关于癫痫共病认知障碍的生物标志物的研究进展

张 瑞, 杨 玲综述, 朱延梅审校

1 前 言

癫痫是慢性反复发作性脑功能失调综合征,是常见的神经系统疾病之一,流行病学资料显示全世界癫痫的患病人数达到7 000多万人[1],每年新发病例数为70万人。而一系列实验模型已经证明认知功能障碍为癫痫的共患病之一,如Kumar等发现在戊四唑(PTZ)诱发的癫痫大鼠100%表现出认知缺陷[2]。而在临床中癫痫患者认知障碍的患病率在30%～40%之间,具体因评估方法和评估人群的不同而不同[3]。认知障碍严重影响癫痫患者的生活质量,所以对癫痫患者认知功能障碍的早期预测和早期治疗就显得尤为重要。

2 癫痫共病认知障碍与炎症因子的关系

近几十年来,越来越多的研究开始着眼于大脑中的炎症和耐药性癫痫的相关性[4],而炎症与认知功能的相关性也逐渐被我们熟知。D′Avila等发现活化的小胶质细胞可分泌一系列炎症介质,它们通过与认知障碍相关的氧化应激和突触重塑等机制促进了组织损伤和神经毒性[5]。所以,某些炎症反应可能是癫痫和认知障碍的重叠机制。

2.1 晚期糖基化终末产物受体(the receptor of advanced glycation endproducts,RAGE) 许多证据表明RAGE的炎症性反应参与癫痫发作,并且和癫痫患者共病认知功能障碍的关系十分密切。早年Zurolo等在以癫痫为主要表现的皮质发育不良的患者中观察到了RAGE高表达[6]。陆续有研究发现RAGE配体的高表达与癫痫共患病认知障碍有关。

高迁移率族蛋白Bl(high mobility gmup box Bl,HMGBl)可通过介导RAGE受体导致记忆的损伤[7],Chen 等也通过Morris水迷宫(Morris water maze,MWM)实验证明,通过抑制小鼠海马HMGB1的上调,可减轻记忆的损伤[8]。有研究者指出调节HMGB1促进癫痫发作和导致认知障碍可能来自同一机制,即HMGB1在海马中可通过提高含有NR2B亚基的N-甲基-D-天冬氨酸受体(NR2B-NMDA受体)的磷酸化水平增加神经元的兴奋,而促进癫痫发作,而NR2B-NMDA受体可抑制α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(AMPA)受体谷氨酸受体1(GluR1)亚基在细胞表面的表达,从而抑制了突触可塑性并造成记忆力的下降[9]。

钙结合s100β(S100β)的释放可通过激活RAGE导致癫痫的发生和认知功能障碍[7,10,11],除此之外,Vezzani等还发现表达s100 β的星形胶质细胞参与了癫痫发生过程中肌醇(mIns)的改变,而小鼠海马中mIns 的水平与Morris水迷宫中所表现的记忆障碍程度呈正相关[12]。所以S100β可能通过影响mIns的水平影响了认知功能。

2.2 糖原合酶激酶3(GSK-3) GSK-3在整个大脑中普遍表达,参与细胞存活和突触重组等重要分子途径,它的上调在功能和结构上都会损害突触的可塑性,尤其可以导致海马中长程记忆(LTP)相关的突触损伤[13]。Engel在癫痫持续状态小鼠模型中发现海马中的GSK-3的过表达和活性增加,而GSK-3β的过表达也会加剧海马损伤和神经变性,有趣的是未受损海马区域中 GSK-3 活性明显降低[14]。

2.3 基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9) MMP-9是神经炎性因子的调节剂,癫痫的发生与它的增加有关,在啮齿动物癫痫模型中,MMP2/9的抑制剂IPR-179表现出抗癫痫作用,并减轻了癫痫发作引起的认知功能下降[15]。在临床实验中,有研究者发现MMP-9的表达与癫痫患者的认知水平紧密相关。Huang等发现癫痫患者外周血中MMP-9的表达水平显著升高,并与简易精神状态评价量表(MMSE)评分呈负相关[16]。而Pan等则发现联合应用托吡酯(TPM)和左乙拉西坦(LEV)组的患者的血清白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素6(IL-6)和MMP-9水平相比于单独应用TPM组的患者明显降低。并且IL-6、IL-1β 和 MMP-9水平与全面智商(full-scale intelligence quotient,FIQ)和虚拟抑制商数(virtual inhibitory quotient,VIQ)呈负相关[17]。所以调节炎症因子是否可以挽救癫痫患者认知功能值得我们的进一步研究。

