orexin／hypocretin與發作性睡病

蔡卓冶綜述，蔡 倫審校

（1.北海市第二人民醫院急診科，廣西北海 536000；2.廣西中醫學院第一附屬醫院腦病一區，南寧 530023）

發現orexin／hypocretin已經10多年，作為體內重要的內源性物質之一，研究發現其與發作性睡病密切相關。國內關于orexin／hypocretin與發作性睡病的研究較少，本文對orexin／hypocretin系統，hypocretin與發作性睡病的診斷和治療進行了介紹，并對發作性睡病患者hypocretin神經元減少的神經元變性、免疫學、理化因素途徑進行了綜述，并提出了未來的研究方向。

1 orexin／hypocretin和發作性睡病

1998年研究者發現了一種由大鼠下丘腦外側區（lateral hypothalamic area，LHA）合成和分泌的具有促進動物攝食作用的小分子肽，命名為orexin或hypocretin。Orexin神經元胞體位于側腦室下方及穹窿周圍的下丘腦區，數量僅約數千個。Orexin有2個C-末端乙?；膯误w：orexin A（或稱hypocretin 1）和orexin B（或稱hypocretin 2），它們均來自同一基因轉錄產物-前orexin原（preprohypocretin，含130個氨基酸殘基）的酶解而來。hypocretin 1和hypocretin 2通過兩種激活多種G蛋白的G-蛋白偶聯受體OX1R／Hcrtr1和OX2R／Hcrtr2對中樞和外周發揮作用。hypocretin參與各種基本的下丘腦功能，例如：進食，能量平衡和神經內分泌調節［1］。同時還參與情感、獎賞中樞調節等。隨著研究者們發現hypocretin缺乏引起人類和動物的發作性睡病，這表明這種下丘腦神經肽在睡眠-覺醒周期中扮演著一個重要角色［2］。雖然hypocretin神經元參與睡眠-覺醒調節的機制還未完全明了但是其中的一個主要機制是它投射到大多數上行覺醒系統（包括單胺能和膽堿能系統），并且一般是興奮性輸入。hypocretin神經元對保持人類的覺醒和抑制快速眼動（rapid eyes movement，REM）具有重大意義［1］。最近的一個新的發現即hypocretin促進培養的斑馬魚松果體產生褪黑素，這可能幫助揭開這個謎［3］。

發作性睡病是一種使人致殘的疾病，有人認為其發病率為0.05%。它的特點是過度的白天嗜睡，猝倒發作，睡眠麻痹，睡眠幻覺，自動行為，夜間睡眠紊亂［4］。研究者們發現其發病還與人類白細胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）-DQB1＊0602基因顯著相關［5］。

2 hypocretin與發作性睡病的診斷

猝倒型發作性睡病患者中，腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中的hypocretin 1濃度降低的特異性和敏感性分別為99.1%和88.5%［6］，除此之外，猝倒型發作性睡病患者REM潛伏期均數顯著縮短，并且患者的發病年齡較早，HLA-DR2都是陽性，而正常hypocretin 1水平患者的HLA-DR2僅有33.3%為陽性［7］。所以在美國睡眠醫學協會編寫的第2版睡眠障礙的國際分類（the international classification of sleep dis-orders，ICSD-2）中將發作性睡病分為非猝倒型發作性睡病、猝倒型發作性睡病和繼發性發作性睡病，在后兩種類型中將hypocretin≤110pg／mL作為一條診斷標準（猝倒型發作性睡病或有另一個標準hypocretin小于或等于正常值的1／3）。但是要注意的是，有研究者發現，健康者腰段CSF中的hypocretin 1水平在5：00AM時高于5：00PM。hypocretin分泌在覺醒期分泌最高，這項觀察出乎意料，可能反映了腰段hypocretin分泌的延遲。這一發現可能對于診斷narcolepsy時CSF的采集有影響［8］。

3 hypocretin的檢測

目前，檢測CSF中hypocretin 1主要使用直接放射免疫分析法（direct radioimmunoassay，RIA）（100μL內），不用提取。CSF中hypocretin 1很穩定，無論是冰凍和解凍6次還是放置于室溫條件下72h，RIA測定其量沒有改變［9］。

