新生兒癲癇的發生機制及對發育腦的影響☆

馬磊 江文 史明 楊方

新生兒癲癇的發生機制及對發育腦的影響☆

馬磊*江文*史明*楊方*

癲癇 新生兒 易感性 腦發育

癲癇的特點是持續存在能產生癲癇發作的腦部持久性改變，并出現相應的神經生物學、認知、心理學以及社會學等方面的后果。新生期一般指出生后1個月內，是癲癇發作的高峰期，患病率約為1.8‰～3.5‰，在產科重癥監護單元的發生率約為1%～2%。其病因眾多，主要包括缺氧缺血性腦病、急性代謝性疾病、腦血管疾病、神經系統感染、先天性發育異常等［1］。新生兒癲癇的臨床處理頗為棘手，苯巴比妥和苯二氮艸卓類藥物是目前最為常用的一線治療藥物，其療效往往不佳，且不能改善疾病的自然進程及患者的預后［2］。發育腦的細胞組成、環路聯系及功能與成年腦迥然不同，本文對新生兒癲癇的發生機制及其対發育腦的影響作以綜述。

1 發育腦興奮性增高導致癲癇的易感性增高

在新生期和生后數年內，興奮性在大腦皮層及邊緣系統的神經網絡中占主導地位，神經的興奮性活動促進突觸發生等腦發育進程。興奮性神經遞質的受體及轉運體表達水平較高，而抑制性神經遞質相關網絡的發育相對不完善。對神經興奮性具有調節作用的電壓門控離子通道在發育期的表達及功能也不同于成年期。新生兒對癲癇發作的易感性較高可能是以上諸多因素的協同作用。

1.1 興奮性神經遞質 谷氨酸是最重要的興奮性氨基酸和神經遞質，神經元和膠質細胞谷氨酸受體的表達均受到發育進程的調 控［1］。離 子 型 受 體 包 括 N-甲 基-D-天 冬 氨 酸 受 體(NMDAR)、海人藻酸受體(KAR)和α-氨基-3羥基-5甲基-4異惡唑受體(AMPAR)。某些情況下谷氨酸受體的通透性受其亞基組成的影響，如當GluR 2亞基表達相對較低時AMPAR具有鈣離子通透性。發育腦(尤其是皮層神經元)中NMDAR 2B、NMDAR 2D、NMDAR 3A亞基的表達水平較高，而GluR 2亞基相對缺乏，這種亞基組成形式可以增加NMDAR介導的鈣離子內流，增強AMPAR介導的鈣離子內流，引起膜電位的去極化效應并降低癲癇發作和興奮性損傷的閾值［3－4］。

1.2 抑制性機制 在谷氨酸介導的興奮性效應明顯增強的同時，成熟腦中主要的抑制性神經遞質γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)在出生前和出生后發育早期卻起著興奮性作用，即激活GABA受體可以引起胞膜去極化［5］。GABA這種反常的生理效應是由于發育期氯離子協同轉運蛋白的表達模式與成年期不同所致。氯離子協同轉運蛋白是由SLC12A2編碼的一族電中性的陽離子和氯離子同向轉運蛋白，神經系統主要表達向胞內轉運氯離子的Na-K-Cl協同轉運蛋白(Na+-K+-2Cl－cotransporter，NKCC 1)和向胞外轉運氯離子的K-Cl協同轉運蛋白(K+-Cl－cotransporter，KCC 2)。NKCC 1 和KCC 2 表達及功能的相對平衡對GABA能神經元維持正常興奮性具有重要作用。神經系統氯離子協同轉運蛋白的表達水平在發育期發生了顯著的變化，即NKCC 1的表達水平逐漸降低，而KCC 2的表達逐漸增高［6］。NKCC 1/KCC 2表達模式的變化是新生期和成年期GABA受體功能差異的基礎。一方面，發育腦內NKCC 1表達水平明顯高于KCC 2，導致胞內氯離子聚集，GABA受體激活后引起氯離子外流和胞膜去極化。另一方面，成熟腦中KCC 2的表達水平較高，因而胞內氯離子濃度較低，GABA受體激活后氯離子順濃度梯度內流引起胞膜超極化。

