mTOR 信號(hào)通路在癲癇發(fā)生中的作用

曾玲暉，丁美萍

(1.浙江大學(xué)城市學(xué)院醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310015;2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院，浙江 杭州 310009)

癲癇是由各種原因引起的腦細(xì)胞群異常放電所致腦功能障礙綜合征，是神經(jīng)系統(tǒng)的常見疾病，發(fā)病率約為1%，僅次于腦卒中。反復(fù)的癲癇發(fā)作嚴(yán)重影響患者的生活和心理狀態(tài)，甚至損害認(rèn)知功能。目前癲癇的藥物治療均為對(duì)癥治療(anti-seizure)，患者通常需要長(zhǎng)期服用，導(dǎo)致明顯毒副作用的發(fā)生，如影響消化和造血系統(tǒng)功能，甚至出現(xiàn)認(rèn)知功能減退、內(nèi)分泌紊亂和情緒改變。而且，這些藥物不能糾正癲癇的腦部各種病理改變［1-4］。因此，明確癲癇發(fā)生的上游信號(hào)通路，是研發(fā)新型抗癲癇藥物的重要途徑。

mTOR 信號(hào)通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖和蛋白質(zhì)合成的重要信號(hào)通路。在神經(jīng)系統(tǒng)，mTOR 信號(hào)通路調(diào)節(jié)神經(jīng)元發(fā)育和突觸可塑性，并參與氧化應(yīng)激與自噬的調(diào)控。近年的研究發(fā)現(xiàn)除結(jié)節(jié)性硬化綜合征(TSC)外，局灶性皮質(zhì)發(fā)育異常、膠質(zhì)細(xì)胞瘤和大腦半球增生癥等幾種疾病中，均發(fā)現(xiàn)有mTOR 信號(hào)通路的激活，而這幾種疾病均與癲癇的形成高度相關(guān)，提示mTOR 信號(hào)通路在癲癇發(fā)生中起重要作用［5-8］。我們將從中樞神經(jīng)系統(tǒng)mTOR 信號(hào)通路的生理功能開始，著重介紹mTOR 信號(hào)通路在各種遺傳性疾病伴發(fā)的癲癇和后天獲得性癲癇疾病動(dòng)物模型的研究進(jìn)展，以期推進(jìn)mTOR抑制劑在癲癇治療上的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中mTOR 信號(hào)通路的生理功能

mTOR 信號(hào)通路參與機(jī)體許多生理功能的調(diào)節(jié)。該信號(hào)通路中的關(guān)鍵分子是mTOR 激酶，是分子量為289 kD 的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，在應(yīng)對(duì)生長(zhǎng)因子、有絲分裂原、激素等過程中，通過磷酸化作用發(fā)生激活［9-10］。mTOR與其他蛋白以復(fù)合物的形式組成mTOR 復(fù)合物1 (mTORC1)和復(fù)合物2 (mTORC2)。mTORC1 包含mTOR、調(diào)節(jié)蛋白R(shí)aptor 和其他結(jié)合蛋白，是抑制劑雷帕霉素的主要作用靶點(diǎn)，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和蛋白質(zhì)合成的功能主要與mTORC1 有關(guān)。而mTORC2 由mTOR、調(diào)節(jié)蛋白R(shí)ictor 和其他結(jié)合蛋白所組成，對(duì)雷帕霉素相對(duì)不敏感。mTORC2 的主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架組織，也參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的存活和細(xì)胞周期進(jìn)程。各種上游信號(hào)如PI3K、Akt 和AMPK，可以調(diào)節(jié)mTORC1 的活性，在營(yíng)養(yǎng)、能量狀態(tài)以及生長(zhǎng)因子的刺激下，PI3K 和Akt 被激活，抑制了TSC1/C2 復(fù)合物活性，解除了該復(fù)合物對(duì)mTOR 的抑制，從而激活mTOR 以及下游的S6K 激酶，使核糖體蛋白S6 磷酸化，最終導(dǎo)致一系列效應(yīng)，包括蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞增殖分化(圖1)。

圖1 mTOR 信號(hào)通路的調(diào)控示意圖Fig.1 Schematic diagram of regulation of mTOR signaling pathway

mTOR 信號(hào)通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)起重要作用。首先，mTOR 在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中起中心作用。mTOR 調(diào)控發(fā)育不同時(shí)期蛋白質(zhì)的表達(dá)以及神經(jīng)元生存和分化，在軸突生長(zhǎng)和定向以及突觸形成中起關(guān)鍵作用［11-13］。其次，在成年后的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，mTOR 通過調(diào)節(jié)突觸可塑性在學(xué)習(xí)記憶中起重要作用［14-15］。另外，通過調(diào)節(jié)離子通道和神經(jīng)遞質(zhì)受體的表達(dá)，mTOR還可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性［16-17］。

