顳葉癲癇是難治性癲癇中最常見的類型，苔蘚纖維出芽(Mossy fiber sproutinggranular, MFS)是顳葉癲癇患者最特征性的病理變化，但其分子信號通路及在顳葉癲癇中的作用至今還未明確。現綜述近年有關MFS的信號通路及其在顳葉癲癇中作用。首先從顆粒細胞軸突出芽相關的信號通路進行闡述，主要包括細胞外信號調節激酶通路調節神經元胞體和軸突生長發育的作用，還有雷帕霉素靶蛋白轉導通路對癇性發作的影響以及調節細胞增殖、突觸重塑的作用。然后進一步闡述MFS到底促進還是抑制癲癇的發生以及與顳葉癲癇的因果關系。為顳葉癲癇的發生機制及治療提供新思路。
引用本文： 黃文立, 黃華品. 海馬苔蘚纖維出芽分子機制及在顳葉癲癇中的作用. 癲癇雜志, 2016, 2(2): 155-158. doi: 10.7507/2096-0247.20160030 復制
在顳葉癲癇患者及實驗動物模型中苔蘚纖維出芽(Mossy fiber sproutinggranular,MFS)是一種常見的病理現象[1-3]。一些學者認為海馬苔蘚纖維出芽通過構成異常的興奮環路增加癲癇的易感性[4]，相反一些學者認為苔蘚纖維出芽抑制癲癇發作通過激活抑制性中間神經元[5]，而不論是哪一種，肯定是轉導了MFS的信號通路從而導致癇性發作的變化。正常情況下苔蘚纖維投向CA3區與錐體細胞構成突觸連接。癇性放電時苔蘚細胞產生異常出芽回返入內分子層或進入顆粒體層、CA3區并建立異常興奮性神經環路，稱為苔蘚纖維出芽[6]。
1 顆粒細胞軸突出芽信號通路
1.1 細胞外信號調節激酶通路
近年來對細胞外信號調節激酶(Extracellular-signa1regulated kinase，Erk1/2)在癲癇中的作用研究越來越多,Erk1/2為有絲分裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)家族的一員，在腦中大量表達，尤其是在神經元胞體和樹突。Erk1/2作為信號級聯反應能夠被細胞外信號激活如神經遞質和神經營養因子激活，同時作用于胞漿內底物，并轉入核內調節轉錄因子C-fos，啟動即早基因的表達，指導蛋白質合成，從而影響突觸重塑、軸突生長、調節神經元興奮性[7]。在多種癲癇類型中均發現Erk1/2磷酸化(P-Erk1/2)表達增加[8-11]。結節性硬化癥(Tuberoussclerosis，TSC)是一種典型的神經發育疾病與癲癇高度有關[12]。TSC是由于Tsc1或Tsc2基因突變引起的，基因突變導致神經元胞體和樹突結構變化[13]，苔蘚纖維出芽等突觸重塑，Zhang等[14]學者發現這主要與肌動蛋白交聯蛋白(Filamin A，FLNA)升高密切有關，那Tsc1突變是如何引起FLNA變化，內在的信號是怎樣的？他們進一步深入發現與Erk1/2信號通路相關。Tsc1突變使得Erk1/2磷酸化表達增加，活性增強，予MAPK特異性抑制劑，Erk1/2磷酸化水平降低，FLNA表達減少，逆轉Tsc1突變神經元胞體及樹突形態學的變化。此外軸突成長相關蛋白(Nerve growth associated protein，GAP-43)、微管相關蛋白、生長影響因子[15-18]等因素能夠影響與癲癇相關的軸突生長，從而影響苔蘚纖維出芽。Chen等在體外培養大鼠海馬神經元，誘導其癇性放電，發現Erk1/2磷酸化增加，能夠誘導GAP-43，突觸囊泡蛋白(Synaptophysin,SYP)的表達，予特定的抑制劑U0126，Erk1/2磷酸化水平降低，SYP和GAP-43水平表達隨著下降[19]。