布美他尼是廣為使用的一種利尿劑，在較低濃度下也是NKCC 1的特異性阻滯劑，可以通過降低胞內氯離子濃度這一機制，使GABA對新生大鼠皮層神經元的癲癇樣放電起到抑制作用［6］。在低鎂誘發的新生大鼠海馬腦片癲癇模型中，布美他尼能夠增強苯巴比妥對癲癇樣放電的抑制作用［7］。鑒于以上令人鼓舞的動物研究結果，美國FDA已經批準布美他尼治療新生兒癲癇的臨床試驗［8］。

1.3 離子通道 發育腦某些電壓門控離子通道的表達及功能也不同于成年腦。新生鼠丘腦神經元的遞質釋放依賴于N型和P/Q型電壓門控鈣離子通道的開放，隨著腦發育的逐漸成熟，這一功能轉變為僅依賴P/Q型電壓門控鈣離子通道［9］。超極化激活的環狀核苷酸門控通道(HCN)是另一群鉀離子通道超家族，參與并維持靜息膜電位和樹突興奮性。在發育腦中，HCN1表達水平較低，隨年齡增長其表達量逐步增加。HCN1選擇性阻斷劑能夠減少新生大鼠海馬的癲癇樣同步放電［10］，這提示受發育進程調控的離子通道可能成為新生兒癲癇的治療靶點。

2 癲癇發作對發育腦的近期和遠期影響

反復的癲癇發作能夠引起腦內神經網絡的持久性改變，最初的腦部病理損傷發生后往往伴有一段沒有明顯癲癇樣活動的靜默或潛伏期，其后出現以自發性癲癇發作及發作頻率漸增為主要特征的癲癇形成(epileptogenesis)階段。就成熟性而言，出生8～10 d的大鼠相當于足月新生兒，出生12～18 d的大鼠相當于嬰幼兒期。対發育腦的研究模型往往包含嬰幼兒期動物，因此對動物研究結果的解釋必須考慮以上因素的影響［11］。此外，關于癲癇發作對腦的影響的知識多在成年期動物或臨床研究中獲得，發育腦的研究資料尚顯匱乏。

2.1 急性期 癲癇發作對腦的影響是一個多因素參與的過程，大致可以劃分為3個階段［3］。癲癇發作后數分鐘至數天內為急性期，主要出現即刻早期基因(immediate early genes，IEGs)激活、神經遞質受體等蛋白的轉錄后調節、離子通道活性等變化。動物模型及臨床研究均表明Fos，Jun，Egr1，Egr4，Homer1，Nurr77及Arc等IEGs在癲癇發作后可以被激活［4］。IEGs激活是由反復高強度的突觸活動引起的去極化及NMDA受體的開放所介導的，鈣內流可以激活蛋白激酶的級聯反應并引起轉錄因子的磷酸化。激活的IEGs能夠通過其效應分子調節突觸功能，增加突觸后樹突棘的密度和面積、使突觸后興奮性神經遞質受體群集化以增加突觸傳遞的效率。新生期癲癇發作后神經鈣蛋白的激活可以引起神經元GABAA受體內吞，降低抑制性突觸后電位的頻率及神經網絡的抑制性，并引起離子通道和受體的功能變化［12］。神經鈣蛋白激活可以引起電壓門控鉀離子通道的快速去磷酸化，導致細胞內攝取作用和去極化的延長［13］。

2.2 亞急性期 在癲癇發作后數小時至數周內的亞急性階段，出現神經元死亡和細胞因子激活的炎性變化等損傷因素，但某些神經保護機制也同時存在。成年動物在癲癇持續狀態后往往出現海馬CA3區進行性神經元丟失，這可能引起神經環路中興奮和抑制的平衡狀態的改變，是癲癇形成的重要機制之一［3］。然而，新生期癲癇發作后普遍缺乏神經元的丟失，多種動物模型均難以觀察到海馬、杏仁核、大腦皮層等結構中神經元的明顯死亡［11］。位于皮層深部的底板(subplate)神經元是發育腦中對癲癇發作較為敏感的一群神經元，與皮層網絡的發育及成熟關系密切。底板神經元具有較多的NMDA和AMPA受體，且缺乏氧化應激保護機制，因此在癲癇發作后容易死亡并引起抑制性環路發育異常［14］。癲癇發作后炎性細胞因子(IL-1、2、6，腫瘤壞死因子，巨噬細胞集落刺激因子等)水平明顯增高。小膠質細胞在發育期突觸調節和清除中發揮了重要的作用，新生期癲癇發作后小膠質細胞的激活可能對突觸發育也具有一定的影響。在成年動物的研究中發現抑制小膠質細胞激活可以在癲癇持續狀態后對神經元起保護作用［15］。發育期腦內神經營養因子及其受體的表達極為豐富，新生期癲癇發作可以進一步增加神經營養因子(如腦源性神經營養因子)的表達。受腦源性神經營養因子調節的TrkB信號通路的激活可能在神經損傷后發揮重要的保護作用，但也可能參與了成年動物的癲癇形成過程［16］。

