杨方*

癫痫 新生儿 易感性 脑发育

癫痫的特点是持续存在能产生癫痫发作的脑部持久性改变，并出现相应的神经生物学、认知、心理学以及社会学等方面的后果。新生期一般指出生后1个月内，是癫痫发作的高峰期，患病率约为1.8‰～3.5‰，在产科重症监护单元的发生率约为1%～2%。其病因众多，主要包括缺氧缺血性脑病、急性代谢性疾病、脑血管疾病、神经系统感染、先天性发育异常等［1］。新生儿癫痫的临床处理颇为棘手，苯巴比妥和苯二氮艹卓类药物是目前最为常用的一线治疗药物，其疗效往往不佳，且不能改善疾病的自然进程及患者的预后［2］。发育脑的细胞组成、环路联系及功能与成年脑迥然不同，本文对新生儿癫痫的发生机制及其対发育脑的影响作以综述。

1 发育脑兴奋性增高导致癫痫的易感性增高

在新生期和生后数年内，兴奋性在大脑皮层及边缘系统的神经网络中占主导地位，神经的兴奋性活动促进突触发生等脑发育进程。兴奋性神经递质的受体及转运体表达水平较高，而抑制性神经递质相关网络的发育相对不完善。对神经兴奋性具有调节作用的电压门控离子通道在发育期的表达及功能也不同于成年期。新生儿对癫痫发作的易感性较高可能是以上诸多因素的协同作用。

1.1 兴奋性神经递质 谷氨酸是最重要的兴奋性氨基酸和神经递质，神经元和胶质细胞谷氨酸受体的表达均受到发育进程的调 控［1］。离 子 型 受 体 包 括 N-甲 基-D-天 冬 氨 酸 受 体(NMDAR)、海人藻酸受体(KAR)和α-氨基-3羟基-5甲基-4异恶唑受体(AMPAR)。某些情况下谷氨酸受体的通透性受其亚基组成的影响，如当GluR 2亚基表达相对较低时AMPAR具有钙离子通透性。发育脑(尤其是皮层神经元)中NMDAR 2B、NMDAR 2D、NMDAR 3A亚基的表达水平较高，而GluR 2亚基相对缺乏，这种亚基组成形式可以增加NMDAR介导的钙离子内流，增强AMPAR介导的钙离子内流，引起膜电位的去极化效应并降低癫痫发作和兴奋性损伤的阈值［3－4］。

1.2 抑制性机制 在谷氨酸介导的兴奋性效应明显增强的同时，成熟脑中主要的抑制性神经递质γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)在出生前和出生后发育早期却起着兴奋性作用，即激活GABA受体可以引起胞膜去极化［5］。GABA这种反常的生理效应是由于发育期氯离子协同转运蛋白的表达模式与成年期不同所致。氯离子协同转运蛋白是由SLC12A2编码的一族电中性的阳离子和氯离子同向转运蛋白，神经系统主要表达向胞内转运氯离子的Na-K-Cl协同转运蛋白(Na+-K+-2Cl－cotransporter，NKCC 1)和向胞外转运氯离子的K-Cl协同转运蛋白(K+-Cl－cotransporter，KCC 2)。NKCC 1 和KCC 2 表达及功能的相对平衡对GABA能神经元维持正常兴奋性具有重要作用。神经系统氯离子协同转运蛋白的表达水平在发育期发生了显著的变化，即NKCC 1的表达水平逐渐降低，而KCC 2的表达逐渐增高［6］。NKCC 1/KCC 2表达模式的变化是新生期和成年期GABA受体功能差异的基础。一方面，发育脑内NKCC 1表达水平明显高于KCC 2，导致胞内氯离子聚集，GABA受体激活后引起氯离子外流和胞膜去极化。另一方面，成熟脑中KCC 2的表达水平较高，因而胞内氯离子浓度较低，GABA受体激活后氯离子顺浓度梯度内流引起胞膜超极化。