2 mTOR 信號(hào)通路在遺傳性疾病伴發(fā)癲癇發(fā)生中的作用

10 余年前有關(guān)結(jié)節(jié)性硬化病基因參與mTOR 信號(hào)通路調(diào)控的研究，將mTOR 信號(hào)通路與癲癇緊密聯(lián)系在了一起［3-4］。結(jié)節(jié)性硬化綜合征(TSC)是Tsc1 或Tsc2 突變所致的常染色體顯性遺傳性疾病，患者的主要特征性表現(xiàn)是全身多臟器良性腫瘤或錯(cuò)構(gòu)瘤的形成，包括腦、皮膚、眼睛、腎臟、心臟和肺。在神經(jīng)系統(tǒng)常導(dǎo)致癲癇、發(fā)育遲緩、認(rèn)知障礙和自閉癥，尤其是癲癇的發(fā)生率可高達(dá)80%～90%。Tsc1 和Tsc2 翻譯的蛋白質(zhì)，錯(cuò)構(gòu)素蛋白和馬鈴薯蛋白，以復(fù)合物形式存在并對(duì)下游的mTOR 產(chǎn)生抑制作用。因此，在TSC 患者Tsc 基因的突變對(duì)下游mTOR 抑制作用解除，導(dǎo)致mTOR 信號(hào)通路異常激活，從而刺激過量細(xì)胞生長(zhǎng)和分化。以上結(jié)果為mTOR 抑制劑雷帕霉素在該病的治療提出了嶄新的視角。

與TSC 類似，還有幾種罕見的遺傳性疾病也常常伴隨腫瘤和癲癇的高發(fā)，且在這類疾病中也觀察到了mTOR 信號(hào)通路的激活。比如mTOR 信號(hào)通路上游調(diào)節(jié)活化的因子Pten 基因敲除小鼠表現(xiàn)為神經(jīng)元增生、巨腦畸形以及癲癇，采用雷帕霉素治療可以顯著減少癲癇的發(fā)生［18-19］。STRED 基因缺失引起的mTOR 信號(hào)通路的激活，導(dǎo)致患者出現(xiàn)羊水過多和巨腦畸形以及癥狀性癲癇綜合征［20］。此外，其他一些皮層發(fā)育不良的疾病，如局灶性皮層發(fā)育不良和大腦半球增生癥，與TSC 也有相同的組織病理學(xué)特征，其標(biāo)志性改變即是mTOR 激活［7-8］。這些疾病的共同特征為頑固性癲癇的發(fā)作，高度提示mTOR 信號(hào)通路在癲癇的形成中起中心作用。當(dāng)然，這仍然與mTOR 信號(hào)通路在神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性的作用相關(guān)，如與調(diào)節(jié)突出可塑性、蛋白質(zhì)合成和離子通道表達(dá)有關(guān)，因此在異常激活后會(huì)導(dǎo)致癲癇的發(fā)作。

3 mTOR 信號(hào)通路在其他獲得性癲癇發(fā)生中的作用

mTOR 信號(hào)通路在其他后天原因引發(fā)的癲癇中發(fā)揮何種作用是近年癲癇機(jī)制研究的熱門。一系列的研究表明，mTOR 信號(hào)通路在多種后天腦損傷后所致的自發(fā)性癲癇發(fā)生中被激活。如紅藻氨酸誘發(fā)的癲癇持續(xù)狀態(tài)腦損傷中，mTOR 信號(hào)通路的激活共出現(xiàn)兩個(gè)高峰，一個(gè)是在急性癇性發(fā)作期，海馬和皮層組織均升高，隨著急性癇性發(fā)作的消退而恢復(fù)到基線;另一個(gè)高峰在紅藻氨酸給藥后第3天左右開始出現(xiàn)，1 周左右達(dá)高峰，且升高僅局限于海馬組織，這些特征與自發(fā)性癲癇發(fā)生的時(shí)間和空間十分吻合［21-22］。在匹羅卡品誘發(fā)的癲癇大鼠模型中，mTOR 信號(hào)通路在急性癲癇發(fā)作后0.5 h 被激活，1 h 即達(dá)高峰，在此后誘發(fā)的自發(fā)性癲癇時(shí)期也檢測(cè)到mTOR 信號(hào)的異?；罨?3-24］。同樣，在腦外傷癲癇模型中，海馬和皮層組織中mTOR 信號(hào)通路在損傷后1 周內(nèi)均維持在高水平［25-26］。與上述結(jié)果相反的是在戊四氮誘發(fā)的癲癇大鼠模型中，mTOR 信號(hào)通路僅在給藥1 h～16 h 出現(xiàn)短暫增高［27］。在新生大鼠缺氧性癲癇模型中，mTOR 信號(hào)通路也僅在缺氧后12 h～24 h 出現(xiàn)短暫性激活［28-29］。不同模型中mTOR 信號(hào)通路的差異性表達(dá)機(jī)理還有待進(jìn)一步探討。