3 癫痫共病认知障碍中的氧化应激反应

氧化应激(oxidative stress,OS)被认为是耐药性癫痫的病理生理机制,Lorigados Pedre等在耐药性癫痫的患者中发现丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和硝基酪氨酸(3-NT)等氧化应激指标的增高,而MDA的表达与癫痫发作时的年龄之间存在负相关关系;3-NT的表达与癫痫发作频率呈正相关[18]。而有些研究者已证实某些氧化应激指标与癫痫共病认知障碍密切相关。Mishra、Mohseni-Moghaddam等研究者发现在小鼠癫痫模型中,通过降低MDA水平减弱脂质过氧化,并通过提高SOD和谷胱甘肽(GSH)水平可加强抗氧化机制,并减少了癫痫发作的持续时间和改善了认知障碍[19,20]。

目前已有研究者在动物模型中运用抗氧化剂,成功抑制了认知缺陷、降低了癫痫持续状态所导致的死亡率,并提供神经保护作用[21]。近来,Pauletti等研究者在癫痫持续状态小鼠模型中发现,N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine)和萝卜硫素(sulforaphane)的组合可增加GSH的表达,降低HMGB1的水平,有效的抑制了氧化应激反应,2到5个月内显著降低了癫痫发作的频率,还减少了海马神经元损失并挽救了认知缺陷[22]。另有Alachkar等在戊四唑(PTZ)诱导的癫痫大鼠模型中研究了组胺 H3 受体(H3R)拮抗剂 E177对氧化应激水平和认知障碍的影响,发现其降低了海马体中乙酰胆碱(ACh)和MDA的水平,并增加了GSH水平,减轻了海马氧化应激反应[23],所以使用抗氧化剂靶向抑制氧化应激反应可视为对癫痫患者认知障碍的一种干预手段。

4 易感基因对癫痫共病认知功能的影响

临床上相同病程和发作频率,或者其他临床特征差别较小的癫痫患者有些表现出认知障碍,有些认知功能并无异常,所以研究者们逐渐关注到了遗传层面对癫痫合并认知障碍的影响。Bando等用颞叶内侧癫痫患者切除的海马样本进行了加权基因共表达网络分析(WGCNA),发现PIK3C3、DCP1B等基因在合并执行功能障碍(SEFI)的癫痫患者低表达,PIK3C3在中枢神经系统神经元稳态和海马神经元轴突生长中都至关重要,而DCP1B则是一种通过与 miR-138-5p 相互作用而调节人类记忆能力的潜在调节剂[24]。相反,UQCRB等基因在SEFI患者中高表达,而UQCRB则和氧化磷酸化,一种导致海马硬化的关键反应有关[24,25]。Bando等还发现基因 ASNSD1在合并严重的记忆障碍(SMI)的癫痫患者中表达降低,而ASNSD1参与天冬酰胺的生物合成,而天冬酰胺合成对大脑发育至关重要,它的缺乏与学习和记忆缺陷有关[24]。

除此之外,癫痫患者的遗传多态性与认知障碍也有一定的相关性,携带特殊的基因型可增加癫痫患者认知障碍的易感性。Arend等探究了癫痫患者Ala16ValMnSOD多态性与认知功能的关系,发现缬氨酸-缬氨酸(VV基因型)的患者表达了更高水平的肿瘤坏死因子α(TNF-α),白介素1β(IL-1β)和白介素6(IL-6),并且在评估认知功能的神经心理测验中得分较低[26]。而Sidhu等发现在颞叶内侧癫痫(mTLE)的患者中,脑源性神经营养因子(BDNF)Met等位基因携带者存在记忆障碍[27]。Doherty等则发现BDNF Met和儿茶酚-O-甲基转移酶(COMT) Val携带者在不同方面的言语流畅性测试中相对于非携带者表现较差[28]。所以,基因筛查对于癫痫患者的认知水平的预测有着一定的临床意义。