4 發作性睡病患者CSF中hypocretin 1濃度降低下降可能的原因

4.1 神經元變性 鑒于散發的發作性睡病患者發病比有家族史的患者晚，出生后細胞死亡是猝倒型發作性睡病患者的主要病理生理基礎。使用基于體素的形態測量學（voxel-based morphometry，VBM）對發作性睡病患者下丘腦和（或）其投射區域的結構變化進行研究發現，發作性睡病患者的hypocretin神經元的功能異常與下丘腦灰質減少也是一個佐證［10］。有研究統計人類猝倒型發作性睡病患者的hypocretin神經元數量減少了85%～95%［11］。而活檢結果提示下丘腦的hypocretin神經元周圍并沒有炎性細胞浸潤，所以推測hypocretin細胞區域的神經元變性而導致hypocretin細胞的缺乏。而在40%阿爾茨海默病患者身上觀察到hypocretin神經元數目減少了和帕金森病后繼發為發作性睡病的出現進一步證實了神經元變性的存在可能［12-13］。大鼠下丘腦器官型腦片培養提示N-甲基-D-天門冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受體介導的損傷和內源性細胞毒性物質如吡啶-2，3-二羧酸可能導致發作性睡病患者下丘腦這些含有hypocretin的神經元的選擇性缺失［14］。

4.2 免疫學機制

4.2.1 直接的免疫途徑 猝倒型發作性睡病患者和HLA等位基因DQB1＊0602的緊密關系提示自身免疫參與發作性睡病患者的發病。發現有猝倒發作性睡病患者比無猝倒的患者血中CD4＋T細胞和B淋巴細胞顯著減少進一步證實了這個可能［15］。另一項研究中認為T細胞受體是罪魁禍首，T細胞α亞型受體（T cell receptor alpha，TCRα）鏈是CD8＋T細胞的一部分，能夠識別HLA中Ι類分子產生的抗原，CD4＋T細胞能識別HLA中Ⅱ類分子產生的抗原，而這些抗原中的一部分是由DQB1＊0602編碼的。同時TCRα和T細胞β亞型受體（T cell receptor beta，TCRβ）自身結合構成完全不同于這兩種亞型的異型耐受全能T細胞。所以TCRα的基因多態性可能直接導致hypocretin神經元的丟失［16］。另外，在一些新的探索和發現在進行中，包括在典型的患者身上尋找抗神經節苷脂抗體滴度是否增加［17］，研究DQB1＊0602陽性的猝倒型發作性睡病患者對人類preprohypocretin和其分解物是否產生IgG反應［18］，在hypocretin細胞中尋找自身抗體，包括發現發作性睡病患者下丘腦的hypocretin細胞中的胰島素樣生長因子受體結合蛋白3（insulin-like growth factor binding protein 3，IGFBP3）的過度表達［19］。同樣，已知 hypocretin神經元表達Trib2，但是后來又發現其他神經元也表達Trib2，研究者仍然指出Trib2是發作性睡病患者的抗原，因為在研究中用酶聯免疫吸附法分析表明同單純失眠患者和健康對照者以及多發性硬化患者相比，猝倒型發作性睡病患者血清中的Trib2特定抗體滴度升高。并且認為Trib2特定抗體滴度在發病之初升高，在2～3年內顯著下降，在30年內，保持穩定比對照組高的濃度。Trib2特定抗體滴度的濃度與猝倒發作的嚴重性相關，大鼠下丘腦超過86%的hypocretin神經元與患者血清產生特別的免疫反應［20］。參與平滑肌收縮的IgG抗體也未檢測到［21］。因發現雙側下丘腦損傷的MS患者的血清中抗AQP4抗體陽性，hypocretin神經元的缺失可能是機體對AQP4的攻擊有關［22］。令人遺憾的是，迄今為止尋找相關的抗體都未得到令人信服的證據和完全了解該病的機制，但是研究者們持一種觀點，即與疾病相關的異型HLA導致外周免疫系統自身耐受的破壞。但是也有可能是患者發病時間與檢測時間的差異。

