mTOR信号通路与癫痫的发生发展☆

陆波潘凉泽谢延风

癫痫是中枢神经系统常见疾病，其发病机制现仍不完全清楚。目前大量研究表明哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammaliantarget of rapamycin，mTOR)信号通路与癫痫的发生发展有着重要联系，在多种类型癫痫疾病及动物模型中mTOR通路异常激活，在动物模型中予以其抑制剂雷帕霉素干预,不仅可控制癫痫症状，还可改善如神经细胞死亡、星形胶质细胞增生、苔藓样纤维出芽等与癫痫发生发展有关的分子病理改变。mTOR信号通路的异常激活已被认为是癫痫发生发展的潜在机制，抑制mTOR信号通路将是治疗癫痫新的靶点。本文现就与mTOR信号通路相关的癫痫疾病与动物模型，以及mTOR通路参与癫痫发生发展可能的机制做一综述，为癫痫的治疗提供新的思路。

1 mTOR简述

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一种进化上相对保守的非典型丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，由mTORC1和mTORC2两种蛋白质复合体组成，上游主要包括PI3K/Akt通路及LKB1/AMPK通路，前者对mTOR有激活作用，而后者起抑制作用。在接受来自激素、生长因子等多种信号后，上游信号通过磷酸化各靶点而作用于mTOR，mTOR主要通过调节p70S6K和4E-BP1磷酸化水平而参与细胞生长、分化增殖和维持代谢稳态，以及参与如神经细胞死亡、星形胶质细胞增生，突触可塑性改变等癫痫相关病理改变。生理条件下，mTOR通路广泛存在于哺乳动物各组织器官，在中枢神经系统内呈低表达[1]。

2 mTOR信号通路异常激活的癫痫疾病及动物模型

2.1 mTOR通路与皮质发育畸形所致癫痫 结节性硬化症（tuberous sclerosis complex，TSC）是常见的遗传性癫痫疾病，患者中癫痫发生率极高，且多呈难治性，它是由mTOR上游抑制基因TSC1/TSC2突变引起，任一TSC基因突变都将产生癫痫等症状，动物实验发现TSC2基因失活将产生更严重的癫痫[2]。在一个TSC1基因敲除实验中，小鼠在3周龄时出现典型的癫痫发作，予以mTOR抑制剂雷帕霉素可以阻止或减少癫痫发作，同时可改善甚至逆转星形胶质细胞增生，神经元肥大，受损髓鞘形成等癫痫相关病理改变[3]。现雷帕霉素衍生物治疗TSC已进入临床试验阶段，并在多数患者中证实对癫痫等相关症状有效[4-5]。但雷帕霉素治疗TSC存在的重要不足是在动物实验中停药数周后癫痫症状及相关病理异常再次出现[3]，在人体实验中长期使用伴有免疫抑制等毒副作用，其治疗策略需进一步研究。

局灶性皮质发育不良（focal cortical dysplasia，FCD）常伴难治性癫痫，对其中亚型FCDIIb型的研究发现，提示PI3K/Akt/mTOR通路激活的标志蛋白在该亚型中表达增加[6]，另外虽然对于基因多态性是否代表丧失功能的基因突变仍不肯定，但在FCDIIb难治性癫痫患者病理组织中发现TSC1基因多态性约50%，意义尚待探索[7]。

PTEN基因敲除模型常用来模拟皮质畸形所致癫痫。PTEN是mTOR上游负性调控基因，在PTEN敲除鼠模型中可见痫性发作，神经肥大等表现，雷帕霉素可以改善癫痫、行为缺陷等症状以及相关病理改变[8]。在多器官错构瘤等多种癫痫发病率很高的人类疾病中人们也发现PTEN基因的突变。

羊水过多-巨颅-症状性癫痫综合征（polyhydramnios,megalencephaly,and symptomatic epilepsy syndrome，PMSE）是由STRADA基因突变引起，以局部皮质发育畸形、严重的癫痫、认知障碍为特征的一种遗传性疾病。STRADA基因编码的蛋白STRADα可激活LKB1/AMPK通路，从而抑制mTOR蛋白的激活，STRADA基因突变后将致mTOR及其下游的活化，在PMSE患者脑组织中发现mTOR通路的激活也是对其客观的印证[9]。

2.2 mTOR通路与病毒感染所致癫痫 中枢神经系统病毒感染常致热性惊厥和癫痫，近期研究发现，许多病毒蛋白与mTOR通路有关，提示mTOR通路在病毒性脑炎所致癫痫中扮演重要角色。

1型单纯疱疹病毒（herpes simplex virus，HSV-1）感染常使膜电位去极化减少,而使神经元处于过度兴奋状态，其颅内感染后常常发生癫痫[10]，HSV-1蛋白ICP0可激活mTOR下游分子4E-BP1，促进蛋白合成[11]。腺病毒感染常发生热性惊厥，其产生的蛋白E4-ORF1可以直接结合活化PI3K，而E4-ORF4可结合活化PP2A，抑制mTORC1的去磷酸化而激活mTOR通路[12]。在人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）相关脑炎所致的癫痫中，mTOR通路活化，以及GP120和mTOR的相关性也已有相关报道[13]。先天性巨细胞病毒感染患者癫痫发病率高,病毒中IE1和IE2蛋白可以活化Akt，同时病毒也可作用于AMPK影响蛋白的合成[14]，另一个蛋白PUL38可影响TSC1/TSC2而抑制宿主细胞的凋亡[15]。

