上调K+/Cl-共转运体2可作为癫痫治疗的新靶点吗？

王蒙蒙，陈 英，傅锴锴，李根茹，尹 又（海军特色医学中心，上海 0005；海军军医大学长征医院，上海 00003）

癫痫是由多种病因引起的慢性神经系统疾病，病理生理学基础是大脑神经元过度兴奋和异常放电导致的大脑功能紊乱，呈现发作性、短暂性、反复性的特点[1]。临床症状取决于脑病变的部位和大小，表现形式多种多样，轻者可仅出现嗅觉或味觉异常，严重时伴发全身肌肉强直、阵挛及意识障碍[2]。流行病学调查显示，全球人口中癫痫患病率为0.5%～1%，其年致死率可达1‰[3]。长期、反复的癫痫发作会影响大脑正常发育，损害机体的记忆、执行、理解判断等认知功能，造成持久性的神经精神障碍，严重影响人们的生活质量及社会功能[4]。

在中枢神经系统中，神经元兴奋抑制主要通过抑制性神经递质氨基丁酸（aminobutyric acid，GABA）与突触后相应受体结合后，引发胞外Cl-内流使得膜电位超极化来实现的，癫痫的致病机制主要与氯稳态和GABA能抑制作用失调相关[5]。药物治疗仍是目前控制癫痫的首要选择。目前抗癫痫药物主要通过靶向离子通道或受体稳定性来抑制神经兴奋性或增强神经抑制性，包括：苯妥英钠（Na+通道阻滞剂）、苯巴比妥（Ca2+通道阻滞剂）、托吡酯（谷氨酸受体拮抗剂）、左乙拉西坦（谷氨酸释放抑制剂），苯二氮卓类药物（增强神经抑制性）等[6-7]。尽管这些抗癫痫药物已广泛应用于临床，但多存在副作用，仅能控制癫痫发作症状，并不能根本治愈，治疗后癫痫复发率高可超过50%[7-8]。因此，进一步针对癫痫发病机制，寻找更佳的治疗靶点，具有迫切的现实需求和临床应用前景。

K+/Cl-共转运体2（K+/Cl-cotransporter 2，KCC2）是一种将神经元内的K+和Cl-同步排到膜外的通道蛋白，可以通过调节胞内外Cl-分布及GABA能抑制作用调控神经元兴奋性[9]。在本文中，我们依据KCC2的既往研究进行总结与逻辑推理，探讨KCC2成为抗癫痫药物新靶点的潜在可能性，并进一步讨论靶向KCC2防治癫痫所面临的可能问题。

1 KCC2与癫痫发病有关吗？

KCC2最早由Payne等[10]于1996年发现，并被定义为一种由K+浓度梯度驱动的胞内Cl-外移的转运蛋白。KCC2由12个跨膜结构域（每个跨膜区含有532个氨基酸残基）、N末端（含102个氨基酸残基）和C端（含482个氨基酸残基）组成[11]。依据氨基末端所含结构的不同将KCC2分为KCC2a和KCC2b两种亚型。KCC2a主要参与脑干和脊髓的发育过程，KCC2b主要参与GABA能神经元的发育并介导其膜电位的超极化抑制[12]。研究发现KCC2不同亚型的表达随所处生命阶段的不同而存在差异，在新生小鼠中枢神经系统中，KCC2a和KCC2b所占比例相当，约为50%，而成年小鼠脑中主要表达KCC2b，几乎不含KCC2a[13]。但有关KCC2在人体中的分布、表达、亚型分类及构成比尚未完全明确。

KCC2主要在中枢神经系统的神经元中表达，与神经元兴奋性有着直接的关系。在中枢神经系统中，神经抑制过程主要通过GABA结合突触后神经元上的A型GABA受体（GABAAR），引发Cl-内流产生超极化来实现，该过程很大程度上由KCC2调控[14]。正常情况下上调KCC2活性可促进胞内Cl-和K+转运至胞外，维持神经元内低Cl-，为GABA能引发Cl-内流产生超极化抑制提供基础（图1）。此外，KCC2可通过直接与细胞骨架蛋白质的交互作用来促进树突棘的发育，调控皮质投射神经元的凋亡[15-16]。KCC2在GABA能抑制性神经系统发育及神经元兴奋性调节方面均发挥重要作用，提示KCC2功能状态可能与癫痫发病密切相关。

图1 KCC2通过影响氯稳态和GABA能抑制作用来调控神经元的兴奋性

2 KCC2功能下调可能是癫痫的重要致病机制

KCC2在维持氯稳态和GABA能神经元抑制中具有关键作用。如图所示，KCC2活性下降导致神经元内Cl-外排受阻，一方面使得胞内外Cl-浓度差减小，导致GABA能作用下的Cl-内向驱动力降低，膜电位超极化过程受阻，神经兴奋抑制作用减弱；另一方面导致胞内Cl-累积，使得Cl-的外向驱动力增加，从而引发GABA作用下去极化反应，促使其由抑制性作用向兴奋性作用转变[14,17]。在胚胎神经发育早期，神经元内KCC2活性最小，GABA介导的去极化反应在调节大脑的发育和成熟，神经干细胞的增殖、迁移和分化等过程中发挥重要作用；随着出生后KCC2活性上调，促进神经元内Cl-外排，加大膜内外Cl-的浓度差，介导GABA能作用下的Cl-内流，实现神经元由去极化兴奋到超极化抑制的逆转[18-20]。