4.2.2 間接的免疫途徑 由于考慮到發作性睡病患者的hypocretin神經元選擇性缺失，而其周圍的細胞產生褪黑素的細胞沒有受到影響，所以推測有抗體選擇性與hypocretin神經元表達的特定的抗原進行結合，從而導致其缺失。這種推測，也得到一些支持，一些病毒感染導致CD8＋與膠質細胞相互作用導致損害膠質細胞介導的神經元解毒功能或膠質細胞產生神經營養因子功能的損害，而神經營養因子的缺乏導致其缺失［23］。一些免疫反應與溶血性鏈球菌、H1N1流感病毒及接種H1N1流感病毒疫苗有關，發作性睡病可能與上呼吸道感染導致的自身免疫有關［24］。該免疫反應的機制可能是這樣的，主要組織性溶性復合物Ⅱ類分子（major histocompatibility complex classⅡ，MHCⅡ）包括 HLA-DR2和HLA-DQB1＊0602，主要將抗原呈遞給CD4＋細胞，CD4＋細胞能夠識別細菌抗原，例如，溶血性鏈球菌抗原和（或）自身抗原，最近發現，與年齡相匹配的對照組相比，在HLA-DQB1＊0602陽性且hypocretin缺乏的發作性睡病患者中在發病之初的3年，溶血性鏈球菌抗體增加。隨后下降。而C反應蛋白水平卻沒有升高［25］。同樣，諸于感染間接途徑導致具有細胞毒性CD8＋T細胞可能通過對hypocretin神經元表達MHCI產生作用，細胞間的相互作用導致hypocretin神經元的缺失［26］。一種不同的模式即下丘腦感染的病原體可能表達一種超級抗原，這種抗原能夠將T細胞上的TCR和如小膠質細胞表達的MHCⅡ類分子連接起來，細菌或病毒的超級抗原通過與MHCⅡ類分子結合的方式聚集在抗原呈遞細胞的表面，然后連接和結合TCR分子，導致極強的TCR信號、T細胞激活和細胞因子產生。超級抗原釋放的干擾素γ（interferon-γ，INF-γ）激活T細胞在胞內沒有谷氨酸的情況下將產生神經興奮性毒性，最終導致hypocretin神經元的缺失［27］。還有一種假說即病原體可能更加趨向于下丘腦hypocretin神經元的激活并且導致這些神經元激活小膠質細胞經由MHCⅡ類分子的信號。活性小膠質細胞通過釋放喹啉酸或上調谷氨酰胺酶，而這種酶能夠產生NMDA受體拮抗劑谷氨酸鈉，喹啉酸的釋放或谷氨酰胺酶的上調均能夠產生神經毒性［28］。腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）參與集體主動免疫和多種疾病的病理生理過程，TNF的受體包括TNFr1和TNFr2，TNF由被插入到膜中作為同型三聚體2型跨膜蛋白合成并且被基質金屬蛋白酶TNF-α轉化酶水解成51×103大小的可溶性循環三聚體。兩者的膜結合和可溶形式都主要由單核細胞和巨噬細胞、樹突狀細胞所致。TNF受體和TNF受體相關細胞因子或下游信號蛋白相結合，調節基因表達和細胞功能［29-30］，TNF位于染色體上6p21人類MHC復合物的三類區域，因為猝倒型發作性睡病患者和HLA等位基因DQB1＊0602的緊密關系以及觀察到猝倒型發作性睡病患者體內TNF是值得研究的。新發現TNF-α基因和TNFr2基因的多態性與發作性睡病有關。而一項在大鼠上的研究表明TNF-α可能導致CSF中hypocretin的下降，并且其通過一條獨一無二的通路使hypocretin-2受體下調［31］。

4.3 理化因素 同正常對照組相比，HLA-DQB1＊0602陽性的發作性睡病患者發病可能與環境毒性相關，接觸重金屬、油漆工、殺蟲劑危險顯著增加［32］。

5 發作性睡病的hypocretin替代治療

hypocretin 1由于受到血腦屏障的影響，直接進入腦內是比較困難的，動物模型側腦室注射hypocretin 1低劑量對猝倒和覺醒無效，但靜脈注射高劑量的hypocretin 1在hypocretin配體缺乏的動物身上產生短時間的持續的抗猝倒效果［33］。經鼻給予hypocretin 1也對猝倒型發作性睡病患者的睡眠有較大改善。經鼻給藥的出現意想不到的效果的原因可能是藥物經過嗅神經進入腦內，不過研究者并沒有對CSF中的hypocretin濃度進行測量，這是一個遺憾［34］。非肽類小分子hypocretin受體激動劑（ACT-078573和GW-649868）可能給失眠以及發作性睡病帶來希望［35］。當然基因治療也是正在尋求的方式。細胞移植可能給治療帶來希望，使下丘腦有足夠的hypocretin細胞，但是從理論到實踐，能夠調控細胞產生生理效應這是一個難題［36］。

