癫痫相关炎症介质的研究进展

毕翻,姜俊杰,潘恒恒,李卫,冯占辉

癫痫是多种原因导致的脑部神经元高度同步化异常放电所致的疾病[1]。近年来,中国人口的癫痫发病率逐年增长,不仅严重折磨患者身心健康,影响其生活质量,还给家庭和社会带来巨大的经济负担。此外,癫痫的反复发作可致神经元产生不可逆性损伤,增加了患者致残和死亡的风险[2]。目前,临床上治疗癫痫仍以控制癫痫发作为主,但无法从根源上控制癫痫的发生和发展,因此,癫痫的发病机制一直是学者们关注的焦点。

关于癫痫的发病机制目前尚不清楚,有研究表明,炎症介质是癫痫发生的重要病理学基础[3]。一方面,致痫性损伤可刺激免疫细胞,刺激炎症介质释放,引起血脑屏障功能障碍和神经元异常兴奋[4-5]。另一方面,炎症介质通过与相应受体结合,刺激小胶质细胞活化,放大免疫级联反应,进一步破坏血脑屏障的完整性,引起颅内大量炎症介质浸润,从而加重痫性损伤,两者相互作用,相互影响形成癫痫发作的恶性循环。本文就研究较多的炎性介质的生物学特性及其在癫痫发生和发展中的作用进行综述。

1 白细胞介素-1(interleukin-1, IL-1)

IL-1是由单核吞噬细胞、星形胶质细胞及树突状细胞等所分泌的一个细胞因子。IL-1是一个基因家族,主要包括白细胞介素-1α (interleukin-1α, IL-1α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白细胞介素1受体拮抗剂(interleukin-1 receptor antagonist, IL-1Ra)[6]。三者的受体均为白细胞介素1受体(interleukin-1 receptor, IL-1R)。IL-1β是IL-1的主要分泌方式,因此目前研究主要集中在IL-1β。IL-1β是一种前体肽,被半胱氨酸蛋白酶1 (caspase 1) 裂解形成成熟的IL-1β。成熟的IL-1β是执行IL-1β功能的重要形式。

IL-1β广泛分布于整个大脑中,尤以海马为甚。海马是颅内最易发生癫痫的脑区。IL-1β在癫痫患者和动物的海马中表达水平很高,被认为是与癫痫发作密切相关的炎症介质[7]。有研究证实IL-1β具有致痫性[8]。张菲菲等[9]在锂-匹罗卡品诱导的癫痫大鼠的实验中发现,癫痫大鼠海马各区的IL-1β蛋白表达量增加及抗原性增强。此外,癫痫大鼠脑脊液中IL-1β的含量也远高于正常大鼠[10]。Xiao等[11]的研究发现IL-1β的在颅内表达水平升高,癫痫症状会进一步加重,提示颅内IL-1β的表达水平与癫痫发作关系密切,进一步揭示了IL-1β是通过过度激活PI3K/Akt/mTOR信号通路来诱导癫痫发作。此外,高浓度的IL-1β与IL-1R结合后,可改变电压门控Na+通道通透性,导致神经元过度兴奋,从而增强癫痫的易感性[12]。

2 肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)

TNF是最早发现的能够使肿瘤细胞发生出血和坏死的细胞因子。根据来源和结构不同,TNF分为TNF-α和TNF-β。其中,与癫痫发作关系密切的是TNF-α。TNF-α是由157个氨基酸残基组成的同源三聚体蛋白,分子量为17 kD。TNF-α发挥生物学功能必须依赖细胞表面受体(TNFR1和TNFR2)。TNFR1存在于星型胶质细胞、小胶质细胞及神经元等绝大多数细胞表面,而TNFR2仅局限于免疫细胞和内皮细胞中。TNF-α/TNFR1的亲和力远高于TNF-α/TNFR2。此外,两者在富含半胱氨酸的细胞外区域具有28%的同源性,而在细胞内区域序列上却几乎没有同源性,提示两类受体可能通过与不同蛋白质作用,激活特定的细胞信号转导途径,发挥不同的生物学功能[13]。

