癲癇的病理生理學基礎研究

作者單位：350001 福建醫(yī)科大學省立臨床醫(yī)學院

通訊作者：陳瑯

【關鍵詞】 癲癇； 苔蘚纖維發(fā)芽； 膠原纖維酸性蛋白； 神經(jīng)細胞黏附因子

癲癇是多種病因引起的慢性腦功能障礙綜合征，由大腦神經(jīng)細胞群反復超同步放電引起的發(fā)作性、突然性、短暫性腦功能紊亂，屬于一種慢性反復發(fā)作性的腦功能失常性疾病。癲癇發(fā)作可導致腦神經(jīng)元選擇性損傷，甚至死亡，從而引起膠質細胞增生、苔蘚纖維出芽、突觸重建等腦結構和功能的可塑性變化；而大腦這些可塑性變化在形態(tài)上又使得癲癇更加反復發(fā)作，是癲癇頻發(fā)和難治的主要原因之一。因而，癲癇腦神經(jīng)元損傷的機制，已成為癲癇研究的熱點，引起人們的廣泛重視。現(xiàn)目前研究主要集中得幾個方面綜述如下。

1 苔蘚纖維發(fā)芽（mossy fiber sprouting，MFS）

在經(jīng)歷長期反復癇性發(fā)作的癲癇患者的腦活檢組織中，海馬硬化是個常見的病理現(xiàn)象。此病理改變最基本表現(xiàn)是海馬內神經(jīng)元喪失，膠質細胞增生，和海馬纖維發(fā)芽。另外，在多種實驗性癲癇動物模型的研究中，人們也發(fā)現(xiàn)了顯著的海馬苔蘚纖維發(fā)芽。

所謂苔蘚纖維發(fā)芽（MFS），就是一種神經(jīng)的再生現(xiàn)象。海馬結構齒狀回顆粒細胞的軸突（苔蘚纖維）又投射到了新的區(qū)域，即在齒狀回內分子層（IM）和CA3區(qū)椎體細胞層、下錐體細胞層（起始層，SO）異常生長，發(fā)生了苔蘚纖維突觸重組。在正常情況下，顆粒細胞軸突（在透明層，SL）形成突觸。而內分子層為顆粒細胞樹突分布的部位，不受苔蘚纖維的支配。

目前對于苔蘚纖維發(fā)芽的機制尚不完全清楚，有人認為是與癲癇引發(fā)的海馬內神經(jīng)元的缺失有關。也有學者認為即早基因起關鍵作用。即早基因可能通過調節(jié)基因表達產物（如神經(jīng)生長因子）發(fā)揮作用，促進神經(jīng)元軸突發(fā)芽，導致神經(jīng)網(wǎng)絡突觸重建。在慢性顳葉癲癇患者與多種點燃動物模型的海馬區(qū)均可見苔蘚纖維出芽，且有神經(jīng)營養(yǎng)因子表達，蛋白水平及其營養(yǎng)活性均增加，并與苔蘚纖維發(fā)芽率呈正相關，有學者認為顆粒細胞通常含有興奮性氨基酸，發(fā)芽可能是顆粒細胞興奮性增高的原因，并且由于突觸重組打破了齒狀回內興奮-抑制平衡，引起長期反復的癲癇發(fā)作。

許多學者對多種癲癇動物模型的海馬MF發(fā)芽現(xiàn)象進行了深入研究，Okazaki等^［1］刺激發(fā)芽的MF可使顆粒細胞產生興奮性突觸后電流（EPSC），而未發(fā)芽的MF則不能引出顆粒細胞的EPSC，認為MF發(fā)芽形成的神經(jīng)回路導致顆粒細胞的興奮性增高與癲癇放電的產生和傳播有密切關系。

