海马结构在创伤性脑损伤后癫痫中的作用☆

张珂峰 严贵忠 侯博儒 任海军

外伤后癫痫（posttraumatic epilepsy，PTE）是创伤性脑损伤（traumatic brain injury ,TBI）的并发症之一。TBI后脑组织出现生化物质异常，大量异常物质导致神经细胞膜离子通道的通透性改变导致脑细胞兴奋性阈值降低，细胞膜电位活动出现异常，继而引起PTE 的形成[1]。PTE 的治疗主要分为药物治疗和手术治疗。常用药物是丙戊酸钠、苯妥英钠等。手术治疗如：切除性手术、离断性手术、神经调控手术[2]。然而，目前临床PTE的治疗方案仍具有局限性[3]，最终进展为难治性癫痫。近年来，研究发现TBI后海马结构会出现病理性改变与PTE 相互影响，并且，逆转海马结构病理改变在治疗PTE中也取得较好疗效。因此，本文从TBI后海马结构病理性改变在PTE 发生及治疗应用等方面的研究进展进行综述，以期阐明PTE 发生机制及为克服PTE 治疗中的局限性提供方向。

1 海马结构概述

海马体、齿状回、下托复合体及围绕胼胝体一圈的海马残件合称“海马结构”，是边缘系统的一部分，颞叶冠状切面中海马呈大小双C 形结构。通常将海马分成CA1、CA2、CA3、CA4 四个扇形区域[4]。海马体有三层细胞结构：分子层、锥体细胞层、多形层。其中，锥体细胞也是海马体的主神经元。齿状回是海马结构中一条窄长的皮质，其内侧缘有血管通入进而被挤压出许多锯齿状横沟，因而得名齿状回[5]。下托复合体是海马体延续部分的总称，其主要接受来自颞叶和海马的传入纤维，传出于颞叶皮质，经穹窿到隔区，部分传出纤维终止于杏仁核、乳头体和丘脑前核群[6]。

海马主要通过各类神经递质来传导信号。其中最为主要的是谷氨酸（Glu）以及γ-氨基丁酸（GABA）。Glu 是海马氨基酸类兴奋类神经递质，Glu能通路系统主要在三个突触连接环路发挥作用：即Glu传入纤维至齿状回的颗粒细胞层形成突触；苔状纤维至CA3 区的锥体细胞树突近侧段形成突触；Schaffer 侧支纤维至CA1 区锥体细胞树突形成突触[7]。GABA基酸类抑制性神经递质，存在于海马内所有的中间神经元中。它与锥体细胞和颗粒细胞的细胞体与树突形成突触。主要GABA 能神经元大致可有3 种表型[8]：小清蛋白（PV）中间神经元、生长抑素(SOM)中间神经元、钙结合蛋白(CB)的中间神经元。这些表型都参与突触抑制的过程。

2 海马结构病理改变诱导PTE的发生机制

2.1 神经元丢失与癫痫发作神经元是海马体的基本组成单位。神经元可接受刺激并能产生神经冲动，并把神经冲动传导到其他海马神经元。TBI后血脑屏障被破坏，大量氨基酸、乳酸、各类离子等细胞异常代谢产物蓄积于海马神经元周围，细胞器损伤引起神经元细胞肿胀变性，甚至坏死。ZHANG等[9]研究发现TBI可引起海马神经元的细胞器损伤，海马神经元氧化坏死和程序性凋亡。在海马神经元变性坏死后，神经元中Glu和GABA 等具有调控作用的神经递质分泌紊乱，导致中枢神经系统平衡异常[10]。在TBI 后，海马CA1、CA3 区Glu 能神经元高度兴奋、极度脆弱、突触丢失、锥体细胞排列紊乱，出现传入阻滞，导致细胞膜的异常放电，诱发癫痫[11]。另一方面，海马内GABA能神经元丢失，使GABA介导的抑制兴奋性突触传递作用减弱，促进了神经元网络的兴奋性和脆弱性。KÜRTEN 等[12]研究发现：在海马CA1区，可以用GABA受体稳定蛋白，稳定TBI后海马GABA神经元来减弱海马神经元网络中的癫痫活动。除了CA1、CA3 区域有神经元凋亡坏死之外，在TBI 模型中，齿状回中的GABA 能神经元信号也存在广泛中断，GABA 受体神经元存在功能缺陷。这些神经元异化可以破坏海马网络的正常运作，导致PTE[13]。上述表明，TBI 后海马神经元丢失与癫痫发作是一个连续性的过程，由TBI 引起神经元丢失，神经元信号中断，致使海马神经元网络失衡，最终引发癫痫。