4 mTOR 抑制劑在癲癇治療中的應(yīng)用

雷帕霉素首次在TSC 動(dòng)物模型中觀察到對(duì)癲癇的治療作用。在選擇性敲除星形膠質(zhì)細(xì)胞Tsc1 基因和Tsc2 基因的兩個(gè)動(dòng)物模型，雷帕霉素能顯著改善腦部的各種病理改變，減少或防止自發(fā)性癲癇的發(fā)生，并延長(zhǎng)生存期［30-31］。雷帕霉素在Pten 基因敲除小鼠所致癲癇也有非常明確的作用。如在敲除神經(jīng)元Pten 基因的小鼠，短時(shí)期雷帕霉素給藥能抑制mTOR 信號(hào)通路的過度活化和細(xì)胞肥大，并減少癲癇的發(fā)生［18］;而在選擇性敲除皮層和海馬神經(jīng)元Pten 基因的小鼠，雷帕霉素治療除了糾正癲癇和細(xì)胞肥大之外，還能改善行為學(xué)的某些癥狀如自閉癥或躁狂［19］。然而，在其他普通獲得性癲癇動(dòng)物模型中，雷帕霉素的作用卻不盡相同。如在紅藻氨酸大鼠癲癇模型中，雷帕霉素能明顯降低與癲癇相關(guān)的多種病理改變，尤其是苔蘚纖維發(fā)芽，從而減少甚至消除自發(fā)性癲癇的發(fā)作［21］。在匹羅卡品小鼠癲癇模型中，雷帕霉素僅能抑制苔蘚纖維發(fā)芽，對(duì)自發(fā)性癲癇并無影響［24］。而在大鼠匹羅卡品模型中，雷帕霉素對(duì)于已有自發(fā)性癲癇發(fā)作的動(dòng)物仍然有抑制癲癇的效果［23］。在外傷性腦損傷后，雷帕霉素長(zhǎng)期給藥能顯著降低自發(fā)性癲癇的發(fā)生［26］。這些差異可能與動(dòng)物種類、癲癇模型、雷帕霉素的劑量和給藥時(shí)間有關(guān)，且mTOR 激活與初始腦損傷后自發(fā)性癲癇發(fā)生之間的關(guān)系并不像與遺傳性疾病伴發(fā)癲癇那樣直接和恒定，從而出現(xiàn)治療效果的差異。

mTOR 抑制劑對(duì)TSC 患者癲癇的治療作用也有病例報(bào)道。在采用雷帕霉素對(duì)TSC 患者室管膜下巨細(xì)胞星形細(xì)胞瘤(SEGA)進(jìn)行治療的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)患者癲癇的發(fā)作明顯降低［32-33］。為了明確癲癇的發(fā)生是mTOR 抑制劑的抗癲癇作用，還是繼發(fā)于mTOR 抑制劑對(duì)SEGA 的治療作用，在另一個(gè)臨床實(shí)驗(yàn)中選擇了無SEGA 的TSC 患者，發(fā)現(xiàn)mTOR 抑制劑依維莫司能顯著減少TSC 患者頑固性癲癇的發(fā)生頻率，部分患者甚至出現(xiàn)癲癇的完全控制［34］。目前，以依維莫司為治療藥物的多中心對(duì)照試驗(yàn)正在進(jìn)行中。最近也有報(bào)道，在一種罕見的表現(xiàn)為急性羊水過多、大腦增生和癲癇的神經(jīng)發(fā)育疾病中，雷帕霉素對(duì)癲癇也有明顯的抑制作用［35］。

然而，雷帕霉素雖然能夠調(diào)節(jié)離子通道，但并不像目前常用的抗癇藥物一樣能直接作用于離子通道或神經(jīng)遞質(zhì)，因此似乎不能作為一般的抗癲癇藥物。作為抗癲癇發(fā)生藥物，雷帕霉素能否發(fā)揮良好療效，時(shí)間窗的選擇和治療持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短至關(guān)重要。尤其是其抑制作用似乎依賴于長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)治療，一旦停藥可導(dǎo)致癲癇的再發(fā)。而長(zhǎng)時(shí)間給藥后mTOR 抑制劑的不良反應(yīng)就會(huì)凸顯，包括生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、慢性免疫抑制作用以及伴發(fā)的機(jī)會(huì)感染。這些因素制約了mTOR 抑制劑在臨床癲癇患者的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。又比如最適合用于該應(yīng)用研究的TSC 患者，絕大部分患者會(huì)出現(xiàn)癲癇。但是對(duì)于不出現(xiàn)癲癇的那小部分患者，雷帕霉素的治療會(huì)帶來醫(yī)療成本的增加，同時(shí)會(huì)增加不必要的藥物不良反應(yīng)的出現(xiàn)。所以，在進(jìn)行轉(zhuǎn)化應(yīng)用前，能否找到某種生物標(biāo)記，鑒別出該患者日后是否會(huì)發(fā)展成癲癇，將會(huì)加快mTOR 抑制劑在癲癇的臨床應(yīng)用［36-37］。

5 展 望

已有很多證據(jù)表明，mTOR 信號(hào)通路參與癲癇的發(fā)生，然而目前這些證據(jù)基本都來源于基礎(chǔ)研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。mTOR 抑制劑雷帕霉素和依維莫司在多種癲癇模型中均觀察到有防治癲癇的效應(yīng)，但尚未進(jìn)入臨床患者的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。隨著mTOR 信號(hào)通路與癲癇發(fā)生關(guān)聯(lián)研究的深入以及新型mTOR 抑制劑的出現(xiàn)，將為臨床癲癇患者的治療帶來福音。

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