癫痫与微小RNA和生酮饮食的研究进展

张楠楠 朱喜科

癫痫与微小RNA和生酮饮食的研究进展

张楠楠 朱喜科

微小RNA（microRNA，miRNA）与癫痫的发生发展过程有重要关系，可通过调控其靶基因参与信号传导通路，发挥着类似于癌基因或抑癌基因的作用，目前已发现多种miRNA与癫痫关系密切。生酮饮食（ketogenic diet，KD）是一种用来治疗儿童癫痫的方法，其有效性和安全性已经得到全世界的公认，目前认为KD治疗癫痫的可能机制有KD影响脑组织的能量代谢和神经递质以及KD具有抗氧化和抗凋亡作用。全面研究KD治疗癫痫的miRNA调控机制将可能对研发新型抗癫痫药物提供理论依据。

癫痫；微小RNA；生酮饮食

癫痫（epilepsy）是中枢神经系统常见疾病之一，临床上主要应用抗癫痫药物、外科手术、迷走神经刺激术及生酮饮食（ketogenic diet，KD）等方法治疗，并以前两种为主。目前癫痫已成为危害我国公共健康的一个重要原因，而癫痫发生、发展的细胞学以及分子学机制尚未十分明确，因此，阐明癫痫发生发展的分子机制，寻求新的分子治疗靶点，进行有效的干预阻断策略，对提高癫痫患者的生存质量具有重要意义。本文就癫痫与微小RNA（microRNA，miRNA）、KD之间的关系进行综述。

1 癫痫与miRNA

癫痫是由大脑神经元超同步化异常放电引起的具有共同特征的中枢神经功能失调，其临床特点是刻板性、短暂性、反复性和突发性［1］。癫痫的人群年患病率约为7‰，严重危害人类健康和生活质量，大多数癫痫患者的癫痫发作可以得到控制，约25%的患者发展成为难治性癫痫（refractory epilepsy），其中颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）占60%～70%。有研究表明TLE的病理过程涉及神经元坏死、胶质细胞增生、离子通道改变及神经炎性反应等［2］，其病因复杂且受多因素影响［3-4］，与遗传因素有一定的关系，几种公认的导致癫痫发生的基因包括LGI1、IL-1α、IL-1β、m GLuR1和m GLu R5等。癫痫发病机制主要与神经元异常放电有关。除此之外，神经胶质细胞增生、皮质发育障碍、兴奋性和抑制性受体功能紊乱、神经细胞营养因子和细胞炎性因子功能障碍也与癫痫发生有一定的关系。

MiRNA是一类近年来新发现的非编码小RNA分子，广泛存在于各种生物体内，一般长约18～24个核苷酸序列，通常在转录后水平调控基因表达。成熟miRNA与靶mRNA通过完全或不完全碱基配对方式互补结合，降解靶mRNA或阻滞其转录后翻译，在基因调控方面起到重要作用，可以影响细胞增殖、分化和凋亡。miRNA在脑组织中不仅表达丰富，并且具有明显的表达时序性，近年来大量研究证实，miRNA与癫痫的发生发展也密切相关。

MiRNA在神经系统的表达呈现高度的保守性、时序性和特异性。人和啮齿类动物的脑组织中富含miRNA的表达，相对于其他器官而言，脑组织中的miRNA种类更多，表达水平也更高。Lorenzor等通过Northen杂交发现在小鼠脑中特有的7种miRNA，包括miR-9、-24a、-124b、-135、-153、-183和-219，其中除miR-183外，其余6种miRNA均可在成年人脑中表达，同样具有高度的保守性、时序性和特异性，但人和老鼠胎脑的miRNA表达模式可能有所不同。miRNA不仅对发育早期胚胎干细胞存活和分化至关重要，而且在维持成熟神经元存活并使其发挥功能方面也起到重要作用［5］。目前，围绕癫痫与miRNA的研究已经展开，并不断深入。Nudelman等［6］报道了第一个与癫痫发作相关的miRNA，发现在海马组织中miR-132的表达影响着神经元树突的功能和形态改变，在由毛果芸香碱诱导的癫痫持续状态（status epilepticus，SE）大鼠模型中前体miR-132及成熟miR-132均表达上调，而Shakede和Boldin则发现miR-132通过乙酰胆碱酯酶及NfκB信号通路发挥着抗炎作用。随后Liu等［7］通过芯片对海人酸诱导癫痫大鼠模型的脑组织进行分析，发现共60种miRNA的表达存在差异，其中包括21种表达上调和39种表达下调，并且验证了表达下调的4种miRNA。Aronica等［8］发现在癫痫中miR-146a通过调节Toll样受体（toll-like receptor，TLR）的表达起到抗炎作用。在正常脑组织中，miR-146a在神经元中的表达高于胶质细胞，而在SE大鼠和癫痫患者的脑组织中，miR-146a海马组织中呈高表达，并局限于神经元细胞和星形胶质细胞，而非小神经胶质细胞。同时，Iyer等［9］发现miR-146a表达增多是通过激活白细胞介素-1（IL-1）途径，而激活肿瘤坏死因子α（TNFα）则不能提高miR-146a的表达。

