石涌霏 王麗琨 伍國鋒

目前癲癇的治療以藥物為主，大多數(shù)癲癇患者經(jīng)單一或聯(lián)合用藥足療程、足劑量治療后發(fā)作可得到控制，但仍有約30%的患者頻繁發(fā)作，表現(xiàn)為反復(fù)性癲癇發(fā)作[1]。反復(fù)發(fā)作給患者心理、認(rèn)知等方面帶來嚴(yán)重負(fù)面影響，同時也增加了病死率。耐藥性癲癇是指每個月至少4次的頻繁癲癇發(fā)作，經(jīng)2種以上的一線抗癲癇藥物正規(guī)治療2年以上，仍不能有效改善，排除中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行性病變或占位[2]。耐藥性顳葉癲癇是成人最常見的局灶性癲癇綜合征，目前病因尚不明確[3]。反復(fù)癲癇發(fā)作患者存在海馬進行性硬化，齒狀回苔蘚纖維(mossy fiber，MF)異常出芽，從而產(chǎn)生異位突觸聯(lián)系和回返興奮環(huán)路，引起癲癇的反復(fù)自發(fā)性發(fā)作[4-5]。而神經(jīng)元軸突的生長有賴于細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的引導(dǎo)與促進，研究發(fā)現(xiàn)耐藥性癲癇患者的海馬區(qū)域存在層黏連蛋白高表達現(xiàn)象[6]。層黏連蛋白具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元黏附、遷移與生長的作用，與齒狀回苔蘚纖維發(fā)芽(mossy fiber sprouting，MFS)及異常興奮環(huán)路的產(chǎn)生密切相關(guān)[7]?，F(xiàn)就層黏連蛋白在耐藥性癲癇MFS發(fā)生、發(fā)展中作用的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 耐藥性癲癇的臨床病理特征

1.1 海馬硬化以海馬區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)細(xì)胞丟失、顆粒細(xì)胞散布和MFS為特征，是耐藥性顳葉癲癇最常見的病理類型。海馬是邊緣系統(tǒng)的一部分，與記憶、學(xué)習(xí)、情感、老化等有關(guān)，海馬不同結(jié)構(gòu)區(qū)域的功能不同，對神經(jīng)系統(tǒng)的損害性也不相同。根據(jù)2013年國際抗癲癇聯(lián)盟(the international league against epilepsy，ILAE)確定的海馬硬化分類標(biāo)準(zhǔn)分為3型：1型是指嚴(yán)重的神經(jīng)細(xì)胞丟失和CA1、CA4區(qū)的膠質(zhì)細(xì)胞增生，此型CA1區(qū)最為嚴(yán)重，約80%神經(jīng)細(xì)胞丟失[8]；2型以CA1區(qū)為主的神經(jīng)細(xì)胞丟失和神經(jīng)膠質(zhì)增生；3型是以CA4區(qū)為主的神經(jīng)細(xì)胞損失和神經(jīng)膠質(zhì)增生，此型較少見[9]。在所有的海馬硬化類型中，齒狀回的組織學(xué)模式是可變的，主要為顆粒細(xì)胞的丟失和分散[10]。顆粒細(xì)胞的遷移和軸突的重組被稱為顆粒細(xì)胞分散(granular cell dispersion，GCD)和MFS，刺激MF可誘導(dǎo)齒狀回顆粒細(xì)胞層的復(fù)發(fā)性跨突觸活動，表明海馬硬化中MF的軸突出芽也參與致癇機制[11]。