2.2 突触重塑以及神经环路重组与癫痫发作TBI 后，在齿状回的一个病理改变就是苔藓纤维发芽（MFS），即海马齿状回颗粒细胞的轴突（苔藓纤维）投射到齿状回内分子层和CA3 区锥体细胞层异常生长，形成突触重塑[14]。苔藓纤维是颗粒细胞的无髓神经轴突，围绕着从CA3 锥体细胞顶端树突突出的突触后带刺赘生物。齿状颗粒细胞之间不相互连接，PTE 过程中，苔藓纤维异常出芽形成侧枝折返至内分子层，并在此层与附近的颗粒细胞的树突形成回返性兴奋突触[15],这些纤维发芽的颗粒细胞可观察到自发和诱发的爆发放电，这可能与发芽苔藓纤维附近的GABA 受体对Zn2+的敏感性增强有关。Zn2+存在于苔藓纤维末端的囊泡内，在损伤刺激下高浓度释放，进而反扩散至对Zn2+敏感的GABA 受体上并阻断该传导路线，导致抑制兴奋失败，从而使长期的癫痫自发性发作[16]。另外，在TBI 后，颗粒细胞兴奋性增高致轴突异常生长，突触增生与重塑会形成异常突触联系，建立病理性（功能性或形态性）神经环路，形成神经网络突触重组，诱发癫痫[17]。

2.3 小胶质细胞激活与癫痫发作海马小胶质细胞在TBI诱发PTE 的过程中主要发挥两种作用：即海马神经炎症反应和氧化应激反应。

TBI 后可以发现海马小胶质细胞过度激活导致嘌呤代谢物、高迁移率族蛋白B1（HMGB1）[18]、热休克蛋白等因子的释放，这些因子调节促炎细胞因子的释放和Toll 样受体的激活，从而诱导M1 样表型[19]。WU 等[20]证实小胶质细胞具有高度可塑性，在TBI 模型中，小胶质细胞M1 表型在混合极化中占主导地位。M1 表型表达的标志物更倾向于破坏性炎症介质，包括肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6），它们促进慢性神经炎症、神经退行性变，并抑制再生，引起PTE。

海马高度激活的小胶质细胞也可以介导氧化应激反应，通过释放炎性因子和氧化应激来启动凋亡程序，辅助海马神经元的病理性改变，诱发癫痫。小胶质细胞激活后，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达升高，活性氧自由基释放增加，脂质过氧化，损伤神经元DNA 和蛋白质，激活细胞凋亡程序[21]，导致神经元变性坏死，引起海马神经元异常放电。

2.4 神经胶质细胞增生与癫痫发作星形胶质细胞是最大的神经胶质细胞，同时也是脑内最丰富的细胞类型。在PTE 里几乎都可见到海马星形胶质细胞的变性、增生和肥大，这些胶质细胞称为反应性星形胶质细胞[22]。主要集中在海马体、杏仁核等脑区。目前已知TBI后海马星形胶质细胞可以改变自身结构功能来正反馈刺激神经炎症环境形成、侵扰神经元的神经递质代谢诱发癫痫[23]。

在TBI 后，海马星形胶质细胞之间连接断裂，神经元细胞死亡和轴突变性，继而引发上述连锁反应。星形胶质细胞诱发癫痫实验中证实星形胶质细胞与小胶质细胞间的C3-C3aR 信号通路参与了癫痫发作过程[24]。TBI 后，海马星形胶质细胞在血清补体C1q 的影响下表现为神经毒性(A1)表型，星形胶质细胞间隙连接解耦，突触代谢循环受损，从而上调补体C3的产生，分泌的C3进一步激活小胶质细胞形成恶性循环，IL-6、IL-1、和趋化因子CCL2 被高浓度分泌[25]，形成神经炎症环境，诱发癫痫。

星形胶质细胞的另一大主要作用是清除和摄取堆积在突触周围的谷氨酸，对谷氨酸代谢和调节起着重要的作用。在TBI过程中，海马星形胶质细胞反应性增生造成星形胶质细胞功能的丧失或减弱，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）表达上调，mTOR 的过度激活减少了细胞外谷氨酸清除，导致兴奋性增高[26]，引发癫痫。

2.5 神经递质代谢与癫痫发作中枢神经系统兴奋和抑制的失衡，即神经递质代谢的紊乱，被认为是诱发癫痫的关键因素。

在中枢神经系统中，谷氨酸循环是维持谷氨酸代谢的正常途径，也是海马神经元和胶质细胞代谢耦联的主要途径。目前认为谷氨酸受体有2 种，分为离子型受体(AMPA受体、NMDAR 受体）和代谢型受体（mGluR 受体）。离子型受体主要传递Glu，代谢型受体主要起调节作用。PTE 过程中，海马神经元，各类辅助细胞的病理性改变刺激离子型和代谢型受体过度激活，自由基大量产生，引起氧化应激的发生，从而导致线粒体功能失衡。线粒体功能的破坏通过激活细胞凋亡级联，诱导癫痫的发生和进展[27]。另外，由于成年哺乳动物中枢神经系统缺乏谷氨酸代谢的酶，释放到突触间隙的谷氨酸大部分与星形胶质细胞上的谷氨酸转运体家族（EAAT1-5）结合。其中，作用最为明显的是谷氨酸转运体1（GLT-1）。GLT-1 负责摄取脑细胞外谷氨酸和维持细胞内外谷氨酸浓度平衡。颅脑损伤后，GLT-1 功能失调会影响谷氨酸稳态，破坏谷氨酸水平，使大量的谷氨酸在突触间隙积累，造成谷氨酸循环受损，进一步引起兴奋性神经毒性，参与外伤后癫痫的发生

