orexin／hypocretin与发作性睡病

蔡卓冶综述，蔡 伦审校

（1.北海市第二人民医院急诊科，广西北海 536000；2.广西中医学院第一附属医院脑病一区，南宁 530023）

发现orexin／hypocretin已经10多年，作为体内重要的内源性物质之一，研究发现其与发作性睡病密切相关。国内关于orexin／hypocretin与发作性睡病的研究较少，本文对orexin／hypocretin系统，hypocretin与发作性睡病的诊断和治疗进行了介绍，并对发作性睡病患者hypocretin神经元减少的神经元变性、免疫学、理化因素途径进行了综述，并提出了未来的研究方向。

1 orexin／hypocretin和发作性睡病

1998年研究者发现了一种由大鼠下丘脑外侧区（lateral hypothalamic area，LHA）合成和分泌的具有促进动物摄食作用的小分子肽，命名为orexin或hypocretin。Orexin神经元胞体位于侧脑室下方及穹窿周围的下丘脑区，数量仅约数千个。Orexin有2个C-末端乙酰化的单体：orexin A（或称hypocretin 1）和orexin B（或称hypocretin 2），它们均来自同一基因转录产物-前orexin原（preprohypocretin，含130个氨基酸残基）的酶解而来。hypocretin 1和hypocretin 2通过两种激活多种G蛋白的G-蛋白偶联受体OX1R／Hcrtr1和OX2R／Hcrtr2对中枢和外周发挥作用。hypocretin参与各种基本的下丘脑功能，例如：进食，能量平衡和神经内分泌调节［1］。同时还参与情感、奖赏中枢调节等。随着研究者们发现hypocretin缺乏引起人类和动物的发作性睡病，这表明这种下丘脑神经肽在睡眠-觉醒周期中扮演着一个重要角色［2］。虽然hypocretin神经元参与睡眠-觉醒调节的机制还未完全明了但是其中的一个主要机制是它投射到大多数上行觉醒系统（包括单胺能和胆碱能系统），并且一般是兴奋性输入。hypocretin神经元对保持人类的觉醒和抑制快速眼动（rapid eyes movement，REM）具有重大意义［1］。最近的一个新的发现即hypocretin促进培养的斑马鱼松果体产生褪黑素，这可能帮助揭开这个谜［3］。

发作性睡病是一种使人致残的疾病，有人认为其发病率为0.05%。它的特点是过度的白天嗜睡，猝倒发作，睡眠麻痹，睡眠幻觉，自动行为，夜间睡眠紊乱［4］。研究者们发现其发病还与人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）-DQB1＊0602基因显著相关［5］。

2 hypocretin与发作性睡病的诊断

猝倒型发作性睡病患者中，脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中的hypocretin 1浓度降低的特异性和敏感性分别为99.1%和88.5%［6］，除此之外，猝倒型发作性睡病患者REM潜伏期均数显著缩短，并且患者的发病年龄较早，HLA-DR2都是阳性，而正常hypocretin 1水平患者的HLA-DR2仅有33.3%为阳性［7］。所以在美国睡眠医学协会编写的第2版睡眠障碍的国际分类（the international classification of sleep dis-orders，ICSD-2）中将发作性睡病分为非猝倒型发作性睡病、猝倒型发作性睡病和继发性发作性睡病，在后两种类型中将hypocretin≤110pg／mL作为一条诊断标准（猝倒型发作性睡病或有另一个标准hypocretin小于或等于正常值的1／3）。但是要注意的是，有研究者发现，健康者腰段CSF中的hypocretin 1水平在5：00AM时高于5：00PM。hypocretin分泌在觉醒期分泌最高，这项观察出乎意料，可能反映了腰段hypocretin分泌的延迟。这一发现可能对于诊断narcolepsy时CSF的采集有影响［8］。

3 hypocretin的检测

目前，检测CSF中hypocretin 1主要使用直接放射免疫分析法（direct radioimmunoassay，RIA）（100μL内），不用提取。CSF中hypocretin 1很稳定，无论是冰冻和解冻6次还是放置于室温条件下72h，RIA测定其量没有改变［9］。