5 其他生物标志物在癫痫共病认知障碍中的作用

5.1 胰高血糖素样肽-1/胰高血糖素样肽-1 受体(GLP-1/GLP-1R) GLP-1R起源于肠道L细胞,可促进细胞生长并减少细胞凋亡,对各种神经退行性损伤都具有保护作用,早年有研究者During等发现GLP-1R 缺陷小鼠癫痫的发作频率增加,突触可塑性受损并表现出认知功能障碍[29]。Safar等也在癫痫大鼠模型中证实,通过激活GLP-1而增强GLP-1/GLP-1R信号传导可减轻大鼠海马组织学损伤[30]。

GLP-1R的激活还可以通过减少氧化应激反应改善认知功能。de Souza等研究者在癫痫小鼠模型中研究了利拉鲁肽(LIRA),一种GLP-1受体激动剂,单独或与LEV联合应用对认知的影响,发现LEV联合LIRA降低了小鼠海马和前额皮质中的亚硝酸盐水平和脂质过氧化,同时它增加了海马中BDNF和GSH水平,减少了认知障碍的发生[31]。

5.2 脑源性神经营养因子(BDNF) 脑源性神经营养因子(BDNF)是一种具有神经营养作用的蛋白质,通过蛋白激酶A(PKA)可将环AMP反应元件结合蛋白(CREB)磷酸化激活,进而促进BDNF的表达,减少海马神经元的损伤,挽救了癫痫大鼠的认知障碍[32,33]。

然而有些研究者发现BDNF的过度表达可造成记忆的损伤,Cunha等的研究表明中枢神经系统(CNS) 中的慢性 BDNF过度表达会导致学习能力的下降和短期记忆障碍[34]。另有研究者Safar等在癫痫小鼠模型中发现GSK-3β可以促进海马 MMP-9 的升高,而这与BDNF的升高有关,西他列汀(SITA)可以通过降低GSK-3β从而减少BDNF的过量表达,减少小鼠癫痫发作和挽救记忆障碍[30]。

5.3 脂肪因子 通过花生四烯酸或必需脂肪酸激活脂氧酶(LOXs)而产生的某些促溶解脂类如脂氧素类可激活免疫细胞中的G蛋白偶联受体,进而发挥控制炎症反应的作用[35,36]。而Frigerio等发现在癫痫发生过程中,LOXs的激活和促溶解受体的诱导作用要慢于TNF-α等介导的炎症作用,海马中的促溶解介质也处于功能失调的状态,而通过药物干预促进这种促溶解反应后,小鼠的神经炎症有所减少,而认知缺陷也有所改善[37]。除此之外,也有研究报道了其他脂肪因子与癫痫的关系。Lee等发现脂联素缺乏的小鼠出现脂肪堆积增加,葡萄糖耐量降低,癫痫发作严重程度增加,并且海马出现病理改变[38]。

6 小结和展望

认知功能障碍是癫痫常见的共患病之一,目前对癫痫患者认知功能的管理,主要包括控制癫痫的发作、选择对认知影响小的抗癫痫药物(AEDs)、以及对已有认知障碍的癫痫患者给予改善认知功能的药物。但是,我们缺少对癫痫患者认知障碍的针对性治疗。

本文列举了和癫痫共患病认知障碍相关的生物标志物,包括炎症因子、氧化应激指标、易感基因、某些激素、脂肪因子和神经营养因子等。并且已有不少研究者在动物实验中,通过调控某些炎症因子和氧化应激指标成功的改善了癫痫大鼠的认知功能。这给我们提供了改善癫痫患者认知的潜在治疗靶点,为癫痫合并认知障碍的诊疗提供了新的可能。

除此之外,在其中筛选灵敏度和特异度合适的生物标志物可以为我们提供早期预测癫痫患者认知功能的指标,本文还尤其强调了遗传层面对认知功能的影响,指出某些基因和特殊基因型与癫痫共患病认知障碍有关,这提示了我们针对不同的患者应该施行不同的管理,对于易感基因表达高或携带危险基因型的患者,应该做到早发现,早干预。随着医学和社会的不断发展,对于癫痫的治疗也从单纯的控制发作到认知恢复和改善生活质量,而本文所强调的针对生物标志物的筛选和干预也为改善癫痫患者的预后提供了新的思路。