GABA是海马中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，是由谷氨酸经谷氨酸脱羧酶脱羧而成，对机体功能有调节作用。GABA 能神经元突触传递的损伤对癫痫的发生有着重要的作用[28]。GABA 受体根据它们在神经元区域的位置被分为突触型和突触外型两组，突触型受体释放氨基丁酸的囊泡产生电流，突触外受体被细胞外GABA 持续激活产生的强直性电流。在海马中的某些神经元中，强直性电流通过K+外流，Cl-内流；减慢Ca2+内流抑制神经元兴奋性[29]。在GABA 受体功能改变后，破坏了受体的兴奋性，这一过程涉及多种复杂的细胞机制，包括内质网（ER）相关降解、无义突变mRNA 降解、细胞内离子紊乱，这些改变减弱对锥体细胞的抑制性从而使海马神经元兴奋性增加诱发癫痫。

3 逆转海马结构病理改变在治疗PTE中的应用

3.1 减少海马神经元丢失TBI 后海马神经元丢失，引起神经元信号中断，神经元网络失衡，致使PTE 发生。因此，有效减少TBI后海马结构神经元的大量丢失，保持神经元网络正常运作，是PTE 防治的一个关键。波形纤维蛋白（Vimentin，VIM）作为一种中间蛋白丝，在TBI后海马神经系统损伤和神经元缺失中发挥多种病理作用。而早期生长应答因子(recombinant early growth response protein 1，EGR1)可以通过转录激活甲基转移酶样3（human methyltransferase-like protein 3，METTL3），通过N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine,m6A）修饰VIM-mRNA，从而降低VIM 的表达，抑制海马神经元损伤和凋亡，延缓PTE 进展[30]。然而在小胶质细胞和神经胶质细胞中表达的VIM 对神经元损伤的影响还有待进一步探索。

3.2 减轻海马区域氧化应激反应在PTE 发生的过程中，小胶质细胞和神经胶质细胞因生物氧化应激反应都可发生变性、肥大或增生。PAULETT 等[31]在研究中发现，PTE 中的氧化应激与TBI 后海马内病理性神经炎症分子高迁移率族蛋白B1（high mobility group box protein 1,HMGB1）的核-胞质的位移有关，而在损伤早期，使用具有互补作用的联和抗氧化药物N-乙酰半胱氨酸（acetyulcysteine，NAC）和莱菔硫烷（sulforaphane，SFN）可以有效的阻止小胶质细胞、神经胶质细胞中表达的HMGB1的核-胞质位移，减轻氧化应激反应，预防PTE的产生。

3.3 平衡海马中枢神经系统的神经递质目前临床上预防治疗PTE 的药物研究多集中在调控GABA 和Glu 因子或调控其受体。如巴比妥类可以增强GABA-A 型受体活性，抑制Glu 兴奋；GABA 类似物（氨己烯酸）可以抑制GABA 的分解，抑制兴奋作用；脂肪酸类（丙戊酸钠）能增加GABA 含量或延长其作用时间。苯基三嗪类（拉莫三嗪）可以减少兴奋性神经递质谷氨酸盐及天冬氨酸的释放[32]。与此同时，更加精确的调节海马内的神经递质系统的研究也逐步在进行。除了GABA、Glu，海马内另一种神经递质如5-HT（5-羟色胺）也受到了人们的重视。2021 年，SCHÖNHOFF 等[33]在5-HT1A受体的研究中发现：在海马CA1 和CA3 的锥体细胞层、齿状回的颗粒细胞层的神经元中均有高表达。在PTE的过程中，5-HT1A受体与其配体结合在海马CA3 区显著增加。海马内5-HT 能神经元可以通过5-HT1A受体的超极化和抑制作用来调节神经元的兴奋性[33]。这也为通过干预海马区域来预防PTE提供了新的思路。

4 总结与展望

PTE 是一个动态，涉及范围广却又相互联系的过程。海马区域的各类细胞变化在颅脑外伤诱发癫痫中起重要的作用。TBI 后各类神经元的凋亡坏死引起中枢神经系统平衡失调；苔藓细胞纤维增生导致膜异常放电；小胶质细胞激活引起大量炎症因子分泌，各类氧化物质堆积毒害海马区域；细胞神经递质分泌紊乱；离子分布异常；氧化反应增生共同作用诱发PTE。因此，需要对海马的基础实验加深入的研究，将海马区域在PTE 中的各类改变由点及面，形成海马神经网络系统进行分析。针对上述海马部位的改变，精细化海马神经网络中的各条支路，进行针对性研究。减少海马神经元缺失，减轻海马氧化应激反应，快速代谢氧化有毒物质，平衡海马内神经递质紊乱，在此方面进行更加细化的防治方案设计，达到个体化的精准治疗。

综上所述，在TBI 后诱发PTE 中，海马扮演着不可或缺的角色，对海马结构病理改变的精准调控有望成为防治PTE一大趋势。