4 发作性睡病患者CSF中hypocretin 1浓度降低下降可能的原因

4.1 神经元变性 鉴于散发的发作性睡病患者发病比有家族史的患者晚，出生后细胞死亡是猝倒型发作性睡病患者的主要病理生理基础。使用基于体素的形态测量学（voxel-based morphometry，VBM）对发作性睡病患者下丘脑和（或）其投射区域的结构变化进行研究发现，发作性睡病患者的hypocretin神经元的功能异常与下丘脑灰质减少也是一个佐证［10］。有研究统计人类猝倒型发作性睡病患者的hypocretin神经元数量减少了85%～95%［11］。而活检结果提示下丘脑的hypocretin神经元周围并没有炎性细胞浸润，所以推测hypocretin细胞区域的神经元变性而导致hypocretin细胞的缺乏。而在40%阿尔茨海默病患者身上观察到hypocretin神经元数目减少了和帕金森病后继发为发作性睡病的出现进一步证实了神经元变性的存在可能［12-13］。大鼠下丘脑器官型脑片培养提示N-甲基-D-天门冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体介导的损伤和内源性细胞毒性物质如吡啶-2，3-二羧酸可能导致发作性睡病患者下丘脑这些含有hypocretin的神经元的选择性缺失［14］。

4.2 免疫学机制

4.2.1 直接的免疫途径 猝倒型发作性睡病患者和HLA等位基因DQB1＊0602的紧密关系提示自身免疫参与发作性睡病患者的发病。发现有猝倒发作性睡病患者比无猝倒的患者血中CD4＋T细胞和B淋巴细胞显著减少进一步证实了这个可能［15］。另一项研究中认为T细胞受体是罪魁祸首，T细胞α亚型受体（T cell receptor alpha，TCRα）链是CD8＋T细胞的一部分，能够识别HLA中Ι类分子产生的抗原，CD4＋T细胞能识别HLA中Ⅱ类分子产生的抗原，而这些抗原中的一部分是由DQB1＊0602编码的。同时TCRα和T细胞β亚型受体（T cell receptor beta，TCRβ）自身结合构成完全不同于这两种亚型的异型耐受全能T细胞。所以TCRα的基因多态性可能直接导致hypocretin神经元的丢失［16］。另外，在一些新的探索和发现在进行中，包括在典型的患者身上寻找抗神经节苷脂抗体滴度是否增加［17］，研究DQB1＊0602阳性的猝倒型发作性睡病患者对人类preprohypocretin和其分解物是否产生IgG反应［18］，在hypocretin细胞中寻找自身抗体，包括发现发作性睡病患者下丘脑的hypocretin细胞中的胰岛素样生长因子受体结合蛋白3（insulin-like growth factor binding protein 3，IGFBP3）的过度表达［19］。同样，已知 hypocretin神经元表达Trib2，但是后来又发现其他神经元也表达Trib2，研究者仍然指出Trib2是发作性睡病患者的抗原，因为在研究中用酶联免疫吸附法分析表明同单纯失眠患者和健康对照者以及多发性硬化患者相比，猝倒型发作性睡病患者血清中的Trib2特定抗体滴度升高。并且认为Trib2特定抗体滴度在发病之初升高，在2～3年内显著下降，在30年内，保持稳定比对照组高的浓度。Trib2特定抗体滴度的浓度与猝倒发作的严重性相关，大鼠下丘脑超过86%的hypocretin神经元与患者血清产生特别的免疫反应［20］。参与平滑肌收缩的IgG抗体也未检测到［21］。因发现双侧下丘脑损伤的MS患者的血清中抗AQP4抗体阳性，hypocretin神经元的缺失可能是机体对AQP4的攻击有关［22］。令人遗憾的是，迄今为止寻找相关的抗体都未得到令人信服的证据和完全了解该病的机制，但是研究者们持一种观点，即与疾病相关的异型HLA导致外周免疫系统自身耐受的破坏。但是也有可能是患者发病时间与检测时间的差异。