布美他尼是广为使用的一种利尿剂，在较低浓度下也是NKCC 1的特异性阻滞剂，可以通过降低胞内氯离子浓度这一机制，使GABA对新生大鼠皮层神经元的癫痫样放电起到抑制作用［6］。在低镁诱发的新生大鼠海马脑片癫痫模型中，布美他尼能够增强苯巴比妥对癫痫样放电的抑制作用［7］。鉴于以上令人鼓舞的动物研究结果，美国FDA已经批准布美他尼治疗新生儿癫痫的临床试验［8］。

1.3 离子通道 发育脑某些电压门控离子通道的表达及功能也不同于成年脑。新生鼠丘脑神经元的递质释放依赖于N型和P/Q型电压门控钙离子通道的开放，随着脑发育的逐渐成熟，这一功能转变为仅依赖P/Q型电压门控钙离子通道［9］。超极化激活的环状核苷酸门控通道(HCN)是另一群钾离子通道超家族，参与并维持静息膜电位和树突兴奋性。在发育脑中，HCN1表达水平较低，随年龄增长其表达量逐步增加。HCN1选择性阻断剂能够减少新生大鼠海马的癫痫样同步放电［10］，这提示受发育进程调控的离子通道可能成为新生儿癫痫的治疗靶点。

2 癫痫发作对发育脑的近期和远期影响

反复的癫痫发作能够引起脑内神经网络的持久性改变，最初的脑部病理损伤发生后往往伴有一段没有明显癫痫样活动的静默或潜伏期，其后出现以自发性癫痫发作及发作频率渐增为主要特征的癫痫形成(epileptogenesis)阶段。就成熟性而言，出生8～10 d的大鼠相当于足月新生儿，出生12～18 d的大鼠相当于婴幼儿期。対发育脑的研究模型往往包含婴幼儿期动物，因此对动物研究结果的解释必须考虑以上因素的影响［11］。此外，关于癫痫发作对脑的影响的知识多在成年期动物或临床研究中获得，发育脑的研究资料尚显匮乏。

2.1 急性期 癫痫发作对脑的影响是一个多因素参与的过程，大致可以划分为3个阶段［3］。癫痫发作后数分钟至数天内为急性期，主要出现即刻早期基因(immediate early genes，IEGs)激活、神经递质受体等蛋白的转录后调节、离子通道活性等变化。动物模型及临床研究均表明Fos，Jun，Egr1，Egr4，Homer1，Nurr77及Arc等IEGs在癫痫发作后可以被激活［4］。IEGs激活是由反复高强度的突触活动引起的去极化及NMDA受体的开放所介导的，钙内流可以激活蛋白激酶的级联反应并引起转录因子的磷酸化。激活的IEGs能够通过其效应分子调节突触功能，增加突触后树突棘的密度和面积、使突触后兴奋性神经递质受体群集化以增加突触传递的效率。新生期癫痫发作后神经钙蛋白的激活可以引起神经元GABAA受体内吞，降低抑制性突触后电位的频率及神经网络的抑制性，并引起离子通道和受体的功能变化［12］。神经钙蛋白激活可以引起电压门控钾离子通道的快速去磷酸化，导致细胞内摄取作用和去极化的延长［13］。

2.2 亚急性期 在癫痫发作后数小时至数周内的亚急性阶段，出现神经元死亡和细胞因子激活的炎性变化等损伤因素，但某些神经保护机制也同时存在。成年动物在癫痫持续状态后往往出现海马CA3区进行性神经元丢失，这可能引起神经环路中兴奋和抑制的平衡状态的改变，是癫痫形成的重要机制之一［3］。然而，新生期癫痫发作后普遍缺乏神经元的丢失，多种动物模型均难以观察到海马、杏仁核、大脑皮层等结构中神经元的明显死亡［11］。位于皮层深部的底板(subplate)神经元是发育脑中对癫痫发作较为敏感的一群神经元，与皮层网络的发育及成熟关系密切。底板神经元具有较多的NMDA和AMPA受体，且缺乏氧化应激保护机制，因此在癫痫发作后容易死亡并引起抑制性环路发育异常［14］。癫痫发作后炎性细胞因子(IL-1、2、6，肿瘤坏死因子，巨噬细胞集落刺激因子等)水平明显增高。小胶质细胞在发育期突触调节和清除中发挥了重要的作用，新生期癫痫发作后小胶质细胞的激活可能对突触发育也具有一定的影响。在成年动物的研究中发现抑制小胶质细胞激活可以在癫痫持续状态后对神经元起保护作用［15］。发育期脑内神经营养因子及其受体的表达极为丰富，新生期癫痫发作可以进一步增加神经营养因子(如脑源性神经营养因子)的表达。受脑源性神经营养因子调节的TrkB信号通路的激活可能在神经损伤后发挥重要的保护作用，但也可能参与了成年动物的癫痫形成过程［16］。