1.2 MFSMF是海馬齒狀回顆粒細(xì)胞的軸突，在正常情況下，MF的投射具有方向性和特異性，大多投射至海馬門區(qū)的中間神經(jīng)元和同一板層CA3區(qū)的錐體細(xì)胞，不會折返至齒狀回分子層，也不會向鄰近的板層縱向延伸。而在耐藥性癲癇患者及動物癲癇模型腦組織中，經(jīng)癇性損傷后的海馬門區(qū)神經(jīng)元和CA3區(qū)錐體細(xì)胞大量脫失、死亡，分子層失神經(jīng)傳入，顆粒細(xì)胞失去投射目標(biāo)。MF即發(fā)出側(cè)枝折返進入齒狀回分子層，與顆粒細(xì)胞形成異常的突觸聯(lián)系，產(chǎn)生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重組，形成興奮性環(huán)路。電生理學(xué)實驗已證實興奮性環(huán)路的存在[12]，且導(dǎo)致顳葉海馬顆粒細(xì)胞MF存在軸突出芽現(xiàn)象，進而形成MFS。

MFS是一種異常的神經(jīng)再生、突觸重構(gòu)的過程，與耐藥性癲癇的發(fā)生、進展密切相關(guān)[13]。研究顯示，成年大鼠海馬結(jié)構(gòu)受到癇性損傷后可發(fā)生MFS現(xiàn)象[14]，耐藥性癲癇患者海馬齒狀回存在由MFS造成的異常軸突長出、突觸重建現(xiàn)象[15]。目前有學(xué)者認(rèn)為MFS可導(dǎo)致癲癇頻繁發(fā)作，從而引起耐藥性癲癇的發(fā)生。有研究者應(yīng)用光遺傳學(xué)方法選擇性激活發(fā)芽的MF軸突，發(fā)芽的MF能夠驅(qū)動齒狀回顆粒細(xì)胞突觸后動作電位的激活，并在無人為干擾下啟動周期性的回路活動，從而提高齒狀回細(xì)胞興奮性[16]。由于興奮性環(huán)路的正反饋作用，一方面可降低顆粒細(xì)胞電活動的閾值，增加癲癇發(fā)作的敏感性，導(dǎo)致癲癇的長期自發(fā)性發(fā)作；另一方面，由于異常神經(jīng)沖動在再生環(huán)路中不斷重復(fù)、增強、級聯(lián)放大，并進一步擴散，引起癲癇大發(fā)作。而反復(fù)發(fā)作的異常神經(jīng)電活動將不斷地刺激神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷，促進膠質(zhì)細(xì)胞增生和突觸重塑，反過來又會加重癲癇的慢性反復(fù)發(fā)作。顳葉癲癇大鼠隨著每一次癲癇的發(fā)作，其發(fā)作活動會呈逐漸增強趨勢，同時伴有更明顯的MFS現(xiàn)象，驗證了上述理論[17]。

目前，亦有研究認(rèn)為MFS可能誘導(dǎo)抑制性神經(jīng)環(huán)路，具有抗癲癇作用。MFS可能是海馬CA3和CA4區(qū)神經(jīng)細(xì)胞死亡的補償現(xiàn)象[18]。雖然在癲癇發(fā)作的動物身上，通過硫化銀染法在海馬齒狀回可觀察到MFS，但超微結(jié)構(gòu)分析未顯示齒狀分子層興奮性突觸數(shù)量增加。MFS與突觸的替換有關(guān)，而非增加突觸的興奮性。所以該作者認(rèn)為MFS與突觸缺失、替換或恢復(fù)有關(guān)，是一種修復(fù)機制。MFS可能既不誘發(fā)癲癇也不具有抗癲癇作用，與海馬興奮性回路的增強無關(guān)[19]。Cho等有選擇性的用海馬區(qū)新生顆粒細(xì)胞來評估MF在癲癇中的作用，在轉(zhuǎn)基因小鼠顆粒細(xì)胞祖細(xì)胞中產(chǎn)生了胸苷激酶，在癲癇模型中阻斷神經(jīng)元時，可降低自發(fā)性癲癇的發(fā)作頻率，但對MFS的程度無影響[20]。利用匹羅卡品癲癇模型的研究發(fā)現(xiàn)，于癲癇發(fā)生幾天或幾個月后，使用白喉毒素受體干預(yù)可使新生顆粒細(xì)胞凋亡，癲癇發(fā)作發(fā)生率降低約50%，但MF發(fā)芽率均未降低[21-22]。也有研究發(fā)現(xiàn)，阻斷MFS對癲癇發(fā)作無影響，而對MFS無影響的治療可降低癲癇發(fā)作頻率[23]。所以目前關(guān)于MFS是否在調(diào)節(jié)癲癇發(fā)作中發(fā)揮重要作用尚無統(tǒng)一結(jié)論。