4.2.2 间接的免疫途径 由于考虑到发作性睡病患者的hypocretin神经元选择性缺失，而其周围的细胞产生褪黑素的细胞没有受到影响，所以推测有抗体选择性与hypocretin神经元表达的特定的抗原进行结合，从而导致其缺失。这种推测，也得到一些支持，一些病毒感染导致CD8＋与胶质细胞相互作用导致损害胶质细胞介导的神经元解毒功能或胶质细胞产生神经营养因子功能的损害，而神经营养因子的缺乏导致其缺失［23］。一些免疫反应与溶血性链球菌、H1N1流感病毒及接种H1N1流感病毒疫苗有关，发作性睡病可能与上呼吸道感染导致的自身免疫有关［24］。该免疫反应的机制可能是这样的，主要组织性溶性复合物Ⅱ类分子（major histocompatibility complex classⅡ，MHCⅡ）包括 HLA-DR2和HLA-DQB1＊0602，主要将抗原呈递给CD4＋细胞，CD4＋细胞能够识别细菌抗原，例如，溶血性链球菌抗原和（或）自身抗原，最近发现，与年龄相匹配的对照组相比，在HLA-DQB1＊0602阳性且hypocretin缺乏的发作性睡病患者中在发病之初的3年，溶血性链球菌抗体增加。随后下降。而C反应蛋白水平却没有升高［25］。同样，诸于感染间接途径导致具有细胞毒性CD8＋T细胞可能通过对hypocretin神经元表达MHCI产生作用，细胞间的相互作用导致hypocretin神经元的缺失［26］。一种不同的模式即下丘脑感染的病原体可能表达一种超级抗原，这种抗原能够将T细胞上的TCR和如小胶质细胞表达的MHCⅡ类分子连接起来，细菌或病毒的超级抗原通过与MHCⅡ类分子结合的方式聚集在抗原呈递细胞的表面，然后连接和结合TCR分子，导致极强的TCR信号、T细胞激活和细胞因子产生。超级抗原释放的干扰素γ（interferon-γ，INF-γ）激活T细胞在胞内没有谷氨酸的情况下将产生神经兴奋性毒性，最终导致hypocretin神经元的缺失［27］。还有一种假说即病原体可能更加趋向于下丘脑hypocretin神经元的激活并且导致这些神经元激活小胶质细胞经由MHCⅡ类分子的信号。活性小胶质细胞通过释放喹啉酸或上调谷氨酰胺酶，而这种酶能够产生NMDA受体拮抗剂谷氨酸钠，喹啉酸的释放或谷氨酰胺酶的上调均能够产生神经毒性［28］。肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）参与集体主动免疫和多种疾病的病理生理过程，TNF的受体包括TNFr1和TNFr2，TNF由被插入到膜中作为同型三聚体2型跨膜蛋白合成并且被基质金属蛋白酶TNF-α转化酶水解成51×103大小的可溶性循环三聚体。两者的膜结合和可溶形式都主要由单核细胞和巨噬细胞、树突状细胞所致。TNF受体和TNF受体相关细胞因子或下游信号蛋白相结合，调节基因表达和细胞功能［29-30］，TNF位于染色体上6p21人类MHC复合物的三类区域，因为猝倒型发作性睡病患者和HLA等位基因DQB1＊0602的紧密关系以及观察到猝倒型发作性睡病患者体内TNF是值得研究的。新发现TNF-α基因和TNFr2基因的多态性与发作性睡病有关。而一项在大鼠上的研究表明TNF-α可能导致CSF中hypocretin的下降，并且其通过一条独一无二的通路使hypocretin-2受体下调［31］。

4.3 理化因素 同正常对照组相比，HLA-DQB1＊0602阳性的发作性睡病患者发病可能与环境毒性相关，接触重金属、油漆工、杀虫剂危险显著增加［32］。

5 发作性睡病的hypocretin替代治疗

hypocretin 1由于受到血脑屏障的影响，直接进入脑内是比较困难的，动物模型侧脑室注射hypocretin 1低剂量对猝倒和觉醒无效，但静脉注射高剂量的hypocretin 1在hypocretin配体缺乏的动物身上产生短时间的持续的抗猝倒效果［33］。经鼻给予hypocretin 1也对猝倒型发作性睡病患者的睡眠有较大改善。经鼻给药的出现意想不到的效果的原因可能是药物经过嗅神经进入脑内，不过研究者并没有对CSF中的hypocretin浓度进行测量，这是一个遗憾［34］。非肽类小分子hypocretin受体激动剂（ACT-078573和GW-649868）可能给失眠以及发作性睡病带来希望［35］。当然基因治疗也是正在寻求的方式。细胞移植可能给治疗带来希望，使下丘脑有足够的hypocretin细胞，但是从理论到实践，能够调控细胞产生生理效应这是一个难题［36］。