2.3 慢性期 慢性阶段在数周至数月发生，主要为苔藓纤维发芽、神经发生、胶质细胞增生和神经网络重建等结构功能变化。对成年慢性癫痫患者及动物的研究发现，齿状回颗粒细胞发出异常侧枝至内分子层，形成了颗粒细胞间的单突触联系及癫痫灶的正反馈环路。而新生期癫痫发作却引起另一种形式的发芽，即苔藓纤维突触末端终结在CA3区及起始层的基底树突［3］。在大鼠出生后第3周，颗粒层细胞间的连接才完全形成，这可能是新生期癫痫发作后独特的发芽形式的生理基础。癫痫发作对神经发生的影响与研究模型有关，但一般而言，新生期癫痫发作可以促进神经发生［17］，新生神经元可能以异常的方式整合进入处于不断发育和改建中的神经网络。新生期癫痫发作后胶质细胞增生并没有成年期明显，星型胶质细胞的谷氨酸转运体的表达受发育进程的调控［18］。以上细胞、组织结构的变化对神经网络的结构和功能产生影响，并可能促进癫痫发生。

新生儿癫痫患者在成年期出现癫痫发作、智能障碍和行为问题的比率高于普通人群［19］。由于发育脑对癫痫引起的病理损伤具有较强的耐受性，因而以往认为新生儿癫痫并不会明显损害神经系统的发育，新生儿癫痫的种种远期危害可能主要反映了引起癫痫发作的原发疾病对脑的影响。但越来越多的动物研究提示频繁或较长时间的癫痫发作可以通过干扰发育脑的发育进程引起神经网络结构和功能的异常改变［11，20］。Cornejo等［21］应用新生大鼠海人藻酸模型模拟新生儿一连串反复而不持续的癫痫发作，在成年期发现海马依赖的工作记忆及长时程增强(long-term potentiation，LTP)、长时程抑制(long-term depression，LTD)均明显受到损害，并提示谷氨酸能突触的功能改变与上述记忆障碍密切相关。新生期是神经发生、迁移、神经突起生长、突触发生的重要时期，癫痫发作本身很可能会引起神经系统发育障碍并由此导致远期危害。

发育脑对癫痫发作和癫痫持续状态具有高度的易感性，却对癫痫发作引起的组织病理损伤较成年动物具有更强的耐受性。成年期癫痫发作往往伴有神经元死亡、苔状纤维发芽等脑结构变化，神经损伤的机制可能与谷氨酸受体激活、兴奋性及抑制性受体组成的改变、基因表达改变、细胞因子激活、氧化应激等因素有关［19］。新生期癫痫发作很少出现神经元丢失，苔状纤维发芽形式也不同于成年动物。推测发育脑对癫痫发作的耐受性机制可能包括线粒体氧化应激缺失、胶质细胞激活和细胞因子释放的缺失、脑源性神经营养因子的水平较高等因素［4］。

癫痫发生是由一系列顺序发生的分子细胞改变引起的神经网络重组所引起的，新生期癫痫发作对脑发育的影响不容忽视。抗癫痫治疗的目的不只是控制癫痫发作，更重要的是改变疾病的自然进程并最大限度的改善患者的远期预后。选择癫痫发生过程中不同年龄和不同阶段的一些特异性病理变化作为干预靶点，将有可能促进新生儿癫痫的治疗革新。

［1］ Silverstein FS，Jensen FE.Neonatal seizures［J］.Ann Neurol，2007，62(2):112－120.

［2］ Booth D，Evans DJ.Anticonvulsants for neonates with seizures［J］.Cochrane Database Syst Rev，2004，(4):CD004218.