在生理条件下,颅内TNF-α含量很低,但在炎症及缺氧等颅内病变情况下其含量增加。Zahedipour等[14]的研究在癫痫大鼠组织中发现颅内TNF-α含量显著增加,提示TNF-α参与癫痫的致病过程。聂荔等[15]的研究对持续性癫痫患儿的血清TNF-α含量进行测定,发现其血清TNF-α含量显著高于正常儿童,并且TNF-α含量与脑电图异常率及脑电图放电指数呈正相关。究其原因,可能是大量的TNF-α活化星型胶质细胞和小胶质细胞,抑制谷氨酸脱羟酶合成,从而减少抑制性神经递质γ-氨基丁酸的生成,相对增加脑内Glu含量,引起神经元过度兴奋,从而诱导癫痫发作[16]。近年来,Marc等[17]在对边缘叶癫痫大鼠的研究中发现,单纯地增加TNF-α在颅内的含量,并不会导致神经元死亡或诱导癫痫发作,提示其致痫性并不是单纯由TNF-α的颅内含量及浓度决定,还取决于其它因素。Rossi等[18]的研究发现,癫痫大鼠海马区TNF-α的蛋白含量增加且TNFR1阳性细胞数量增多。而基因敲除TNFR1则可以抑制癫痫的发生,提示TNF-α的致痫作用主要是通过TNFR1来实现的,而TNFR2更多的是发挥抗痫作用[17]。究其原因,可能与TNFR1独特的生理学特性有关。TNF-α与TNFR1胞外区结合形成TNF/TNFR1三聚体,并通过募集死亡结构域下游传导蛋白TRADD及FADD等形成复合体,激活caspase 8/10,从而诱导凋亡信号[18]。而TNF/TNFR2三聚体主要是通过NF-κB信号促进pro-survival基因的转录,从而发挥抗损伤和抗凋亡的作用。

3 一氧化氮(nitric oxide, NO)

NO是机体内一种常见的细胞因子,参与炎症、突触可塑性及学习记忆等病理生理活动。一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)是NO产生的介质,因此可根据其酶活性来判断NO含量。根据细胞来源,NOS分为3类:神经型(neuronal NOS, nNOS)、内皮型(endothelial NOS, eNOS)及诱导型(induced NOS, iNOS)。nNOS和eNOS属于Ca2+依赖型,受细胞内Ca2+浓度调节,主要发挥生理功能;而iNOS属于非Ca2+依赖型,不受Ca2+浓度调控,是NOS的病理形式[19]。在病理条件下,iNOS一经诱导,可引起NO的长时间大量释放,从而引起组织损伤。

NO对于癫痫具有双重调控作用。一方面,NO具有典型的致痫作用。Rahimi等[20]在戊四唑复制的癫痫小鼠模型中发现,癫痫小鼠海马区NO表达量显著增加,且远高于正常小鼠,表明NO参与癫痫所致脑损伤过程。而经NMDAR拮抗剂MK-801(100 mg/kg)处理后,癫痫小鼠海马组织NO的表达量下调,不自主抽搐等典型癫痫症状得到改善,进一步揭示NO是通过NMDAR-NO-cGMP神经信号通路对癫痫进行调节。NO生成增多,活化可溶性鸟苷酸环化酶,从而导致神经元胞内cGMP水平升高。cGMP开放离子通道,使突触前膜兴奋性神经递质Glu释放增多。高浓度的Glu与突触后膜的NMDAR结合,导致NMDAR通道过度激活,引起细胞内Ca2+超载,进而导致神经元异常放电。Ca2+超载可引起一系列连锁反应,扩大癫痫效应。过量的Ca2+会结合钙调蛋白CaM,激活NOS,产生大量的NO,进一步加重癫痫症状[21]。其次,细胞内Ca2+超载可激活蛋白酶、磷脂酶及核酸内切酶等Ca2+依赖性降解酶,加重氧化应激效应,加速神经元变性甚至死亡。另有研究显示,NO具有一定的抗痫性,可能与NO状态有关[22]。若NO失去其不成对的电子,与NMDAR反应形成二硫键,则可下调NMDAR通道活性,抑制Ca2+内流,从而发挥抗痫作用。