6 展 望

CD4＋T细胞和B淋巴细胞显著减少多出现于经典的免疫系统疾病如系统性红斑狼疮和类风湿性关节炎中，但是寻找抗核抗体、抗双链DNA抗体以及寻找类风湿因子却没有结果。不同于多发性硬化，发作性睡病患者中，寡克隆带升高并不明显。所以试图以经典的免疫系统疾病来破解发作性睡病难以成功。目前的研究热点包括寻找hypocretin细胞表达的蛋白，所得出的结果并不是蛛丝马迹，而感染导致hypocretin细胞损伤的免疫机制以及超级抗原的存在也不是空穴来风，再加上TNF系统与hypocretin细胞损伤，理化因素的存在。似乎hypocretin细胞损伤并非单方面原因。至于hypocretin的替代治疗，经鼻给药机制虽然不是很明确，但疗效尚可，技术日益成熟，估计将会成为目前主要的替代治疗方式。

［1］Nishino S.The hypothalamic peptidergic system，hypocretin／orexin and vigilance control［J］.Neuropeptides，2007，41（3）：117-133.

［2］Ohno K，Sakurai T.Orexin neuronal circuitry：role in the regulation of sleep and wakefulness［J］.Front Neuroendocrinol，2008，29（1）：70-87.

［3］Appelbaum L，Wang GX，Maro GS，et al.Sleep-wake regulation and hypocretin-melatonin interaction in zebrafish［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2009，106（51）：21942-21947.

［4］Peterson PC，Husain AM.Pediatric narcolepsy［J］.Brain Dev，2008，30（10）：609-623.

［5］Jeong JH，Hong SC，Shin YK，et al.HLA-DQB1allele and hypocretin in Korean narcoleptics with cataplexy［J］.J Korean Med Sci，2007，22（1）：127-131.

［6］Dauvilliers Y，Baumann CR，Carlander B，et al.CSF hypocretin-1levels in narcolepsy，kleine-Levin syndrome，and other hypersomnias and neurological conditions［J］.J Neurol Neurosurg Psychiatry，2003，74（12）：1667-1673.

［7］Oka Y，Inoue Y，Kanbayashi T，et al.Narcolepsy without cataplexy：2subtypes based on CSF hypocretin-1／orexin-A findings［J］.Sleep，2006，29（11）：1439-1443.

［8］Grady SP，Nishino S，Czeisler CA，et al.Diurnal variation in CSF orexin-A in healthy male subjects［J］.Sleep，2006，29（3）：295-297.

［9］Ripley B，Overeem S，Fujiki N，et al.CSF hypocretin／orexin levels in narcolepsy and other neurological conditions［J］.Neurology，2001，57（12）：2253-2258.

［10］Buskova J，Vaneckova M，Sonka K，et al.Reduced hypothalamic gray matter in narcolepsy with cataplexy［J］.Neuro Endocrinol Lett，2006，27（6）：769-772.

［11］Thannickal TC，Moore RY，Nienhuis R，et al.Reduced number of hypocretin neurons in human narcolepsy［J］.Neuron，2000，27（3）：469-474.

［12］Fronczek R，van Geest S，Frlich M，et al.Hypocretin（orexin）loss in Alzheimer′s disease［J］.Neurobiol Aging，2012，33（8）：1642-1650.

［13］Haq IZ，Naidu Y，Reddy P，et al.Narcolepsy in Parkinson′s disease［J］.Expert Rev Neurother，2010，10（6）：879-884.

［14］Katsuki H，Akaike A.Excitotoxic degeneration of hypothalamic orexin neurons in slice culture［J］.Neurobiol Dis，2004，15（1）：61-69.

［15］Coelho FM，Pradella-Hallinan M，Alves GR，et al.A study of T CD4，CD8and B lymphocytes in narcoleptic patients［J］.Arq Neuropsiquiatr，2007，65（2）：423-427.

［16］Hallmayer J，Faraco J，Lin L，et al.Narcolepsy is strongly associated with the T-cell receptor alpha locus［J］.Nat Genet，2009，41（6）：708-711.

［17］Overeem S，Geleijns K，Garssen MP，et al.Screening for anti-ganglioside antibodies in hypocretin-deficient human narcolepsy［J］.Neurosci Lett，2003，341（1）：13-16.

