癲癇發作與晝夜節律變化相關研究進展

楊皓翔，羨 彤，褚 旭，張彥可綜述，孔慶霞審校

癲癇是腦部神經元高度異常同步化放電引起急性、反復性、陣發性大腦功能紊亂的慢性疾病，發病率高、難以預測，是神經科常見急癥，嚴重影響患者生活質量。晝夜節律是調節機體行為、理化環境與外周環境相適應的24 h模式。已有研究報道：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)與時鐘基因BMAL1等相互作用，這是癲癇發作和晝夜節律紊亂的分子基礎；癲癇發作存在時間分布特點；癇樣發作后激素出現節律變化；監測技術的進步能更精準預測癇樣發作的情況。癲癇發作有晝夜節律性，晝夜節律也受癲癇的影響，二者相互作用可能會惡性循環。本文對以往的研究進行回顧總結、系統闡述，淺析二者之間相互關系，對晝夜節律與癲癇發作的時間分布、預測、生物鐘治療等歸納特點、綜合分析，為癲癇治療尋找新的靶點，提供臨床精準診治。

1 晝夜節律的基礎和調節

晝夜節律變化的基礎依賴于時鐘基因分子機制和睡眠覺醒周期的調節。分子層面的基礎是轉錄翻譯反饋環，由時鐘基因CLOCK、BMAL1、ARNTL等和它們編碼的蛋白共同構成[1]，這些基因突變會改變機體生物鐘影響睡眠結構和睡眠時間，多數細胞中存在這種分子機制和晝夜節律[2]。視網膜感受光線變化傳遞給視交叉上核團，進一步控制神經元活動和肽釋放，引起激素晝夜節律變化，調節機體和外周環境實現最佳同步[3]，在睡眠覺醒周期中產生24 h變化。清醒驅動力在一天中呈遞增現象，晚上達到峰值，睡眠驅動力在清晨出現峰值，即核心體溫最低的時候[4]。大腦通過增加睡眠強度來補償睡眠損失，這是睡眠覺醒的均衡基礎，睡眠傾向在清醒期會升高，在睡眠期會減弱[4]。睡眠傾向和清醒-睡眠驅動力，這兩個相反的過程相互作用，調節內源性晝夜節律變化、睡眠覺醒周期穩態和皮質的興奮性，癲癇發作頻率在這種睡眠周期變化中呈現高低不同趨勢。綜上所述，分子機制、內分泌系統、睡眠覺醒周期協同調節晝夜節律有序變化，若發生改變會導致晝夜節律紊亂。

2 癲癇發作與晝夜節律的分子機制

兩種主要分子機制調節晝夜節律和癲癇發作，一種是時鐘基因直接參與調節，一種是mTOR通路介導調節，生理情況下時鐘基因轉錄和翻譯合成蛋白的過程受mTOR的調控(見圖1)。Li P等[5]報道局灶性皮質發育不良(focal cortical dysplasia，FCD)和結節性硬化癥(tuberous sclerosis complex，TSC)腦組織標本中時鐘基因顯著減少。在小鼠模型中，基因CLOCK缺失引起睡眠相關癲癇發作，敲除基因CLOCK直接導致癲癇發作，而不是視交叉上核介導的連鎖變化，BMAL1-CLOCK復合體表達降低，其抑制基因PER和CRY表達也降低[5]。樹突棘減少和興奮性錐體細胞電生理改變伴隨著CLOCK的缺失，致使陣發性去極化改變。Gerstner等[6]報道，基因BMAL1直接參與癲癇發生，編碼CLOCK分子伴侶形成BMAL1-CLOCK復合體，敲除BMAL1會降低內源性晝夜節律改變。時鐘基因DBP、TEF、HLF是BMAL1-CLOCK復合體的下游基因，敲除這三種基因后小鼠發生睡眠相關癲癇[6]。因此，時鐘基因復合體BMAL1-CLOCK功能降低可能誘發癲癇，同時導致下游轉錄因子的數量減少。