2.3 mTOR通路与大脑肿瘤所致癫痫 多种类型大脑肿瘤常伴发癫痫，如神经节神经胶质瘤、脑膜瘤、多形性胶质母细胞瘤等，目前有证据表明，mTOR通路在多种大脑肿瘤相关的癫痫中异常激活并扮演着重要角色。

在神经节神经胶质瘤患者病理组织中mTOR通路激活，并表明与络丝蛋白（Reelin）有关[16]。脑膜瘤中显著表达纤维母细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）及其受体之一FGFR-3，FGFR-3的活化依赖于PI3K/AKt/mTORC1通路的激活[17]，同时人们还发现在一些脑膜瘤中mTORC1抑制因子NF2/Merlin的突变[18]。多形性胶质细胞瘤是侵袭性很高的原发性大脑肿瘤，表现出PI3K-AKt依赖性，虽然目前雷帕霉素对这类患者疗效欠佳[19]，但mTOR通路与该病关系仍需探索。

2.4 mTOR通路与获得性癫痫动物模型 海藻氨酸及匹鲁卡品致痫鼠模型都是常用的颞叶癫痫模型。在海藻氨酸诱发癫痫持续状态后mTOR通路在急性期的大鼠海马及新皮质区均激活，持续数小时后渐降至正常，3天后在海马区再次检测到mTOR通路活化，雷帕霉素预处理可以阻断这种双时相激活，并减少痫性发作、神经细胞死亡及苔藓纤维出芽，在癫痫持续状态后使用雷帕霉素可阻断慢性期mTOR通路的活化，减少痫性发作及苔藓样纤维出芽[20]。进一步研究发现，在海藻氨酸注射前一小时使用雷帕霉素mTOR通路活化程度反而增加，并伴随着神经细胞死亡的异常，但如果二者注射有足够长的时间间隔，又表现出mTOR通路抑制及抗癫痫作用[21]。在匹鲁卡品致痫模型中，mTOR通路在癫痫持续状态以及慢性自发性癫痫期激活，雷帕霉素可减少痫性发作频率，抑制笞藓样纤维出芽及齿状回异常神经环路的形成[22]，但停止使用数周后癫痫症状及病理改变相继发生[23]。

控制性皮质撞击损伤（controlled cortical impact，CCI）模型常用来模拟外伤性癫痫，在该模型中人们检测到异常活化的mTOR通路，雷帕霉素可以改善癫痫症状，减少神经元死亡及苔藓样纤维出芽[24]。另一实验中联合使用Akt和mTOR抑制剂还可改善后期的认知及运动功能[25]。

3 mTOR通路参与癫痫发生发展可能的分子机制

mTOR通路参与癫痫发生发展分子机制仍不清，人们推测与炎症、离子通道、神经递质受体、神经细胞死亡、星形胶质细胞增生和突触可塑性等异常有关。

在人类及动物癫痫致痫灶里炎症因子IL-1β、TNF-α等大量存在，雷帕霉素可以抑制炎症过程中小胶质细胞的活化，从而抑制炎症反应[26]，最近的报道再次证实mTOR通路通过炎症反应而参与癫痫发生发展的推测[27]。

mTOR涉及管理与癫痫有关的离子通道和神经递质受体的活性，Gregory等[28]报告在TSC患者脑组织中NMDA受体增加及GABA受体减少并推测与mTOR通路有关。在癫痫动物模型中人们发现雷帕霉素通过抑制mTOR通路可增加皮层及海马Kv1.1钾离子通道蛋白的表达[29]，增加GABA受体介导的突触活性及减少AMPA受体表达[30]，从而达到抗癫痫作用。

另有报道称mTOR通路通过调节凋亡、自噬方式的神经细胞死亡，星形胶质细胞增生，苔藓样纤维出芽等影响大脑神经兴奋性而参与癫痫发生发展。星形胶质细胞聚集可减少谷氨酸及钾离子的摄取而导致痫性发作[31]，同时星形胶质细胞增生，神经细胞死亡及苔藓样纤维出芽可形成异常的神经环路而导致癫痫的发生。McMahon等[32]在TSC和PTEN动物模型中发现mTOR通路对自噬的负性调节，并提示异常的自噬过程可能参与癫痫的发生发展，同时人们在多个癫痫模型中证实mTOR通路促进神经细胞凋亡，星形胶质细胞增生及苔藓样纤维出芽，雷帕霉素可抑制这些病理改变并阻止癫痫的发生发展[3,20-24,33]。

4 小结与展望

mTOR通路的异常激活已经在多种类型癫痫疾病及动物模型中证实，雷帕霉素可控制癫痫症状，改善甚至逆转癫痫相关病理改变，我们相信mTOR通路在癫痫的发生发展中扮演了重要角色，但二者关系仍有待进一步研究。首先应进一步探索mTOR下游通路参与癫痫的分子机制及与已知的直接导致癫痫发生的分子或离子通道等关系，其次探索合理使用雷帕霉素的方法，减少其抗癫痫过程的毒副作用，最后探索现有或正在研究的抗癫痫药物或方法如姜黄素[34-35]、生酮饮食[36]等与mTOR通路联系，以期找到疗效更为确切、毒副作用更小的mTOR通路抑制剂用于临床。

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