另外liu等發現腦外傷引起顳葉癲癇發展誘導因素是由于苔蘚纖維出芽，而其中的分子機制是酪氨酸激酶受體B(Tryosine kinase receptor B，TrkB)誘導Erk1/2激活，通過調節CREB/ELK-1參與苔蘚纖維出芽[20]。因此,可將Erk1/2 信號轉導級聯通路促使MFS的可能機制歸納為各種細胞外信號刺激激活Erk1/2 信號轉導通路,活化的Erk1/2 轉移入核啟動即早基因表達,隨后再觸發靶蛋白基因表達,導致新蛋白合成,這些蛋白質能夠營養和指導軸突生長,從而對細胞的結構和功能產生長時程影響,最終形成MFS。
1.2 雷帕霉素靶蛋白信號通路
哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，屬于磷脂酰肌醇激酶相關激酶家族，mTOR 有多種激活途經，其中最主要的途經是由生長因子及其超家族誘導的PI3K /AKT / mTOR 信號通路，激活的AKT 通過抑制Tsc1 / Tsc2 復合物活性解除其對mTOR 的抑制作用，導致mTOR 激活能夠調節細胞生長、增殖、存活等[21, 22]。在中樞神經系統中，mTOR信號通路是由谷氨酸受體激活來調控[23],可能是通過影響蛋白質的翻譯或AKT的活性，參與軸突生長，突觸可塑性和細胞的存活。在多種癲癇類型中均發現mTOR活性增加，如遺傳性癲癇、嬰幼兒痙攣、獲得性癲癇、持續性癲癇等或各種動物癲癇模型[24-27]。許多研究發現mTOR抑制劑處理能夠抑制mTOR通路，降低細胞自噬、死亡、突觸重塑等從而逆轉腦部結構變化，使癲癇慢性期癇性發生頻率減少[28, 29]，這表明異常mTOR激活干擾腦部結構發展致使癲癇發作。例如Buckmaster等發現在匹羅卡品癲癇大鼠癲癇慢性期，海馬局部注射雷帕霉素能夠減少海馬苔蘚纖維出芽，減少癲癇發生頻率[30]。Zeng等也發現雷帕霉素治療不僅能夠抑制紅藻氨酸處理大鼠誘導癇性發作慢性期苔蘚纖維發芽及減少慢性期發作頻率[31]。因此,可將mTOR 信號通路促使MFS的可能機制歸納為各種因素誘導癇性發作使mTOR信號通路異常激活，mTOR信號通路參與了細胞增殖、存活、突觸重塑、軸突芽生使細胞的形態和結構產生變化，形成MFS。
2 顆粒細胞軸突出芽在顳葉癲癇中的作用
顳葉癲癇是癲癇中最常見類型，且絕大多數為難治性癲癇，其反復復發性與海馬典型病理結構變化即突觸重塑密切相關。海馬突觸重塑最典型特征變化就是苔蘚纖維出芽。以前大多數研究認為癇性損傷后由于門區神經元和CA3區錐體細胞大量死亡,齒狀回內分子層(Inner molecular layer,IML)失神經傳入,同時顆粒細胞也失去投射靶,因此苔蘚纖維芽生側支進入顆粒體層、IML以及CA3區始層重建海馬神經網絡，形成多突觸連接，使神經興奮性增加，導致癲癇慢性期反復發作。海馬切片實驗證實：苔蘚纖維出芽后，癲癇更易點燃[32, 33]。計算機模擬實驗證實：中度的海馬苔蘚樣纖維出芽即可促進癲癇活動傳播[34]。電生理研究證實：紅棗酸誘導大鼠癲癇樣放電是由于海馬苔蘚纖維出芽重建神經興奮性環路，彼此間形成正反饋，導致癲癇反復發作[35]。
綜上所述，這些發現支持苔蘚纖維在癲癇中作用依據即反復點燃學說。然而一些學者認為苔蘚纖維能夠抑制癲癇發作通過激活抑制性中間神經元[5]。最近研究發現苔蘚纖維只是癲癇發作過程中出現的一種附帶病理現象，既不促進癲癇發作也不抑制癲癇發作[36]。雷帕霉素常用來檢驗苔蘚纖維出芽與癲癇關系。最新學者發現側腦室注射雷帕霉素能夠抑制匹羅卡品誘導癇性發作大鼠苔蘚纖維出芽，但對其慢性期癲癇放電頻率沒有影響[30, 37]。盡管之前研究在顳葉癲癇大鼠模型發現雷帕霉素能夠減少癲癇發作頻率，但不是所有[38-40]，因此雷帕霉素在癲癇中的作用是促癲癇還是抑制癲癇還不清楚，但這些研究都表明苔蘚纖維出芽不是致癇因素。