mTOR受晝夜節律系統的反饋調節，與癲癇等多種神經疾病有關。抑制基因TSC1/2突變后mTOR通路激活，引起TSC相關癲癇發作，mTOR抑制劑為患者提供新的治療靶點[7]。生理情況GATOR與mTOR結合產生抑制作用，GATOR復合體突變后使mTOR通路激活，引起夜間額葉癲癇，病理生理情況下基因DEPDC5、NPRL2、NPRL3突變與FCD相關癲癇有關，同時引起晝夜節律紊亂[8]。Lipton等[9]報道，mTOR與晝夜節律系統相互作用，mTOR的關鍵翻譯因子S6K1參與調節蛋白合成，進一步調控時鐘基因CLOCK的周期和節律，S6K1激酶磷酸化激活基因BMAL1，對翻譯合成蛋白至關重要。綜上所述，激活mTOR通路會改變時鐘基因BMAL1-CLOCK復合體及下游轉錄因子的功能，從而導致癲癇發作和晝夜節律變化。

轉錄因子BMAL1-CLOCK與位點E-box結合后調節一系列時鐘基因的轉錄：①調控基因PER和CRY編碼阻遏蛋白，阻遏蛋白CRY和PER反饋抑制BMAL1-CLOCK復合體；②調控時鐘基因DBP、HLF、TEF的轉錄。時鐘基因在蛋白合成過程受mTOR磷酸化影響，GATOR1是mTOR上游的復合體，生理情況下抑制mTOR，防止BMAL1-CLOCK復合體過度磷酸化激活。

3 癲癇發作的時間分布與激素分泌變化

3.1 癲癇發作的時間分布 癲癇發作不同情況的時間分布特點不同，與睡眠覺醒周期相關。閉環植入式神經刺激器系統能監測神經元活動，記錄癲癇發作的時間分布[10，11]。癲癇發作時間段主要與內源性晝夜節律關系密切。額葉癲癇主要發生在睡眠期間，白天黑夜均會出現，全面性癲癇發作主要發生在清醒期和白天[12]。顳葉癲癇大多發生在清醒狀態，內側顳葉癲癇發作呈雙峰分布，第一次高峰在傍晚，第二次高峰在次日清晨[13]。枕葉、頂葉癲癇發作晝夜分布的研究較少，枕葉癲癇多在白天清醒發作，頂葉癲癇發作尚無明確節律分布。遺傳性癲癇、睡眠相關運動性癲癇與發作起始區位置無關，多在非快速眼動睡眠時期發作[14]。癲癇猝死多發生在清晨或夜間[15]，除環境因素外其機制可能與5-羥色胺、腺苷、去甲腎上腺素有關。癲癇發作時間分布特點(見表1)。

間期癲癇樣放電(interictal epileptiform discharges IEDs)與發作起始區位置無關，在夜間達到峰值[16]，在快速眼動睡眠期IED可能起源于癲癇灶半球[17]。IED從間期到發作的轉變受到晝夜節律調控[16]。癲癇發作的日間模式也受癲癇類型、發作部位、年齡等因素的影響[18，19]。腦電地形圖分析顯示：額區慢波斜率在非快速眼動睡眠期下降最為突出，慢波斜率的晝夜節律變化在中央和枕區更為明顯[20]。晝夜節律調節睡眠結構和時長、皮質興奮性等，剝奪睡眠后癲癇發作概率升高，興奮抑制失衡，皮質興奮增加[21]。綜上所述，癲癇灶位置不同、發作類型不同、癲癇原因不同，其發作時間段分布差異明顯。

3.2 癲癇發作與激素分泌節律變化 內分泌系統節律變化與癲癇發作概率存在相關性，如皮質醇、褪黑素、催乳素、5-羥色胺、腺苷等。頂葉癲癇發作概率在0點至16點與皮質醇節律變化相似，但16點至22點發作概率再次升高；枕葉癲癇發作概率在0點至12點與皮質醇節律變化相似，但16點至18點發作概率最大；額葉、顳葉發作概率與皮質醇變化無明顯線性關系[22]。癇樣發作后催乳素升高，全面強直陣攣性發作后生長激素升高，熱性驚厥患者褪黑素在非發作期偏低，發作時急劇升高[23]。腺苷可以使神經元興奮性與抑制性達到平衡終止癲癇發作，5-羥色胺對難治性顳葉癲癇發作有抗驚厥作用[24]。癲癇發作與激素節律和濃度變化特點(見表1)。