2 層黏連蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

層黏連蛋白是一類基底膜特有的非膠原性糖蛋白，為ECM的主要成分之一，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分布范圍非常廣泛，調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的多種生物學(xué)功能[24]。層黏連蛋白屬于整合素家族，相對分子量約為900 000，由α、β、γ 3條肽鏈組成，是一種重要的細(xì)胞黏附分子。層黏連蛋白的典型結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出由3條肽鏈螺旋纏繞構(gòu)成的T形或十字形，即有1條長臂和2～3條短臂。長臂由3條肽鏈C末端共同組成，短臂由α、β、γ鏈的N端分別構(gòu)成。迄今為止共發(fā)現(xiàn)16種結(jié)構(gòu)不同但生物學(xué)功能相似的層黏連蛋白亞型，其功能結(jié)構(gòu)域高度保守，主要通過α鏈的球狀結(jié)構(gòu)域與細(xì)胞表面的整合素受體結(jié)合，調(diào)控細(xì)胞的黏附和遷移[25]。

整合素主要表達于腦脊膜、室管膜、小腦、垂體、海馬、松果體等部位的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。層黏連蛋白和整合素受體特異性結(jié)合后介導(dǎo)胞內(nèi)信號傳遞，通過升高細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度，激活鈣調(diào)蛋白相關(guān)性蛋白激酶(calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMK-Ⅱ)途徑[26-27]；同時整合素胞外片段能識別層黏連蛋白分子C端Arg-Gly-Asp-Ser(RGAS)序列，促進神經(jīng)元軸突黏附在ECM上，并在整合素胞內(nèi)片段與細(xì)胞骨架的相互作用下，使神經(jīng)元軸突定向延伸，在神經(jīng)元生長、遷移和突觸重塑中發(fā)揮著重要作用[28]。

3 層黏連蛋白在MFS過程中的作用

目前研究證實層黏連蛋白在耐藥性顳葉癲癇MFS過程中發(fā)揮重要作用。在正常情況下，成年蛙中樞神經(jīng)系統(tǒng)中層黏連蛋白低表達或不表達，其表達增多則為異?，F(xiàn)象[29]；而難治性癲癇患者海馬組織與血清中層黏連蛋白高表達[6]；且伴有神經(jīng)元形態(tài)學(xué)的改變，并存在異常神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，提示層黏連蛋白可能是難治性癲癇形成異常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)[30]， 實驗性癲癇狀態(tài)發(fā)生后，海馬組織發(fā)生血管源性水腫，層黏連蛋白表達增加，其表達增加有利于促進星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)移至受損區(qū)域或新生血管，從而修復(fù)血-腦脊液屏障[31]，但亦可導(dǎo)致軸突的異常生長。

