国外医学神经病学神经外科学分册2000年第27卷第1期

湖南医科大学附属湘雅医院神经内科（410008）田发发（综述）谢光洁（审校）

摘要本文就癫痫发生后基因表达的变化做一综述，对于了解癫痫发作过程的分子机制具有重要意义。

关键词：癫痫基因表达

随着分子生物学技术的迅速发展，癫痫发生与基因表达变化的关系的研究越来越多^[1，2]，这些研究对于癫痫发作过程中异常电生理活动的产生、调节和终止的分子机制的了解具有重要意义。癫痫发生后神经细胞基因表达的变化分为早期反应和后期反应，早期反应基因为即早期基因，它们作为转录因子作用于后期反应基因而引起持续时间较长的后期反应，后期反应基因主要是编码调节大脑电生理活动物质的基因，包括γ-氨基丁酸（GABA）受体、离子通道蛋白、谷氨酸代谢酶及其受体等。

1 即早期基因表达

Gass等^[3]用Bicuculline静脉注射诱发大鼠抽痉后，海马区Zif/268、c-fos蛋白质表达很快增高，2hr达高峰，8hr恢复至基础水平；fos-B、c-JUN、JUN-B、JUN-D蛋白质表达也有类似变化，上述基因表达主要位于齿状回颗粒细胞层、CA₁和CA₃区神经元。在青霉素诱发SD鼠部分运动性癫痫模型中，c-fos、fos-B在病灶周围皮质的第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层细胞中表达增强，3～6hr达高峰，24hr恢复到正常水平；而c-JUN、JUN-B表达轻微增加，JUN-D没有表达^[4]。在印防已毒（PTX）或戊四氮引起的SD鼠急性癫痫模型中，Zif/268、JUN-B、C-JUN和c-fos mRNAs在前脑区、小脑、海马区明显增加，1hr达高峰，2hr恢复到原来水平^[5]。由此可见，在各种方法诱导的癫痫模型中，即早期基因（IEGs）的表达很快出现，并达高峰，维护较短时间又回到基础的稳定水平。一般来说，IEGs mRNAs表达在蛋白质表达先出现，并较快恢复到原来水平。因此，IEGs蛋白质的表达是由IEGs mRNAs表达后翻译所致。

Herdegen等^[6]用氯化钾抑制SD鼠大脑皮质兴奋时，以及在局部脑缺血时，IEGs在广泛同侧皮质都有短暂的表达，可见细胞内IEGs的表达是对细胞外各种刺激的反应。有些研究结果支持NMDA受体的开放是诱导细胞内IEGs表达的主要细胞内机制^[7]。

在各种类型癫痫模型中IEGs的表达是快速而短暂的，IEGs本身的变化不可能在癫痫发生后出现持久的功能和行为改变中起重要作用。但是，IEGs的表达产物与目标基因的起动子区域相结合，作为转录因子来调节这些基因的表达，从而影响癫痫的产生和反复发作。Liang等^[7]在破伤风毒素（TT）所致SD鼠癫痫模型中，发现注射TT部位神经元Zif/268蛋白质表达增强，5～7天最明显，持续达14天之久，而病灶周围的区域Zif/268表达减弱，作者认为在注射部位Zif/268表达增强表明癫痫灶的过度电活动，说明在癫痫状态下，癫痫灶部位皮质和其他部位的皮质所发挥的功能相反，这种改变可能在癫痫的发展和维持中起重要作用。

2 有关酶的基因表达

2.1 谷氨酸脱羧酶

γ-氨基丁酸（GABA）减少在癫痫发生中起重要作用，谷氨酸脱羧酶（GAD）是GABA的合成酶，从而对GAD基因表达的研究引人注目。目前，对不同方法引起的癫痫模型中，GAD基因表达的研究结果报道不一。Feldblum等^[8]用海仁酸（KA）注射到SD鼠海马区诱发的癫痫模型中，采用原位杂交方法发现注射侧海马区齿状回神经元GAD mRNA表达明显增多，双侧前脑皮质、丘脑及对侧海马区等区域的GAD mRNA表达也增多，至少持续1个月之久。Najlerahim等^[9]在用TT注入海马区诱发的慢性SD鼠癫痫模型中，发现双侧齿状回、CA₃、CA₁区GAD mRNA表达明显增多，4周达高峰，8周降至正常。因此，神经元GAD mRNA表达增加可能作为癫痫发生后的负反馈调节，增强GABA神经元的作用，以抑制癫痫灶神经元的过度兴奋，是调停癫痫易感性的因素之一。

Liang等^[10]在用TT注射Wistar大鼠运动皮质诱导的癫痫模型中，发现注射TT后5～14天癫痫灶部位的GAD mRNA表达增加，而癫痫灶周围区域的GAD mRNA表达减少，作者认为GAD基因表达增加是癫痫灶神经元兴奋性增加而上调的结果；而在癫痫灶周围的抑制区，GAD基因表达减少是神经元兴奋性下降而引起的下调，说明癫痫灶周围皮质的抑制功能加强。