6 展 望

CD4＋T細胞和B淋巴細胞顯著減少多出現于經典的免疫系統疾病如系統性紅斑狼瘡和類風濕性關節炎中，但是尋找抗核抗體、抗雙鏈DNA抗體以及尋找類風濕因子卻沒有結果。不同于多發性硬化，發作性睡病患者中，寡克隆帶升高并不明顯。所以試圖以經典的免疫系統疾病來破解發作性睡病難以成功。目前的研究熱點包括尋找hypocretin細胞表達的蛋白，所得出的結果并不是蛛絲馬跡，而感染導致hypocretin細胞損傷的免疫機制以及超級抗原的存在也不是空穴來風，再加上TNF系統與hypocretin細胞損傷，理化因素的存在。似乎hypocretin細胞損傷并非單方面原因。至于hypocretin的替代治療，經鼻給藥機制雖然不是很明確，但療效尚可，技術日益成熟，估計將會成為目前主要的替代治療方式。

［1］Nishino S.The hypothalamic peptidergic system，hypocretin／orexin and vigilance control［J］.Neuropeptides，2007，41（3）：117-133.

［2］Ohno K，Sakurai T.Orexin neuronal circuitry：role in the regulation of sleep and wakefulness［J］.Front Neuroendocrinol，2008，29（1）：70-87.

［3］Appelbaum L，Wang GX，Maro GS，et al.Sleep-wake regulation and hypocretin-melatonin interaction in zebrafish［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2009，106（51）：21942-21947.

［4］Peterson PC，Husain AM.Pediatric narcolepsy［J］.Brain Dev，2008，30（10）：609-623.

［5］Jeong JH，Hong SC，Shin YK，et al.HLA-DQB1allele and hypocretin in Korean narcoleptics with cataplexy［J］.J Korean Med Sci，2007，22（1）：127-131.

［6］Dauvilliers Y，Baumann CR，Carlander B，et al.CSF hypocretin-1levels in narcolepsy，kleine-Levin syndrome，and other hypersomnias and neurological conditions［J］.J Neurol Neurosurg Psychiatry，2003，74（12）：1667-1673.

［7］Oka Y，Inoue Y，Kanbayashi T，et al.Narcolepsy without cataplexy：2subtypes based on CSF hypocretin-1／orexin-A findings［J］.Sleep，2006，29（11）：1439-1443.

［8］Grady SP，Nishino S，Czeisler CA，et al.Diurnal variation in CSF orexin-A in healthy male subjects［J］.Sleep，2006，29（3）：295-297.

［9］Ripley B，Overeem S，Fujiki N，et al.CSF hypocretin／orexin levels in narcolepsy and other neurological conditions［J］.Neurology，2001，57（12）：2253-2258.

［10］Buskova J，Vaneckova M，Sonka K，et al.Reduced hypothalamic gray matter in narcolepsy with cataplexy［J］.Neuro Endocrinol Lett，2006，27（6）：769-772.

［11］Thannickal TC，Moore RY，Nienhuis R，et al.Reduced number of hypocretin neurons in human narcolepsy［J］.Neuron，2000，27（3）：469-474.

［12］Fronczek R，van Geest S，Frlich M，et al.Hypocretin（orexin）loss in Alzheimer′s disease［J］.Neurobiol Aging，2012，33（8）：1642-1650.

［13］Haq IZ，Naidu Y，Reddy P，et al.Narcolepsy in Parkinson′s disease［J］.Expert Rev Neurother，2010，10（6）：879-884.

［14］Katsuki H，Akaike A.Excitotoxic degeneration of hypothalamic orexin neurons in slice culture［J］.Neurobiol Dis，2004，15（1）：61-69.

［15］Coelho FM，Pradella-Hallinan M，Alves GR，et al.A study of T CD4，CD8and B lymphocytes in narcoleptic patients［J］.Arq Neuropsiquiatr，2007，65（2）：423-427.

［16］Hallmayer J，Faraco J，Lin L，et al.Narcolepsy is strongly associated with the T-cell receptor alpha locus［J］.Nat Genet，2009，41（6）：708-711.

［17］Overeem S，Geleijns K，Garssen MP，et al.Screening for anti-ganglioside antibodies in hypocretin-deficient human narcolepsy［J］.Neurosci Lett，2003，341（1）：13-16.