4 环氧酶(cyclooxygenase, COX)

COX是合成前列腺素(prostaglandin, PG)的必备酶,也是PG合成初始步骤中的关键性限速酶。COX主要包括环氧化酶-1(cyclooxygenase-1, COX-1)、环氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)及环氧化酶-3(cyclooxygenase-3, COX-3)3种亚型。COX-1为结构型,主要存在于血管、胃及肾等组织中,其主要功能是合成正常生理需要的PG,用以维护机体生理需要。COX-3是COX-1的剪切异构体,与COX-1功能相似,主要分布于大脑内。而COX-2属于诱导型,各种损伤因子激活磷脂酶A2水解磷脂,生成花生四烯酸,后者经COX-2催化生成PG从而引起炎症反应。

COX-2与癫痫发病密切相关。朱坤等[23]的研究发现,颞叶癫痫小鼠海马区COX-2蛋白过表达和血清PG含量异常增高。注入COX-2非选择性拮抗剂阿司匹林(60 mg/kg)处理后,小鼠癫痫所致认知损伤得到明显改善,进一步证实COX-2具有促痫性。目前,关于COX-2的致痫机制尚不明确。大部分研究认为COX-2的致痫效应主要与其主要代谢产物前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2)有关[24]。PGE2有4个受体,分别为EP1受体、EP2受体、EP3受体及EP4受体。与癫痫发作关系密切的是EP1受体。基因敲除EP1受体,可以上调癫痫发作阈值。EP1受体与C蛋白的Gq部分偶联,刺激磷脂酶C和切割磷脂酰肌醇二磷酸生成三磷酸肌醇和二酰甘油,后者与内质网中的三磷酸肌醇受体结合,释放Ca2+,导致细胞内Ca2+浓度升高,促进病灶异常放电,从而诱导癫痫发作[25]。

5 干扰素-γ(interferon-γ, IFN-γ)

干扰素(interferon, IFN)分为Ⅰ型IFN和Ⅱ型IFN。Ⅰ型IFN包括干扰素-α(interferon-α, IFN-α)和干扰素-β(interferon-β, IFN-β)。Ⅱ型IFN即IFN-γ,由活化的T细胞和NK细胞分泌,其免疫调节作用强于抗病毒作用。IFN-γ可诱导趋化因子表达,促进炎症的发生,被认为是导致炎症发生的重要因素。

IFN-γ是一个最新发现的致痫因子,目前的相关研究并不多。在癫痫患者的血清标本中,IFN-γ含量显著增加[26]。因此,推测INF-γ可能参与癫痫发病过程。关于其致病机制,众说纷纭。Döhne等[27]的研究认为大量的IFN-γ可引起大脑免疫功能紊乱,促进TNF-α、IL-β及IL-6等炎症介质的释放,破坏血脑屏障,大量免疫球蛋白和血清白蛋白渗入脑内,降低胶质细胞对K+的缓冲能力,从而降低神经元兴奋阈值,促进癫痫灶的形成。此外,IFN-γ诱导巨噬细胞产生iNOS,诱导NO的合成和过氧化物增加,进一步扩大癫痫效应[28]。

6 结语

综上所述,炎症介质参与癫痫发生的机制十分复杂,颅内炎症介质含量增加会导致细胞内外兴奋性神经递质及受体、氧化应激水平及离子浓度等发生变化,进而诱导癫痫的产生。因此,通过调节颅内炎症介质变化可能为治疗癫痫提供新思路和新方向。然而,目前的研究主要集中于基础性研究,有待大量临床实验及数据来支撑实验结果。