癫形成过程中生物标志物的研究进展

一、癫形成过程

癫形成过程即发育正常的大脑在发生短暂损伤后，使抽搐发作的阈值不断降低，最终发展为慢性癫状态的过程[1]。此过程包括3个阶段,第一阶段发生触发脑损伤的事件如脑创伤、感染、癫持续状态、热性惊厥等；第二阶段是一个潜伏阶段，即发生脑损伤后由正常大脑转变为癫大脑的动态过程；第三阶段慢性癫的形成阶段。癫形成过程涉及信号分子通路如mTOR、WNT等信号通路，离子通道的改变、神经递质受体的重新分布，神经细胞损伤，血脑屏障功能障碍、基因表达异常、皮质发育障碍、免疫损伤等多因素参与。

二、生物标志物与癫形成

1.生物标志物在癫形成过程中的意义：生物标志物是客观地确定和解释致病过程的度量标准[2]。近几年来在神经领域(如神经肿瘤学)，生物标志物在预测疾病治疗及预后方面已取得了长足进步[3]。随着对癫形成过程认识的不断深入，对癫形成过程中生物标记物的鉴定和监测方面也取得了实质性的进展。可靠的生物标志物有助于预测患者从致性损伤发展为慢性自发性癫的倾向，且能反映脑组织损伤的严重程度与癫产生倾向的关系。在癫形成过程中及抽搐频繁发作的状态下，生物标志物对反映癫发作阈值的动态变化有着重要的意义。值得注意的是，候选生物标志物可以监测癫形成过程，比如在过渡为慢性癫阶段，通过相应干预延缓、甚至阻止癫形成过程或提高癫发作阈值。最终生物标志物可作为自发性癫的替代指标，它不仅可作为癫治疗过程中终止治疗的一项指标，也可预测自发性癫的产生，并且在自发性癫产生前加以治疗 [4]。

2.癫形成过程中生物标志物的标准：理想的生物标志物应具有极高的生物特异性和敏感性，而且易于获得。在癫形成过程中获取脑组织通常不可行，仅在外伤性脑损伤、耐药性癫患者接受手术切除治疗或病理活检等情况下方可获取脑组织，但这些情况非常罕见，所以寻找癫形成的生物标志物要侧重于血液、脑脊液、脑组织影像学和电生理学方面[4]。脑组织的炎症反应，神经细胞的损伤，血脑屏障的功能障碍[5]，以及血液、脑脊液生物标志物半衰期的改变可能会影响癫形成过程中的脑脊液、血液生物标志物的水平。因此，外周血、脑脊液的变化可能反映癫形成过程的机制，它们都适合作为筛选癫形成的候选生物标志物的来源。

另外一个获取生物标志物的方法就是在癫动物模型中寻找潜在生物标志物，Engel等[4]认为理想情况下，利用某种模型可以在癫形成过程的不同时期进行组织取样，通过视频脑电监测明确有无癫发作，并可以将候选生物标志物在有癫发作的动物与无癫发作的动物之间进行比较，而且还可以利用不同的癫模型来验证候选生物标志物的灵敏性和特异性，只有满足上述条件，候选生物标志物才可在患者中进行验证。迄今为止仍未发现能反映癫形成过程的可靠生物标志物，主要原因：(1)癫形成过程是发生在瞬时脑损伤后，生物标志物需要预测疾病的发展，然而在此时间上尚未形成癫，所以生物标志物很难进行评估；(2)生物标志物需要反映抽搐发作的复杂动力学倾向[6]。

从理论上讲，以下几类分子可作为潜在的癫形成生物标志物，包括从癫灶获取的细胞、mRNA、snRNA、甲基化DNA及蛋白质等，此外神经影像学、电生理学指标也可作为癫形成过程的潜在生物标志物。

三、癫形成过程中的生物标志物

1.神经影像学生物标志物：新近研究发现神经影像学生物标志物能评估癫形成过程中脑代谢的变化。通过正电子发射断层影像技术(SPECT)利用毛果芸香碱和红藻氨酸癫动物模型研究葡萄糖代谢，发现在癫潜伏期和反复发作后期的不同脑区有葡萄糖代谢衰减[6-8]，并且在嗅皮层葡萄糖代谢降低程度与抽搐反复发作有关[8]。Shultz等[9]利用横向液压冲击脑创伤模型(LFPI)应用SPECT技术检测脑创伤后1周、1个月、3个月同侧海马组织中葡萄糖代谢的变化，发现该变化可以正确地预测全部动物模型的癫发生情况，推测急性脑创伤后同侧海马葡萄糖代谢的细微变化与创伤后癫形成有关。应用磁共振氢频谱(IH-MRS)发现在毛果芸香碱和红藻氨酸大鼠模型的海马组织中的肌醇水平在癫潜伏期升高[9-10]，虽然肌醇水平可反映神经元损伤程度和退行性神经变性，但在毛果芸香碱大鼠模型自发性癫反复发作期无明显变化[11]。谷胱甘肽主要在星形胶质细胞中合成，在癫持续状态(SE)初期减少，随后逐渐增加[10-11]。在利用慢性癫模型应用IH -MRS技术的研究中发现癫形成时期海马组织中谷胱甘肽水平与神经元损伤程度和癫反复发作频率呈负相关[12]。应用同样的技术在动物模型中，另一种神细胞代谢产物N-乙酰基天冬氨酸在癫持续状态早期和癫潜伏期减少，它可能反映神经细胞损伤或者神经元代谢改变，因此它可以作为癫形成的潜在生物标志物[11-12]。