［18］Black JL 3rd，Silber MH，Krahn LE，et al.Studies of humoral immunity to preprohypocretin in human leukocyte antigen DQB1＊0602-positive narcoleptic subjects with cataplexy［J］.Biol Psychiatry，2005，58（6）：504-509.

［19］Honda M，Eriksson KS，Zhang S，et al.IGFBP3colocalizes with and regulates hypocretin（orexin）［J］.PLoS ONE，2009，4（1）：e4254.

［20］Cvetkovic-Lopes V，Bayer L，Dorsaz S，et al.Elevated Tribbles homolog 2-specific antibody levels in narcolepsy patients［J］.J Clin Invest，2010，120（3）：713-719.

［21］Jackson MW，Reed JH，Smith AJ，et al.An autoantibody in narcolepsy disrupts colonic migrating motor complexes［J］.J Neurosci，2008，28（49）：13303-13309.

［22］Kanbayashi T，Shimohata T，Nakashima I，et al.Symptomatic narcolepsy in MS and NMO patients；new neurochemical and immunological implications［J］.Arch Neurol，2009，66（12）：1563-1566.

［23］Richter K，Hausmann J，Staeheli P.Interferon-gamma prevents death of bystander neurons during CD8Tcell responses in the brain［J］.Am J Pathol，2009，174（5）：1799-1807.

［24］Kornum BR，Faraco J，Mignot E.Narcolepsy with hypocretin／orexin deficiency，infections and autoimmunity of the brain［J］.Curr Opin Neurobiol，2011，21（6）：897-903.

［25］Kirvan CA，Swedo SE，Heuser JS，et al.Mimicry and autoantibody-mediated neuronal cell signaling in sydenham chorea［J］.Nat Med，2003，9（7）：914-920.

［26］Melzer N，Meuth SG，Wiendl H.CD8＋T cells and neuronal damage：direct and collateral mechanisms of cytotoxicity and impaired electrical excitability［J］.FASEB J，2009，23（1）：3659-3673.

［27］Mizuno T，Zhang G，Takeuchi H，et al.Interferon-gamma directly induces neurotoxicity through a neuron specific，calcium-permeable complex of IFN-gamma receptor and AMPA GluR1receptor［J］.FASEB J，2008，22（6）：1797-1806.

［28］Pais TF，Figueiredo C，Peixoto R，et al.Necrotic neurons enhance microglial neurotoxicity through induction of glutaminase by a MyD88-dependent pathway［J］.J Neuroinflammation，2008，5（1）：43-50.

［29］Popa C，Netea MG，van Riel PL，et al.The role of TNF-alpha in chronic inflammatory conditions，intermediary metabolism，and cardiovascular risk［J］.J Lipid Res，2007，48（4）：751-762.

［30］Berthold-Losleben M，Himmerich H.The TNF-alpha system：functional aspects in depression，narcolepsy and psychopharmacology［J］.Curr Neuropharmacol，2008，6（3）：193-202.

［31］Zhan S，Cai GQ，Zheng A，et al.Tumor necrosis factor-alpha regulates the hypocretin system via mRNA degradation and ubiquitination［J］.Biochim Biophys Acta，2011，1812（4）：565-571.

［32］Ton TG，Longstreth WT Jr，Koepsell TD.Environmental toxins and risk of narcolepsy among people with HLA DQB1＊0602［J］.Environ Res，2010，110（6）：565-570.

［33］Fujiki N，Yoshida Y，Ripley B，et al.Effects of IV and ICV hypocretin-1（orexin A）in hypocretin receptor-2 gene mutated narcoleptic dogs and IV hypocretin-1replacement therapy in a hypocretin-ligand-deficient narco-leptic dog［J］.Sleep，2003，26（8）：953-959.

［34］Baier PC，Hallschmid M，Seeck-Hirschner M，et al.Effects of intranasal hypocretin-1（orexin A）on sleep in narcolepsy with cataplexy［J］.Sleep Med，2011，12（10）：941-946.

［35］Nishino S.The hypocretin／orexin receptor：therapeutic prospective in sleep disorders［J］.Expert Opin InvestigDrugs，2007，16（11）：1785-1797.

［36］Arias-Carrión O，Murillo-Rodríguez E.Cell transplantation：a future therapy for narcolepsy［J］.CNS Neurol Disord Drug Targets，2009，8（4）：309-314.