目前已报道的癫痫病灶组织中高表达的miRNA包括：（1）miR-132：Nudelman等［6］发现在SE的大鼠海马组织中CREB相关miRNA即miR-132呈高表达，其参与树突的形成。（2）miR-146a：是一种调节TLR信号通路和细胞因子受体信号通路的内源性调节因子，Aronica等［8］发现它在神经元中的表达量高于胶质细胞，通过调节TLR和各种细胞因子参与癫痫的发生，在SE的大鼠和患者中miR-146a都呈高表达状态；Iyer等［9］的研究发现在培养的人神经胶质细胞中IL-1β会明显增加miR-146a的表达。Omran等［10］研究显示在儿童颞叶内侧癫痫病变区IL-1β及miR-146a的表达升高。（3）Let-7b：Lehmann等［11］研究发现Let-7b能够促进TLR-7表达从而引起神经元的坏死，参与癫痫的发生。（4）miR-34a：是一类P53相关的具有高度保守性的miRNA，Hu等［12］研究发现在坏死的神经元细胞中，miR-34a表达明显增加，其靶基因为凋亡抑制基因（Bcl-2），而Sano等［13］实验中证实癫痫引起的神经元中miR-34a的高表达会引起MAP3 K9蛋白表达量的下降。（5）miR-184：Mc Kiernan等［14］利用芯片技术筛查癫痫小鼠海马组织中具有表达差异的miRNAs，发现在表达上调的miRNAs中，miR-184的高表达是最明显的。（6）miR-134：是一种特异于表达在脑组织中的miRNA，在神经元前体细胞的增殖、迁移和胚胎神经元成熟等方面具有相对独立的阶段特异性调节作用，大量的研究均表明在癫痫的发生过程中，miR-134表达上调［15-18］。

2 癫痫与KD

KD是由Wilder于1921年提出的一种用来治疗儿童癫痫的方法，其有效性和安全性已经得到全世界的公认［19］，但随着新型抗癫痫药物（antiepileptic drugs，AEDs）的不断出现，加之KD对饮食要求过于严格而逐渐被摒弃。尽管几十年来几代AEDs被应用到临床，但仍有20%～30%癫痫患者的发作难以控制，因此近年来，由于在难治性癫痫治疗中效果突出，KD再次得到人们的广泛重视和应用。目前，大量动物实验及临床研究证实KD及其代谢产物酮体对许多神经系统疾病均具有控制症状及防止疾病发展的作用。目前用于抗肿瘤酮食与抗癫痫酮食大致相同，常用的KD方案分为3种，这3种饮食产生酮体效果存在差别但临床疗效相似［20］。在治疗癫痫方面，KD与AEDs、癫痫手术相比具有如下优点［21］：（1）KD不良反应比AEDs少，并且大多可治疗、逆转；（2）KD对顽固性癫痫儿童的疗效优于AEDs；（3）尽管新型AEDs很多，但临床医生使用经验有限；（4）外科手术治疗风险较大，有些患者的癫痫病灶不确定，尤其不适用于年龄较小的患儿；而KD如果没有明确治疗效果，可以随时终止。

