新生兒癲癇的發(fā)生機制及對發(fā)育腦的影響☆

馬磊 江文 史明 楊方

新生兒癲癇的發(fā)生機制及對發(fā)育腦的影響☆

馬磊*江文*史明*楊方*

癲癇 新生兒 易感性 腦發(fā)育

癲癇的特點是持續(xù)存在能產(chǎn)生癲癇發(fā)作的腦部持久性改變，并出現(xiàn)相應(yīng)的神經(jīng)生物學(xué)、認(rèn)知、心理學(xué)以及社會學(xué)等方面的后果。新生期一般指出生后1個月內(nèi)，是癲癇發(fā)作的高峰期，患病率約為1.8‰～3.5‰，在產(chǎn)科重癥監(jiān)護(hù)單元的發(fā)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(jīng)系統(tǒng)感染、先天性發(fā)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(jìn)程及患者的預(yù)后［2］。發(fā)育腦的細(xì)胞組成、環(huán)路聯(lián)系及功能與成年腦迥然不同，本文對新生兒癲癇的發(fā)生機制及其対發(fā)育腦的影響作以綜述。

1 發(fā)育腦興奮性增高導(dǎo)致癲癇的易感性增高

在新生期和生后數(shù)年內(nèi)，興奮性在大腦皮層及邊緣系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位，神經(jīng)的興奮性活動促進(jìn)突觸發(fā)生等腦發(fā)育進(jìn)程。興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的受體及轉(zhuǎn)運體表達(dá)水平較高，而抑制性神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育相對不完善。對神經(jīng)興奮性具有調(diào)節(jié)作用的電壓門控離子通道在發(fā)育期的表達(dá)及功能也不同于成年期。新生兒對癲癇發(fā)作的易感性較高可能是以上諸多因素的協(xié)同作用。

1.1 興奮性神經(jīng)遞質(zhì) 谷氨酸是最重要的興奮性氨基酸和神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸受體的表達(dá)均受到發(fā)育進(jìn)程的調(diào) 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(dāng)GluR 2亞基表達(dá)相對較低時AMPAR具有鈣離子通透性。發(fā)育腦(尤其是皮層神經(jīng)元)中NMDAR 2B、NMDAR 2D、NMDAR 3A亞基的表達(dá)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(dǎo)的鈣離子內(nèi)流，增強AMPAR介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流，引起膜電位的去極化效應(yīng)并降低癲癇發(fā)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(dǎo)的興奮性效應(yīng)明顯增強的同時，成熟腦中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)在出生前和出生后發(fā)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(yīng)是由于發(fā)育期氯離子協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)模式與成年期不同所致。氯離子協(xié)同轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運蛋白，神經(jīng)系統(tǒng)主要表達(dá)向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運氯離子的Na-K-Cl協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白(Na+-K+-2Cl－cotransporter，NKCC 1)和向胞外轉(zhuǎn)運氯離子的K-Cl協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白(K+-Cl－cotransporter，KCC 2)。NKCC 1 和KCC 2 表達(dá)及功能的相對平衡對GABA能神經(jīng)元維持正常興奮性具有重要作用。神經(jīng)系統(tǒng)氯離子協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)水平在發(fā)育期發(fā)生了顯著的變化，即NKCC 1的表達(dá)水平逐漸降低，而KCC 2的表達(dá)逐漸增高［6］。NKCC 1/KCC 2表達(dá)模式的變化是新生期和成年期GABA受體功能差異的基礎(chǔ)。一方面，發(fā)育腦內(nèi)NKCC 1表達(dá)水平明顯高于KCC 2，導(dǎo)致胞內(nèi)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(dá)水平較高，因而胞內(nèi)氯離子濃度較低，GABA受體激活后氯離子順濃度梯度內(nèi)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(nèi)氯離子濃度這一機制，使GABA對新生大鼠皮層神經(jīng)元的癲癇樣放電起到抑制作用［6］。在低鎂誘發(fā)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(jié)果，美國FDA已經(jīng)批準(zhǔn)布美他尼治療新生兒癲癇的臨床試驗［8］。