圖1 時鐘基因轉錄翻譯合成蛋白模式圖

癲癇發作不同情況激素濃度和節律變化時間分布頂葉癲癇枕葉癲癇額葉癲癇顳葉癲癇癲癇樣發作后全面強直陣攣發作熱性驚厥IEDs癲癇猝死0點至16點與皮質醇節律相似0點至12點與皮質醇節律相似與皮質醇節律變化無明顯關系與皮質醇節律變化無明顯關系催乳素升高生長激素升高褪黑素急劇升高-可能與5-羥色胺、腺苷等有關-白天或清醒期,傍晚峰值主要在睡眠期清醒期,內側顳葉呈雙峰分布-主要在清醒期和白天-多在夜間達到峰值多在清晨或夜間發生

4 癲癇發作預測與生物鐘治療

影響癲癇患者生活質量的主要因素是發作的難以預測性[25]，根據癲癇類型、長程視頻腦電圖記錄等可以預測癲癇發作[18]，但對于發作頻繁患者來說幫助欠佳，不足以讓他們調整生活方式和用藥時間。顱內電極有助于局灶性癲癇發作預測[26]，但顱內電極尚未普及，因此新研發可穿戴等無創設備監測發作也許是未來的方向[27]。皮下電極的研發，為更多癲癇人群提供有創性較小的檢測方法。生物鐘療法需要掌握最佳用藥時間和劑量，控制癲癇發作兼顧改善睡眠[28]。在癲癇發作頻繁期間給藥是最佳時間，根據睡眠覺醒周期、晝夜節律和歷史記錄等找到高發作頻率段，給予大劑量抗癲癇藥物。因此，有效的預測癲癇發作是生物鐘治療的基礎。

腦電記錄分析能評估癲癇興奮性[26]，一些治療方法基于這些歷史記錄：聯合使用緩釋劑和速效劑，使用閉環藥物泵，通過刺激或光遺傳學調節受體等[29]。褪黑素能控制癲癇發作，但不能降低發作頻率[6]。光治療可以改善局灶性癲癇發作，但對其他類型會誘發癲癇[30]。抗癲癇藥物吸收和清除受到個體因素影響，不同機體血藥濃度不同。藥物與時鐘基因產生相互作用，丙戊酸鈉會破壞晝夜節律因子的轉錄能力[31]。抗癲癇藥物引起的日間嗜睡，白天停藥或更換藥物，晚上高劑量給藥控制效果顯著[32]。夜間高發患者，給藥方案調整為晚上高劑量用藥，治療效果理想[33]。靶向藥、短效藥通過系統或者局部泵入可以減少副作用。綜上所述，生物鐘療法需要掌握癲癇發作的時間分布和激素變化規律，制定個體化的給藥時間和給藥途徑，需要依據患者具體情況精準治療。

5 總結與展望

癲癇發作與晝夜節律關系的研究，目前取得較大進展但仍有局限性。現階段研究多為臨床研究，大多數監測需要在醫院完善，家庭中不能普及開展。對癲癇發作有效預測至關重要，可以提高風險評估和生物鐘治療，調整給藥時間、給藥途徑減少藥物副作用，因此研發更方便的監測設備是未來一個探究方向。時鐘基因BMAL1-CLOCK復合體與mTOR通路相互作用誘發癲癇、導致晝夜節律紊亂，這可以指導未來基因治療。不同類型癲癇發作的時間分布不同、激素變化不同，這可以指導生物鐘用藥。進一步探究激素分泌與癲癇關系的分子機制，可以從內分泌角度尋找控制癲癇發作的新思路。晝夜節律系統是一個復雜的整合系統，從這個角度研究癲癇發作有廣闊前景，尤其是精準預測癲癇發作(未病先防)，可以極大改善患者生活質量。研究晝夜節律變化與癲癇發作之間的關系，能更好地理解癲癇發作的機制，對癲癇預防和治療有重要的意義。