［18］Black JL 3rd，Silber MH，Krahn LE，et al.Studies of humoral immunity to preprohypocretin in human leukocyte antigen DQB1＊0602-positive narcoleptic subjects with cataplexy［J］.Biol Psychiatry，2005，58（6）：504-509.

［19］Honda M，Eriksson KS，Zhang S，et al.IGFBP3colocalizes with and regulates hypocretin（orexin）［J］.PLoS ONE，2009，4（1）：e4254.

［20］Cvetkovic-Lopes V，Bayer L，Dorsaz S，et al.Elevated Tribbles homolog 2-specific antibody levels in narcolepsy patients［J］.J Clin Invest，2010，120（3）：713-719.

［21］Jackson MW，Reed JH，Smith AJ，et al.An autoantibody in narcolepsy disrupts colonic migrating motor complexes［J］.J Neurosci，2008，28（49）：13303-13309.

［22］Kanbayashi T，Shimohata T，Nakashima I，et al.Symptomatic narcolepsy in MS and NMO patients；new neurochemical and immunological implications［J］.Arch Neurol，2009，66（12）：1563-1566.

［23］Richter K，Hausmann J，Staeheli P.Interferon-gamma prevents death of bystander neurons during CD8Tcell responses in the brain［J］.Am J Pathol，2009，174（5）：1799-1807.

［24］Kornum BR，Faraco J，Mignot E.Narcolepsy with hypocretin／orexin deficiency，infections and autoimmunity of the brain［J］.Curr Opin Neurobiol，2011，21（6）：897-903.

［25］Kirvan CA，Swedo SE，Heuser JS，et al.Mimicry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in sydenham chorea［J］.Nat Med，2003，9（7）：914-920.

［26］Melzer N，Meuth SG，Wiendl H.CD8＋T cells and neuronal damage：direct and collateral mechanisms of cytotoxicity and impaired electrical excitability［J］.FASEB J，2009，23（1）：3659-3673.

［27］Mizuno T，Zhang G，Takeuchi H，et al.Interferon-gamma directly induces neurotoxicity through a neuron specific，calcium-permeable complex of IFN-gamma receptor and AMPA GluR1receptor［J］.FASEB J，2008，22（6）：1797-1806.

［28］Pais TF，Figueiredo C，Peixoto R，et al.Necrotic neurons enhance microglial neurotoxicity through induction of glutaminase by a MyD88-dependent pathway［J］.J Neuroinflammation，2008，5（1）：43-50.

［29］Popa C，Netea MG，van Riel PL，et al.The role of TNF-alpha in chronic inflammatory conditions，intermediary metabolism，and cardiovascular risk［J］.J Lipid Res，2007，48（4）：751-762.

［30］Berthold-Losleben M，Himmerich H.The TNF-alpha system：functional aspects in depression，narcolepsy and psychopharmacology［J］.Curr Neuropharmacol，2008，6（3）：193-202.

［31］Zhan S，Cai GQ，Zheng A，et al.Tumor necrosis factor-alpha regulates the hypocretin system via mRNA degradation and ubiquitination［J］.Biochim Biophys Acta，2011，1812（4）：565-571.

［32］Ton TG，Longstreth WT Jr，Koepsell TD.Environmental toxins and risk of narcolepsy among people with HLA DQB1＊0602［J］.Environ Res，2010，110（6）：565-570.

［33］Fujiki N，Yoshida Y，Ripley B，et al.Effects of IV and ICV hypocretin-1（orexin A）in hypocretin receptor-2 gene mutated narcoleptic dogs and IV hypocretin-1replacement therapy in a hypocretin-ligand-deficient narco-leptic dog［J］.Sleep，2003，26（8）：953-959.

［34］Baier PC，Hallschmid M，Seeck-Hirschner M，et al.Effects of intranasal hypocretin-1（orexin A）on sleep in narcolepsy with cataplexy［J］.Sleep Med，2011，12（10）：941-946.

［35］Nishino S.The hypocretin／orexin receptor：therapeutic prospective in sleep disorders［J］.Expert Opin InvestigDrugs，2007，16（11）：1785-1797.

［36］Arias-Carrión O，Murillo-Rodríguez E.Cell transplantation：a future therapy for narcolepsy［J］.CNS Neurol Disord Drug Targets，2009，8（4）：309-314.