1.3 離子通道 發(fā)育腦某些電壓門控離子通道的表達(dá)及功能也不同于成年腦。新生鼠丘腦神經(jīng)元的遞質(zhì)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(fā)育的逐漸成熟，這一功能轉(zhuǎn)變?yōu)閮H依賴P/Q型電壓門控鈣離子通道［9］。超極化激活的環(huán)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(fā)育腦中，HCN1表達(dá)水平較低，隨年齡增長其表達(dá)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(fā)育進(jìn)程調(diào)控的離子通道可能成為新生兒癲癇的治療靶點。

2 癲癇發(fā)作對發(fā)育腦的近期和遠(yuǎn)期影響

反復(fù)的癲癇發(fā)作能夠引起腦內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的持久性改變，最初的腦部病理損傷發(fā)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(xiàn)以自發(fā)性癲癇發(fā)作及發(fā)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(dāng)于足月新生兒，出生12～18 d的大鼠相當(dāng)于嬰幼兒期。対發(fā)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(jié)果的解釋必須考慮以上因素的影響［11］。此外，關(guān)于癲癇發(fā)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(fā)育腦的研究資料尚顯匱乏。

2.1 急性期 癲癇發(fā)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(fā)作后數(shù)分鐘至數(shù)天內(nèi)為急性期，主要出現(xiàn)即刻早期基因(immediate early genes，IEGs)激活、神經(jīng)遞質(zhì)受體等蛋白的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)、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(fā)作后可以被激活［4］。IEGs激活是由反復(fù)高強度的突觸活動引起的去極化及NMDA受體的開放所介導(dǎo)的，鈣內(nèi)流可以激活蛋白激酶的級聯(lián)反應(yīng)并引起轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化。激活的IEGs能夠通過其效應(yīng)分子調(diào)節(jié)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(jīng)遞質(zhì)受體群集化以增加突觸傳遞的效率。新生期癲癇發(fā)作后神經(jīng)鈣蛋白的激活可以引起神經(jīng)元GABAA受體內(nèi)吞，降低抑制性突觸后電位的頻率及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的抑制性，并引起離子通道和受體的功能變化［12］。神經(jīng)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(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)攝取作用和去極化的延長［13］。

2.2 亞急性期 在癲癇發(fā)作后數(shù)小時至數(shù)周內(nèi)的亞急性階段，出現(xiàn)神經(jīng)元死亡和細(xì)胞因子激活的炎性變化等損傷因素，但某些神經(jīng)保護(hù)機制也同時存在。成年動物在癲癇持續(xù)狀態(tài)后往往出現(xiàn)海馬CA3區(qū)進(jìn)行性神經(jīng)元丟失，這可能引起神經(jīng)環(huán)路中興奮和抑制的平衡狀態(tài)的改變，是癲癇形成的重要機制之一［3］。然而，新生期癲癇發(fā)作后普遍缺乏神經(jīng)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(jié)構(gòu)中神經(jīng)元的明顯死亡［11］。位于皮層深部的底板(subplate)神經(jīng)元是發(fā)育腦中對癲癇發(fā)作較為敏感的一群神經(jīng)元，與皮層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育及成熟關(guān)系密切。底板神經(jīng)元具有較多的NMDA和AMPA受體，且缺乏氧化應(yīng)激保護(hù)機制，因此在癲癇發(fā)作后容易死亡并引起抑制性環(huán)路發(fā)育異常［14］。癲癇發(fā)作后炎性細(xì)胞因子(IL-1、2、6，腫瘤壞死因子，巨噬細(xì)胞集落刺激因子等)水平明顯增高。小膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育期突觸調(diào)節(jié)和清除中發(fā)揮了重要的作用，新生期癲癇發(fā)作后小膠質(zhì)細(xì)胞的激活可能對突觸發(fā)育也具有一定的影響。在成年動物的研究中發(fā)現(xiàn)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活可以在癲癇持續(xù)狀態(tài)后對神經(jīng)元起保護(hù)作用［15］。發(fā)育期腦內(nèi)神經(jīng)營養(yǎng)因子及其受體的表達(dá)極為豐富，新生期癲癇發(fā)作可以進(jìn)一步增加神經(jīng)營養(yǎng)因子(如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子)的表達(dá)。受腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子調(diào)節(jié)的TrkB信號通路的激活可能在神經(jīng)損傷后發(fā)揮重要的保護(hù)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(shù)周至數(shù)月發(fā)生，主要為苔蘚纖維發(fā)芽、神經(jīng)發(fā)生、膠質(zhì)細(xì)胞增生和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建等結(jié)構(gòu)功能變化。對成年慢性癲癇患者及動物的研究發(fā)現(xiàn)，齒狀回顆粒細(xì)胞發(fā)出異常側(cè)枝至內(nèi)分子層，形成了顆粒細(xì)胞間的單突觸聯(lián)系及癲癇灶的正反饋環(huán)路。而新生期癲癇發(fā)作卻引起另一種形式的發(fā)芽，即苔蘚纖維突觸末端終結(jié)在CA3區(qū)及起始層的基底樹突［3］。在大鼠出生后第3周，顆粒層細(xì)胞間的連接才完全形成，這可能是新生期癲癇發(fā)作后獨特的發(fā)芽形式的生理基礎(chǔ)。癲癇發(fā)作對神經(jīng)發(fā)生的影響與研究模型有關(guān)，但一般而言，新生期癲癇發(fā)作可以促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生［17］，新生神經(jīng)元可能以異常的方式整合進(jìn)入處于不斷發(fā)育和改建中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。新生期癲癇發(fā)作后膠質(zhì)細(xì)胞增生并沒有成年期明顯，星型膠質(zhì)細(xì)胞的谷氨酸轉(zhuǎn)運體的表達(dá)受發(fā)育進(jìn)程的調(diào)控［18］。以上細(xì)胞、組織結(jié)構(gòu)的變化對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響，并可能促進(jìn)癲癇發(fā)生。