層黏連蛋白是突觸基底層中重要組分之一，是一種軸突生長促進因子，具有促進神經(jīng)元軸突生長的功能，在軸突再生過程中占重要地位，能夠支持軸突的生長和結(jié)構(gòu)重塑。更重要的是其可以促進生長錐異常生長，與軸突異常生長密切相關(guān)，為癲癇反復(fù)發(fā)作提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是MF出芽過程中的重要因素。反復(fù)的癲癇發(fā)作會導(dǎo)致齒狀回軸突異常生長，促進MF側(cè)枝出芽產(chǎn)生新的突觸聯(lián)系，然而該異常的突觸會導(dǎo)致一個正反饋系統(tǒng)的形成，增高齒狀回顆粒細(xì)胞的興奮性，產(chǎn)生一個“興奮性環(huán)路”，進而引起慢性自發(fā)性癲癇的產(chǎn)生。層黏連蛋白β1的α鏈羧基末端序列所衍生的一種由19個氨基酸殘基所組成的多肽片段，具有促進神經(jīng)元軸突生長的功能[32]。層黏連蛋白β1能夠促進軸突的生長是因為神經(jīng)軸突前端的生長錐存在著能與層黏連蛋白β1功能基因相結(jié)合的受體，當(dāng)受體通過與這些功能基團結(jié)合后，受體通過微管、微絲調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的肌球蛋白、肌動蛋白進而調(diào)節(jié)生長錐的形態(tài)和細(xì)胞骨架的動力，促進神經(jīng)軸突向外生長。層黏連蛋白-整合素系統(tǒng)廣泛參與神經(jīng)系統(tǒng)中細(xì)胞內(nèi)外機械信號和生化信號的傳導(dǎo)，是神經(jīng)纖維生長的效應(yīng)分子，也是MFS的可能機制之一[33]。

癲癇的反復(fù)異常放電造成神經(jīng)元的累積性損傷，刺激局部腦組織的反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞增生，促進神經(jīng)生長因子和細(xì)胞黏附分子的表達。反復(fù)癲癇發(fā)作將上調(diào)層黏連蛋白的表達與活性，其α鏈C末端的功能結(jié)構(gòu)域能促進神經(jīng)元軸突生長[34]。層黏連蛋白之所以能夠促進軸突生長，是因為其受體整合素在特異性活化后，一方面通過鈣離子通道，使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度增加，從而激活CaMK-Ⅱ，調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的肌動蛋白絲，改變細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞沿著ECM中黏附分子的濃度梯度定向遷移，從而誘導(dǎo)MF側(cè)枝出芽[35]。

4 總結(jié)與展望

耐藥性癲癇發(fā)作與海馬區(qū)域異常的神經(jīng)元環(huán)路及突觸聯(lián)系有關(guān)。海馬結(jié)構(gòu)中，齒狀回MFS被認(rèn)為是耐藥性癲癇的病理基礎(chǔ)，軸突出芽是神經(jīng)系統(tǒng)胚胎發(fā)育必要條件，但在成年后不應(yīng)發(fā)生。MFS與顆粒細(xì)胞之間形成的異位突觸及折返興奮環(huán)路是誘發(fā)癲癇反復(fù)發(fā)作的重要病理改變，也是終止與治療耐藥性癲癇的潛在靶點。MFS的產(chǎn)生原因目前尚不清楚，普遍認(rèn)為神經(jīng)細(xì)胞脫失和反復(fù)癲癇發(fā)作是促使軸突出芽的兩大因素。軸突出芽所致興奮性異常網(wǎng)絡(luò)的形成又增加沖動信號回返海馬區(qū)域的概率，反過來加重了癲癇病情。

MFS的分子機制十分復(fù)雜，神經(jīng)細(xì)胞外環(huán)境中的介導(dǎo)信號在突觸生長過程中扮演不可或缺的角色。隨著“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說”的發(fā)展，ECM的作用越來越受到重視。其中層黏連蛋白可以與軸突表面的整合素受體結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架系統(tǒng)，介導(dǎo)神經(jīng)纖維定向生長。在耐藥性癲癇患者腦組織中，層黏連蛋白表達上調(diào)，引起神經(jīng)纖維異常遷移，逐步形成興奮性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

耐藥性癲癇的發(fā)病機制及防治手段仍是當(dāng)下臨床的一大難題。層黏連蛋白-整合素系統(tǒng)既具有信號傳導(dǎo)功能又具有運動功能，與MFS密切相關(guān)，是難治性癲癇發(fā)病與進展的分子生物學(xué)基礎(chǔ)。層黏連蛋白與耐藥性癲癇之間的研究可為今后的臨床診治提供一定的理論依據(jù)，因此還有待進一步深入探索。