2.3 慢性期 慢性階段在數周至數月發生，主要為苔蘚纖維發芽、神經發生、膠質細胞增生和神經網絡重建等結構功能變化。對成年慢性癲癇患者及動物的研究發現，齒狀回顆粒細胞發出異常側枝至內分子層，形成了顆粒細胞間的單突觸聯系及癲癇灶的正反饋環路。而新生期癲癇發作卻引起另一種形式的發芽，即苔蘚纖維突觸末端終結在CA3區及起始層的基底樹突［3］。在大鼠出生后第3周，顆粒層細胞間的連接才完全形成，這可能是新生期癲癇發作后獨特的發芽形式的生理基礎。癲癇發作對神經發生的影響與研究模型有關，但一般而言，新生期癲癇發作可以促進神經發生［17］，新生神經元可能以異常的方式整合進入處于不斷發育和改建中的神經網絡。新生期癲癇發作后膠質細胞增生并沒有成年期明顯，星型膠質細胞的谷氨酸轉運體的表達受發育進程的調控［18］。以上細胞、組織結構的變化對神經網絡的結構和功能產生影響，并可能促進癲癇發生。

新生兒癲癇患者在成年期出現癲癇發作、智能障礙和行為問題的比率高于普通人群［19］。由于發育腦對癲癇引起的病理損傷具有較強的耐受性，因而以往認為新生兒癲癇并不會明顯損害神經系統的發育，新生兒癲癇的種種遠期危害可能主要反映了引起癲癇發作的原發疾病對腦的影響。但越來越多的動物研究提示頻繁或較長時間的癲癇發作可以通過干擾發育腦的發育進程引起神經網絡結構和功能的異常改變［11，20］。Cornejo等［21］應用新生大鼠海人藻酸模型模擬新生兒一連串反復而不持續的癲癇發作，在成年期發現海馬依賴的工作記憶及長時程增強(long-term potentiation，LTP)、長時程抑制(long-term depression，LTD)均明顯受到損害，并提示谷氨酸能突觸的功能改變與上述記憶障礙密切相關。新生期是神經發生、遷移、神經突起生長、突觸發生的重要時期，癲癇發作本身很可能會引起神經系統發育障礙并由此導致遠期危害。

發育腦對癲癇發作和癲癇持續狀態具有高度的易感性，卻對癲癇發作引起的組織病理損傷較成年動物具有更強的耐受性。成年期癲癇發作往往伴有神經元死亡、苔狀纖維發芽等腦結構變化，神經損傷的機制可能與谷氨酸受體激活、興奮性及抑制性受體組成的改變、基因表達改變、細胞因子激活、氧化應激等因素有關［19］。新生期癲癇發作很少出現神經元丟失，苔狀纖維發芽形式也不同于成年動物。推測發育腦對癲癇發作的耐受性機制可能包括線粒體氧化應激缺失、膠質細胞激活和細胞因子釋放的缺失、腦源性神經營養因子的水平較高等因素［4］。

癲癇發生是由一系列順序發生的分子細胞改變引起的神經網絡重組所引起的，新生期癲癇發作對腦發育的影響不容忽視。抗癲癇治療的目的不只是控制癲癇發作，更重要的是改變疾病的自然進程并最大限度的改善患者的遠期預后。選擇癲癇發生過程中不同年齡和不同階段的一些特異性病理變化作為干預靶點，將有可能促進新生兒癲癇的治療革新。

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☆國家自然科學基金資助項目(編號:81071051);西京醫院學科助推計劃(XJZT10M15)

* 第四軍醫大學西京醫院神經內科(西安 710032)

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R742.1 (

2010－09－24)

A (責任編輯:李 立)

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