MFS改變了門區(qū)及內分子層局部環(huán)路，在顆粒細胞間形成異常興奮性聯(lián)系，增加了發(fā)作敏感性從而促進癲癇的形成。MFS在顆粒細胞近端樹突產生巨大的突觸興奮性，從而反復點燃，易化癲癇活動在齒狀回的形成。由于癲癇腦神經(jīng)髓鞘的廣泛破壞，纖維間的絕緣性受影響，再加上神經(jīng)纖維具有雙向傳導性及相對不疲勞性，導致某一興奮在神經(jīng)網(wǎng)絡內不停的異常傳導。海馬結構的突觸調整，構成密亂的反復興奮性聯(lián)系，激動信號在興奮性聯(lián)系中不斷震蕩、放大、增強，并向損傷對側擴散，出現(xiàn)癲癇大發(fā)作。但由于MFS會同時和興奮型神經(jīng)細胞和抑制型神經(jīng)細胞形成突觸，使整個重建神經(jīng)環(huán)路達到一種相對平衡狀態(tài)，這也是癲癇大部分時間不發(fā)作，小發(fā)作多于大發(fā)作的生理學基礎，當發(fā)作起始部位所處環(huán)路興奮型突觸數(shù)量大于抑制型突觸并且大于抑制作用時，這一相對穩(wěn)定的平衡即被打破，誘發(fā)癲癇發(fā)作^［2］。但迄今為止，MFS是對癲癇起抑制作用還是促進其易感性的形成仍有爭議^［3］。

海馬內MFS導致的突觸重組是癲癇病理生理過程中的一個重要變化，它對癲癇的發(fā)生和發(fā)展具有重要的意義，已經(jīng)被作為癲癇治療的重要靶點而受到越來越多的關注。

2 膠原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）

隨著對癲癇發(fā)病機制研究的不斷深入，逐漸證實星形膠質細胞在癲癇發(fā)病中起一定作用，并已證實在星形膠質細胞增生時可使神經(jīng)細胞的興奮閾值下降，神經(jīng)活動過度而進一步誘發(fā)癲癇。并且星形膠質細胞還可以產生和釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子等促發(fā)癲癇。另外，長期慢性癲癇發(fā)作引起星形細胞增生參與海馬硬化將會影響大腦的正常生理調節(jié)功能，同樣起著促進癲癇發(fā)作的作用。

正常情況下，星形膠質細胞作為營養(yǎng)物質傳送者而起到保護營養(yǎng)神經(jīng)細胞的作用。因此，星形膠質細胞被稱為神經(jīng)元營養(yǎng)的內通道。在細胞化學方面，星形細胞的特點是含有膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP），GFAP是存在于發(fā)育和成熟的星形細胞中的中間絲蛋白，是星形細胞骨架的主要成分。另外，星形膠質細胞還是谷氨酸（ Glu）和γ-氨基丁酸（GABA）代謝的必經(jīng)場所，即GLu的形成和轉化均可在星形細胞內進行^［4］。但一般情況下，星形細胞內產生的谷氨酸很快轉變?yōu)楣劝孵０罚笳哚尫诺郊毎猓簧窠?jīng)細胞攝取作為谷氨酸的前體和原料，故正常時星形細胞內谷氨酸含量很低。但在慢性癲癇的情況下。由于神經(jīng)細胞的損害和死亡，使谷氨酰胺的攝取受到障礙而致星形細胞內谷氨酸含量增高，可引起細胞水腫，并可通過攝取和釋放Glu、GABA而調節(jié)神經(jīng)遞質代謝，另外星形細胞在維持神經(jīng)細胞離子平衡中也起重要作用，星形細胞上存在有Glu和GABA等一些神經(jīng)遞質受體和離子通道^［5］，說明星形膠質細胞與神經(jīng)細胞之間的相互作用在生理和病理狀態(tài)下均有著重要意義。

GFAP，分子量為50～52 kD，富含谷氨酸和天冬氨酸，以中間微絲蛋白和可溶性蛋白兩種形式存在于膠質細胞的胞漿，構成星形膠質細胞胞質內的膠質原纖維，參與形成細胞骨架，只存在于星形膠質細胞，不含于其它膠質細胞，是星形膠質細胞的標記物。GFAP表達增加也是常用的星形膠質細胞激活的標志，同時星形膠質細胞的GFAP表達增加也是一細胞增生過程。GFAP特異性表達于成熟的星形膠質細胞，常常用于標記損傷后膠質反應。腦外傷后活化的星形膠質增生是神經(jīng)細胞損傷的一個標志，表現(xiàn)為星形膠質細胞的肥大和增生，細胞增大，突起增多和增長。這種增生成為反應性膠質增生，是腦損傷后最常見的現(xiàn)象之一。GFAP的高表達，在某種程度上提示星形膠質細胞的蛋白合成和運輸?shù)裙δ芑顒犹幱谝环N活躍的狀態(tài)^［6］。