新生兒癲癇患者在成年期出現(xiàn)癲癇發(fā)作、智能障礙和行為問題的比率高于普通人群［19］。由于發(fā)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(rèn)為新生兒癲癇并不會明顯損害神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，新生兒癲癇的種種遠(yuǎn)期危害可能主要反映了引起癲癇發(fā)作的原發(fā)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(fā)作可以通過干擾發(fā)育腦的發(fā)育進(jìn)程引起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的異常改變［11，20］。Cornejo等［21］應(yīng)用新生大鼠海人藻酸模型模擬新生兒一連串反復(fù)而不持續(xù)的癲癇發(fā)作，在成年期發(fā)現(xiàn)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(guān)。新生期是神經(jīng)發(fā)生、遷移、神經(jīng)突起生長、突觸發(fā)生的重要時期，癲癇發(fā)作本身很可能會引起神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙并由此導(dǎo)致遠(yuǎn)期危害。

發(fā)育腦對癲癇發(fā)作和癲癇持續(xù)狀態(tài)具有高度的易感性，卻對癲癇發(fā)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(fā)作往往伴有神經(jīng)元死亡、苔狀纖維發(fā)芽等腦結(jié)構(gòu)變化，神經(jīng)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(dá)改變、細(xì)胞因子激活、氧化應(yīng)激等因素有關(guān)［19］。新生期癲癇發(fā)作很少出現(xiàn)神經(jīng)元丟失，苔狀纖維發(fā)芽形式也不同于成年動物。推測發(fā)育腦對癲癇發(fā)作的耐受性機制可能包括線粒體氧化應(yīng)激缺失、膠質(zhì)細(xì)胞激活和細(xì)胞因子釋放的缺失、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的水平較高等因素［4］。

癲癇發(fā)生是由一系列順序發(fā)生的分子細(xì)胞改變引起的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重組所引起的，新生期癲癇發(fā)作對腦發(fā)育的影響不容忽視?？拱d癇治療的目的不只是控制癲癇發(fā)作，更重要的是改變疾病的自然進(jìn)程并最大限度的改善患者的遠(yuǎn)期預(yù)后。選擇癲癇發(fā)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(yù)靶點，將有可能促進(jìn)新生兒癲癇的治療革新。

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

* 第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科(西安 710032)

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R742.1 (

2010－09－24)

A (責(zé)任編輯:李 立)

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