2.2 钙调蛋白激酶

钙调蛋白激酶（CaMKⅡ）在脑组织仅存在于神经元中，尤其在树突和突触后致密体中较为丰富，主要参与神经递质合成的调节和释放、轴浆的运输等功能。这些功能的调节与神经元的兴奋性和损伤过程有关。Murray等^[11]在用电刺激诱导的SD鼠癫痫模型中，发现CaMKⅡαmRNA在双侧新皮质及海马区明显下降，于电刺激损伤后10hr开始下降，24hr达高峰，4天恢复到原来水平。Bronstein等^[12]在用电刺激诱导的大鼠癫痫模型中，发现CaMKⅡβmRNA在皮质和海马区较长时间下降。Liang等^[10]在用TT注射到Wistar大鼠运动皮质诱发的癫痫模型中，发现癫痫灶CaMKⅡαmRNA表达减少，而癫痫灶周围区域CaMKⅡαmRNA表达增加。上述结果说明癫痫灶的神经元兴奋性增加引起CaMKⅡmRNA表达减少，而癫痫灶周围区域CaMKⅡmRNA表达增加是由于该区域神经元抑制作用加强而引起的上调。这些变化可能与神经元的同步放电过程有关。

3 有关受体的基因表达

3.1 谷氨酸受体

谷氨酸受体分为二大类，第一类为离子型受体，包括NMDA、AMPA和KA受体，主要介导快信号传递，与神经元的动作电位的产生和传递直接相关；另一类为代谢型受体，与G-蛋白偶联，调节细胞膜上离子通道和酶的活性。有关离子型受体的基因表达与癫痫的研究较多，Lee等^[13]在电刺激海马区所致大鼠癫痫模型中，发现海马、扁桃体和前脑皮质在点燃24hr gluR_1、2、3 mRNAs表达减少，而在点燃后30天恢复至原来水平；Gerfin-Moser等^[14]应用大鼠海马脑片培养技术，脑组织在含有致痉剂PTX环境下培养2天，发现海马神经元的NR_2A和NR_2B和GluR_1、2mRNAs表达减少50%，这种改变被联合应用NMDA受体拮抗剂CNQX和MK-801所阻断。这些结果表明在癫痫模型中，谷氨酸受体mRNA表达的减少是对海马及有关皮质神经元兴奋性增加的反应，使神经元的兴奋性减弱；也可能是点燃过程中的一种补偿机制。

Pollard等^[15]在应用KA腹腔注射诱导的Wistar大鼠急性癫痫模型中，发现海马神经元GluR-B mRNA表达在发作后2hr至48hr有不同程度的增加，这些改变在增加触突的兴奋性、神经元的同步放电起重要作用。Liang等^[10]在用TT注射到运动皮质诱导的Wistar大鼠癫痫模型中，在注射部位GluR₂ mRNA表达减少，以皮质第Ⅲ到Ⅵ层最明显，而NR₁ mRNA表达增强，以皮质第Ⅱ、Ⅲ层最明显；在注射部位周围，GluR₂ mRNA表达无明显改变，而NR₁ mRNA表达减少。NMDA受体通过钙通道控制来调节长时期神经元的兴奋性，GluR₂主要限制钙的渗透性。NR₁和GluR₂ mRNA表达正好与癫痫灶相反，说明神经元兴奋性降低，从而对癫痫灶的神经元的兴奋性增加起调节作用。

Mathern等^[16]在颞叶癫痫患者的海马组织中，发现AMPA gluR_1、2、3和NMDAR_1、2 mRNA水平表达增加，尤其以齿状回颗粒细胞中AMPA gluR₁和NMDAR₂ mRNA表达明显。这些发现支持颞叶癫痫与离子型谷氨酸受体mRNA水平增加有关。Rafiki等^[17]在海仁酸诱导的大鼠癫痫模型中，发现NMDAR₁mRNA表达在点燃后6hr至4个月持续增高，说明NMDAR₁ mRNA表达增加在维持癫痫的点燃状态中起重要作用。

3.2 GABA受体

GABA受体分为GABA_A和GABA_B两类受体。GABA与GABA受体结合在中枢神经系统中发挥抑制功能，主要是阻断神经元兴奋的传导和扩散。有关GABA受体基因的研究，主要集中在GABA_A受体基因的表达。Vick等^[18]把SD鼠海马皮质制成切片，在缺镁的人工脑脊液中培养3hr，记录到神经细胞自发性癫痫放电后，用原位杂交方法检测GABA_A受体mRNA表达情况，发现GABA_A受体亚单位α₂ mRNA表达减少，GABA_A受体亚单位α₁ mRNA表达无改变，从而认为GABA_A受体α₂ mRNA表达减少使神经元的抑制作用减弱，兴奋性增强，是癫痫发作的机制之一。Brooks等^[1]在大鼠癫痫模型中有类似发现，支持上述观点。而Gerfin-Moser等^[14]应用大鼠海马脑片培养技术，脑组织在含有致痉剂PTX环境下培养2天，发现海马神经元GABA_A受体亚单位α₂、β₂、γ₂mRNA表达无变化。

Tsunashima等^[2]在海仁酸诱导的急性大鼠癫痫模型中，发现海马颗粒细胞层GABA_A受体亚单位α_2、3、5，β_1、3，γ₂和δmRNA在癫痫发作后6～12hr减少25%～50%，而α_1、4和β₂mRNAs增加50%左右；在发作后7～30天，α_2、4，β₂和γ₂mRNAs恢复至<