3 神經(jīng)細胞黏附分子（neural cell adhesion molecule，NCAM）

成年哺乳動物巾樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在兩個神經(jīng)千細胞聚集區(qū)，即側腦室的麟室下區(qū)（subventricular zone，SVZ）和海馬齒狀回的顆粒下層（subgranular zone，SGZ）。神經(jīng)干細胞遷移與PSA-NCAM表達有密切關系。神經(jīng)細胞黏附分子（NCAM）是一類調節(jié)細胞與細胞、細胞與細胞外基質間黏附功能的膜表面糖蛋自，主要有NCAM-180、NCAM-140、NCAM-120三種形式，在神經(jīng)中具有介導神經(jīng)細胞黏附，促進軸突生長，誘導神經(jīng)細胞遷移以及促進神經(jīng)環(huán)路形成等作用^［7］。實驗證實，神經(jīng)受損傷后NCAM表達將增加，提示NCAM參與損傷后神經(jīng)組織的修復過程。NCAM在神經(jīng)元細胞損傷后的軸突再生和突觸重建過程中發(fā)揮了重要作用，被認為是決定軸突再生和突觸重建的可塑性分子標志物。而NCAM表達的過度上調則可能導致異常神經(jīng)元環(huán)路的形成，繼而引發(fā)神經(jīng)元的異常放電。

NCAM參與突觸可塑性有兩個機制：（1）NCAM介導的細胞動力骨架動力的改變，涉及活動依賴性突觸重建。N-黏附蛋白的胞漿區(qū)直接與Ankyrins（位于特異胞膜區(qū)的胞漿表面的Spectrin結合蛋白家族的一員）相連。（2）為胞內信號系統(tǒng)，具體特點如下：胞內信號改變可反饋到突觸后膜，通過NCAM-1調控細胞與細胞的黏附，迅速改變突觸的結構和效能。胞內蛋白水解酶Calpain水解NCAM-1的胞內區(qū)，可較快地解除和重新組織突觸的結構聯(lián)系。使用相應的可溶性NCAM-1的抗體作用于神經(jīng)元可觸發(fā)許多第二信使水平的改變，繼而產生級聯(lián)反應，導致突觸效能改變^［8］。

腦缺血缺氧模型證實，短暫性全腦缺血后，海馬顆粒細胞的NCAM表達增加，大腦中動脈缺血再灌注（I/R）后，在紋狀體的室下區(qū)也可見NCAM表達增加，NCAM對神經(jīng)再生起重要作用，能促進腦損傷后神經(jīng)細胞重塑^［9］。在海人酸癲癇模型中，KA致痢大鼠海馬中的NCAM表達增高，表明大鼠致癇后，海馬被大量誘導生成，并發(fā)揮刺激軸突再生和促進突觸重建的作用，形成導致癲癇反復發(fā)作的興奮性神經(jīng)網(wǎng)絡結構^［10］。以往的實驗證實，海馬突觸前后膜上存在大量（多唾液酸神經(jīng)黏附分子）PSA-NCAM，在持續(xù)性突觸生成和可塑性腦區(qū)均特征性PSA-NCAM的表達，這種表達在成年動物中低水平的，但在大鼠神經(jīng)元損傷后，損傷遠端PSA-NCAM含量增加，而一旦未損傷神經(jīng)元的側芽與周圍形成新的突觸，NCAM會再次下調，PSA-NCAM的含量與神經(jīng)元修復的過程具有平行關系^［11］。Ksper對敲除了PSA-NCAM基因的小鼠進行研究時發(fā)現(xiàn)由缺乏PSA-NCAM，神經(jīng)細胞的遷移受到干擾，海超微結構出現(xiàn)紊亂，小鼠的學習和記憶成績受到影響^［12］，出現(xiàn)認知障礙。

因此，研究NCAM在癲癇大鼠海馬中的表達對癲癇機制的研究有著重要的意義。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2011-03-18）

（本文編輯：梅宏偉）