［3］ Rakhade SN，Jensen FE.Epileptogenesis in the immature brain:emergingmechanisms［J］.Nat Rev Neurol，2009，5(7):380 －391.

［4］ Jensen FE.Developmental factors in the pathogenesis of neonatal seizures［J］.JPediatr Neurol，2009，7(1):5 － 12.

［5］ Blaesse P，Airaksinen MS，Rivera C，et al.Cation-chloride cotransporters and neuronal function［J］.Neuron，2009，61(6):820－838.

［6］ Dzhala VI，Talos DM，Sdrulla DA，et al.NKCC 1 transporter facilitates seizures in the developing brain［J］.Nat Med，2005，11(11):1205－1213.

［7］ Dzhala VI，Brumback AC，Staley KJ.Bumetanide enhances phenobarbital efficacy in a neonatal seizuremodel［J］.Ann Neurol，2008，63(2):222－235.

［8］ Kahle KT，Staley KJ.The bumetanide-sensitive Na-K-2Cl cotransporter NKCC 1 as a potential target of a novelmechanism-based treatment strategy for neonatal seizures［J］.Neurosurg Focus，2008，25(3):E22.

［9］ Iwasaki S，Momiyama A，Uchitel OD，etal.Developmental changes in calcium channel typesmediating central synaptic transmission［J］.JNeurosci，2000，20(1):59 －65.

［10］ Bender RA，Baram TZ.Hyperpolarization activated cyclic-nucleotide gated(HCN)channels in developing neuronal networks［J］.Prog Neurobiol，2008，86(3):129 －140.

［11］ Holopainen IE.Seizures in the developing brain:cellular and molecularmechanisms of neuronal damage，neurogenesis and cellular reorganization［J］.Neurochem Int，2008，52(6):935 －947.

［12］ Sanchez RM，DaiW，Levada RE，etal.AMPA/kainate receptormediated downregulation of GABAergic synaptic transmission by calcineurin after seizures in the developing rat brain［J］.JNeurosci，2005，25(13):3442 －3451.

［13］ Bernard C，Anderson A，Becker A，et al.Acquired dendritic channelopathy in temporal lobe epilepsy［J］.Science，2004，305(5683):532－535.

［14］ Kanold PO，Kara P，Reid RC，etal.Role of subplate neurons in functional maturation of visual cortical columns［J］.Science，2003，301(5632):521－525.

［15］ Heo K，Cho YJ，Cho KJ，et al.Minocycline inhibits caspase-dependent and-independent cell death pathways and is neuroprotective againsthippocampal damage after treatmentwith kainic acid in mice［J］.Neurosci Lett，2006，398(3):195 －200.［16］ Scharfman HE，Goodman JH，Sollas AL，etal.Spontaneous limbic seizuresafter intrahippocampal infusion of brain-derived neurotrophic factor［J］.Exp Neurol，2002，174(2):201 －214.

［17］ Porter BE.Neurogenesis and epilepsy in the developing brain［J］.Epilepsia，2008，49，5(Suppl):50 －54.

［18］ Jabs R，Seifert G，Steinhauser C.Astrocytic function and its alteration in the epileptic brain［J］.Epilepsia，2008，49，2(Suppl):3－12.

［19］ Lombroso CT.Neonatal seizures:gaps between the laboratory and the clinic［J］.Epilepsia，2007，48，2(Suppl):83 －106.

［20］ Ben-Ari Y，Holmes GL.Effects of seizures on developmental processes in the immature brain［J］.Lancet Neurol，2006，5(12):1055－1063.

［21］ Cornejo BJ，Mesches MH，Coultrap S，et al.A single episode of neonatal seizures permanently alters glutamatergic synapses［J］.Ann Neurol，2007，61(5):411 －426.

☆国家自然科学基金资助项目(编号:81071051);西京医院学科助推计划(XJZT10M15)

* 第四军医大学西京医院神经内科(西安 710032)

E-mail:jiangwen@fmmu.edu.cn)

R742.1 (

2010－09－24)

A (责任编辑:李 立)

·综 述·