KCC2功能下调使得神经元膜电位发生超极化抑制过程受阻，这可能是癫痫发病的病理生理基础。研究表明小鼠脑内KCC2表达量减少一半时可表现出对癫痫的高敏感性，表达减少95%时，小鼠出现强直痉挛性癫痫大发作；KCC2基因缺陷或基因敲低均可引起癫痫发作，表现为胶质细胞增多和神经元减少等癫痫组织病理学特征；在癫痫患者的病变脑组织中同样检测到KCC2表达下调[21-23]。此外，癫痫小鼠模型中出现KCC2表达显著下降的同时，伴有GABA电流的减少及GABAAR功能的下降[23]。可见，KCC2功能下调可阻碍GABA能的抑制过程，诱导神经元的过度兴奋，促进癫痫的发生发展。此外，在许多其他神经系统疾病，包括脊髓损伤引起的痉挛、神经性疼痛和Rett综合征等，也发现同KCC2功能障碍相关[24]。这些研究表明KCC2功能下调可导致神经元的过度兴奋，KCC2功能下调可能是癫痫的重要致病机制，但是否与原发性和继发性癫痫的发生均有关，仍是目前研究的重点。

正常情况下KCC2促进神经元内Cl-和K+共转运至胞外，维持胞内低Cl-水平，增加GABA与突触后膜GABAAR作用下胞外Cl-内流，导致膜电位的超极化抑制，避免神经元的过度兴奋；癫痫状态下，由于KCC2活性下降，阻碍胞内Cl-和K+共转运至胞外，导致胞内Cl-堆积，使得GABAAR介导的胞外Cl-内流减少，减弱GABA介导的超极化抑制作用，甚至引起突触后膜电位的去极化，造成神经元过度兴奋。

3 上调KCC2活性有望成为癫痫防治的新靶点

阻碍GABA介导的膜电位超极化抑制过程，诱导神经元过度兴奋是癫痫的主要发病机制[5]。目前抗癫痫药物多是靶向增强GABA能神经元的抑制作用，但这些药物副作用较多且不可控[6-7]，迫切需要针对癫痫的发病机制寻找更加高效的抗癫痫措施。

鉴于KCC2功能与癫痫发病机制的相关性，且在癫痫患者病变脑组织内检测到KCC2表达显著下降，这表明上调KCC2可能是癫痫治疗的潜在新靶点。Moore等[25]通过构建KCC2基因突变小鼠显示上调KCC2活性可显著抑制小鼠癫痫发作及病情进展，同时未发现其对小鼠的脑组织结构和神经生理功能等的不良影响，表明KCC2功能增强可抑制癫痫且无明显副作用；Magloire等[26]进一步证明上调神经元KCC2活性可促进胞内Cl-向外排出，维持神经元内低Cl-水平，使得GABAAR介导的胞外Cl-内流增加，诱导膜电位的超极化抑制，避免神经元过度兴奋，从而达到对抗癫痫发作的效果。这些研究表明，上调KCC2活性可通过调节氯稳态促进膜电位超极化，进而抑制病理性神经元过度兴奋和异常放电，有望成为一种癫痫防治的新靶点。

4 KCC2作为癫痫治疗潜在新靶点所存在的不足与挑战

第一，KCC2的上述功能提示其有望成为癫痫治疗的新靶点，但对其可能产生的不良反应及临床应用尚缺乏充足的证据。迄今为止，动物研究指出上调KCC2功能虽未发现对大脑结构及神经生理功能产生明显的不良影响，但至今尚未明确调控KCC2功能是否会损害认知和情感功能。有研究表明上调小鼠体内KCC2活性除了发挥抗癫痫作用，还可增强其空间记忆及神经行为能力，其机制可能同神经元树突密度增加有关[27]。但考虑到去极化GABA在早期不成熟皮质网络发育中的重要性，靶向调控KCC2功能在治疗幼儿癫痫时需更加谨慎。

第二，临床上存在多种类型癫痫，其临床表现、潜在病因和对不同类型抗癫痫药物的反应存在差异。最新研究指出KCC2功能降低与颞叶癫痫发作密切相关，但需注意的是，某些类型的癫痫，如失神发作，可能是由过度的GABA能抑制作用引起，若再使用上述增强GABA能抑制的抗癫痫药物反而会加剧癫痫发作[28]。因此，在实际临床癫痫治疗中，明确癫痫发作类型及发病机制，有助于更好地开展KCC2功能与癫痫的相关研究。

第三，目前使用的抗癫痫药物主要用于控制癫痫发作症状，并不能彻底治愈癫痫[29-30]。大量研究已证实KCC2功能障碍与成人特发性癫痫、儿童癫痫等多种癫痫发作密切相关，上调KCC2活性可发挥抗癫痫作用，但尚缺乏证据表明其是否能够逆转癫痫的病理改变，包括胶质增生、炎症、海马神经元异常等。后续研究应进一步探索KCC2活性增强是否能逆转癫痫发生，真正治愈癫痫。

综上所述，癫痫作为一种神经元过度兴奋性疾病，现有抗癫痫药物存在疗效不佳副作用多等缺点，迫切需要寻找更高效的治疗靶点。现有研究表明，KCC2激动剂、促进KCC2活性或表达的小分子化合物、改变KCC2上游信号通路分子的磷酸化水平等手段均可有效恢复GABA能抑制作用，最终抑制神经元的过度兴奋，达到改善癫痫的效果，表明增强KCC2功能有望成为治疗癫痫的潜在新靶点。但对其可能产生的不良反应及临床应用尚缺乏充足的证据，有待进一步开展临床相关研究，以提供有力的临床证据。