2.癫持续状态下的生物标志物：抽搐持续状态是人类癫形成的危险因素。多数癫动物模型是经化学或电刺激致抽搐持续状态的发生，以此作为癫产生的诱发因素[12]。癫持续状态(SE)可导致脑组织的分子、细胞的变化(如基因、基因启动子、神经营养因子2型、纤维蛋白溶解酶原、谷氨酸受体)，目前关于SE的几种候选生物标志物已经有了初步研究[5，12]。在针对癫动物模型和患者的研究中发现，脑脊液中的胶质纤维酸性蛋白和泛素羧基末端水解酶L1在癫持续状态后显著增多[13]。癫持续状态可导致血清水平神经元特异性烯醇化酶的显著升高[14]。患者及癫动物模型血浆和血清中的催乳素水平在癫持续状态后瞬间增加，对红藻氨酸点燃大鼠SE模型的研究发现，在外周血中信使RNA(如毒蕈碱受体m2RNA，谷氨酸受体亚基mRNA，多巴胺D3受体mRNA)、微小RNA(如miR-298,miR-155,and miR-362-3p)表达水平呈现动态变化[15-16]，然而这些变化仍然不确定，它们对癫发展的影响也不明确。这些候选生物标志物在预测癫发展方面尚待研究，此外这些标志物在癫持续状态中的变化并非特异的，因为在抽搐发作和脑创伤(TBI)后也可检测到这种变化。

3.脑创伤后癫的生物标志物：脑创伤(TBI)可诱发癫形成。在急性脑损伤阶段从大脑溢出的蛋白在血清和脑脊液中的变化可以反映脑损伤程度、预测死亡率和神经系统参数(如血脑屏障状态、颅内压力等级、缺血损伤与创伤性质)等[2，17，19]，这些蛋白可作为潜在的预测癫产生的生物标志物，并且能在脑创伤患者和动物模型中检测到，如S100钙结合蛋白B(S100B)，神经元特异性烯醇化酶，胶质纤维酸性蛋白、泛素羧基末端水解酶L1、髓鞘碱性蛋白等[2，18，19]。在脑外伤后，除了这些蛋白浓度有动态变化外，它们的代谢产物(如环磷酸腺苷，乳酸盐，丙酮酸盐，甘油，谷氨酸，去甲肾上腺素，高香草酸、N-乙酰天冬氨酸以及脂质过氧化产物F2 -异前列烷)在血清及脑脊液中也呈动态变化且与神经元损伤程度成正相关[2，18]。目前应用蛋白组学方法可鉴定脑外伤患者脑脊液中的潜在蛋白生物标志物[20]，但这些生物标志物在预测癫发生、发展中的作用尚待深入研究。

4.免疫相关性癫的生物标志物：随着癫形成免疫学说的提出，近年来关于癫形成的免疫损伤、炎症反应的相关实验和临床研究受到越来越多的国内外学者重视。在癫模型中发现，在癫发生过程中神经细胞可表达一些炎症蛋白，这些炎性蛋白可作为癫形成过程的潜在生物标志物。有研究认为在癫患者发作间期其血清IL-β、IL-6都有显著的增高，并且血清中IL-6含量与抽搐发作频率有关[21]，但是利用颞叶癫动物模型的研究发现C反应蛋白、IL-β、IL-6的血浆水平无论是在癫持续状态后，还是在癫形成潜伏期和慢性癫期都无明显变化[22]。

5.基因生物标志物：遗传因素与癫形成密切相关，如单基因遗传性癫，良性家族性新生儿癫(KCNQ2、KCNQ3)、良性家族性婴儿癫(PRRT2)、遗传性癫伴热惊厥附加症(SCN1A、SCN2B、GABRG2)、家族性颞叶癫(LGI1)等；也有复杂遗传癫，最常见的如儿童失神癫，青少年失神癫，青少年肌阵挛癫，这些统称为特发性全面性癫。复杂遗传癫也包括小儿良性癫伴中央颞区棘波和其他与遗传相关的癫。癫也可由遗传性疾病引起，如结节性硬化，但癫发作不是异常基因表达的直接结果，而与遗传异常所至的中间代谢紊乱相关。受遗传因素的影响，某些易感基因可以促进正常大脑在受到一过性脑损伤后发展为癫，这些易感基因在不同个体、针对不同癫发作类型和癫综合征可能不同。迄今已经发现300多种基因与人类癫有关，遗传-表型相关性可以预测癫患者的预后。随着基因工程技术的进步，可以通过转基因动物模型来构建人类癫模型，以探讨癫形成的潜在条件。目前，遗传性癫动物模型已从“自发性癫遗传模型”如GAERS或WAG/Rij大鼠模型，发展到小鼠单个、多个配体或电压门控离子通道突变的癫模型，再到以癫为主要表型的复杂综合征，如结节性硬化和自闭症等[23-24]。

6.电生理学标志物：在评估癫患者和癫动物模型中，脑电图可以捕捉癫发作，以确定是否存在癫。2012年研究发现[25]，在放置宽带小直径电极和微电极的癫动物模型和癫术前患者的脑组织中可记录到一种病理性高频振荡(80—600 HZ)，这种高频振荡与癫脑组织有密切的关系，这就意味着高频振荡可能是癫和癫形成的潜在的生物标志物。这种病理性的高频振荡可以评估发生一过性抽搐所致的脑损伤后发展为自发性癫状态的风险，也可以用于动物模型以筛选、设计新型抗癫药物[26]。

综上所述，可靠的癫形成生物标志物可以大大减低开发临床抗癫药物的成本，预防和阻止癫发生，但目前仍未发现癫形成的高敏感生物标志物，主要原因是癫综合征的异质性、基本病理类型和可用组织样本的局限性，这些都将对未来癫形成生物标志物的探索构成挑战，随着基因组学、蛋白组学、免疫学、电生理学和神经影像学领域研究的不断深入，将为筛选癫形成的生物标志物提供更为广阔的途径。

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