KD在治疗癫痫中的应用也备受关注，尤其对于难治性癫痫。婴儿痉挛症（West综合征）是一种严重的、与年龄相关的全身性癫痫综合征，约一半的患儿对AEDs治疗效果差。Hong等［22］研究发现KD对于West综合征的治疗有一定疗效，应用KD治疗半年后能改善约50%患儿的痉挛发作，如果坚持KD治疗1～2年，改善率可能提高至77%。此外，还有35%的患儿脑电图有明显好转。因此，当AEDs、糖皮质激素或促肾上腺皮质激素等治疗无效的情况下，应该考虑尽早使用KD治疗。Kang等［23］对比了KD在West综合征中长期使用（2年）和短期使用（8个月）的疗效情况，结果发现短期使用KD治疗在控制痉挛发作及缓解复发率方面与长期使用KD基本相同，而且短期使用KD对于患儿的生长发育没有太多影响。所以尽管KD不是治疗West综合征的首选方案，但当药物治疗无效时，可以考虑给予短期KD治疗。SE是临床上处理较为棘手的急症之一，Nam等［19］研究发现KD能缩短SE发生的时间以及减少联合AEDs应用的数量，并提出如果用常规方法不能控制SE时可尝试使用KD治疗。热性惊厥发作是一种临床上较为常见的、由于发热导致的原因不明的痫性发作，如果发热不能及时控制，痫性发作会反复发生，不仅会进展为耐药性癫痫，而且可能产生非常严重的意识障碍及大脑功能严重损伤。Nabbout等［24］追踪了9例应用KD治疗的热性惊厥患儿的预后情况，共观察12年，发现7例患儿在应用KD治疗平均4.8 d后症状明显缓解，而其中1例在自行中断KD治疗后出现病情复发。

3 KD治疗癫痫的可能机制

3.1 能量代谢作用 在癫痫发生的过程中存在不同程度的脑血流灌注下降、线粒体功能障碍和糖代谢障碍，此时酮体成为主要的能量来源，相对于糖代谢而言，酮体进入三羧酸循环代谢产生能量速度较快［25］，消耗同等量氧气时，酮体产生的能量更多。Bough等［26］的研究表明，KD能使大鼠的脑组织中能量代谢酶转录上调，并得到基因芯片技术的证实，42个线粒体蛋白中39个转录上调，同时电镜下观察可见大鼠海马组织中线粒体数目增加46%，磷酸/肌酸比例上调，表明细胞能量增多。Noh等［27］的实验得到了同样的结果，该实验中给予大鼠KD饮食1个月后，经过cDNA微阵列芯片分析后发现线粒体ATP合成酶β、D亚单位及β亚单位前体显著上调。

3.2 对脑内神经递质的影响 γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）是一种天然存在的非蛋白质氨基酸，是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经介质，约50%的中枢神经突触部位以GABA为递质，在人体大脑皮质、海马、丘脑、基底核和小脑中起重要作用。酮体经过代谢转化为乙酰辅酶A（Co A），大量的Co A堆积，会导致柠檬酸盐合成反应增多，草酰乙酸盐消耗增加。天冬氨酸氨基转移（谷氨酸+草酰乙酸⇌天冬氨酸+2-氧-戊二酸）是双向可逆反应，草酰乙酸盐的消耗导致天冬氨酸氨基转移酶反应下降，谷氨酸转变为天冬氨酸减少，而更多的用于GABA合成。Wang等［28］利用磁共振波谱分析技术证实部分应用KD治疗的儿童脑内GABA水平明显升高。Dahlin等［29］的研究显示，接受KD治疗的难治性癫痫患儿脑脊液中GABA水平较治疗前明显升高，疗效良好组患儿脑脊液中GABA水平高于疗效欠佳组。

3.3 其他可能的作用机制 还有研究表明KD可以提高谷胱甘肽过氧化物酶活性，起到抗氧化作用，通过参与抗癫痫作用从而保护神经系统。此外，Hu等［30］研究发现癫痫发生后海马神经元的凋亡细胞明显增加，推测癫痫的发生也可能与细胞凋亡有关，该作者认为在应激情况下酮体可以取代糖成为主要能源，增强应激后的能量供给，稳定线粒体膜电位，抑制线粒体膜通透性转换，阻止细胞色素C、凋亡诱导因子等促凋亡因子的释放，减少凋亡。同时，β-羟基丁酸（βHB）能够抑制PC12细胞凋亡和caspase-3活性，发挥抗凋亡作用［31］。

总之，尽管KD治疗癫痫的作用机制尚未完全明确，但大量的临床研究已证实KD对各种难治性癫痫有疗效，因此，积极探索KD的作用机制将有助于更好的发挥其抗癫痫作用。

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（本文编辑：邹晨双）

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