3 結語
顳葉癲癇患者都顯示腦部結構變化，特別是在海馬，結構的變化以及其他異常在一定程度上促進了癲癇的復發。因此，阻斷其中的某一變化，比如海馬苔蘚纖維出芽，可能對癲癇復發有一定影響；但一些癲癇相關的結構變化，例如海馬苔蘚纖維出芽就不是致癇因素。而至今未發現癲癇的復發歸因于某些異常變化。所以，顳葉癲癇最特征性突出重塑海馬苔蘚纖維變化在癲癇中的作用究竟如何，至今還未明確，深入探討其分子機制、阻斷其發展，以觀察其對癲癇影響，可以為臨床治療提供良好的思路，相信將來的研究將揭開答案。
在顳葉癲癇患者及實驗動物模型中苔蘚纖維出芽(Mossy fiber sproutinggranular,MFS)是一種常見的病理現象[1-3]。一些學者認為海馬苔蘚纖維出芽通過構成異常的興奮環路增加癲癇的易感性[4]，相反一些學者認為苔蘚纖維出芽抑制癲癇發作通過激活抑制性中間神經元[5]，而不論是哪一種，肯定是轉導了MFS的信號通路從而導致癇性發作的變化。正常情況下苔蘚纖維投向CA3區與錐體細胞構成突觸連接。癇性放電時苔蘚細胞產生異常出芽回返入內分子層或進入顆粒體層、CA3區并建立異常興奮性神經環路，稱為苔蘚纖維出芽[6]。
1 顆粒細胞軸突出芽信號通路
1.1 細胞外信號調節激酶通路
近年來對細胞外信號調節激酶(Extracellular-signa1regulated kinase，Erk1/2)在癲癇中的作用研究越來越多,Erk1/2為有絲分裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)家族的一員，在腦中大量表達，尤其是在神經元胞體和樹突。Erk1/2作為信號級聯反應能夠被細胞外信號激活如神經遞質和神經營養因子激活，同時作用于胞漿內底物，并轉入核內調節轉錄因子C-fos，啟動即早基因的表達，指導蛋白質合成，從而影響突觸重塑、軸突生長、調節神經元興奮性[7]。在多種癲癇類型中均發現Erk1/2磷酸化(P-Erk1/2)表達增加[8-11]。結節性硬化癥(Tuberoussclerosis，TSC)是一種典型的神經發育疾病與癲癇高度有關[12]。TSC是由于Tsc1或Tsc2基因突變引起的，基因突變導致神經元胞體和樹突結構變化[13]，苔蘚纖維出芽等突觸重塑，Zhang等[14]學者發現這主要與肌動蛋白交聯蛋白(Filamin A，FLNA)升高密切有關，那Tsc1突變是如何引起FLNA變化，內在的信號是怎樣的？他們進一步深入發現與Erk1/2信號通路相關。Tsc1突變使得Erk1/2磷酸化表達增加，活性增強，予MAPK特異性抑制劑，Erk1/2磷酸化水平降低，FLNA表達減少，逆轉Tsc1突變神經元胞體及樹突形態學的變化。此外軸突成長相關蛋白(Nerve growth associated protein，GAP-43)、微管相關蛋白、生長影響因子[15-18]等因素能夠影響與癲癇相關的軸突生長，從而影響苔蘚纖維出芽。Chen等在體外培養大鼠海馬神經元，誘導其癇性放電，發現Erk1/2磷酸化增加，能夠誘導GAP-43，突觸囊泡蛋白(Synaptophysin,SYP)的表達，予特定的抑制劑U0126，Erk1/2磷酸化水平降低，SYP和GAP-43水平表達隨著下降[19]。另外liu等發現腦外傷引起顳葉癲癇發展誘導因素是由于苔蘚纖維出芽，而其中的分子機制是酪氨酸激酶受體B(Tryosine kinase receptor B，TrkB)誘導Erk1/2激活，通過調節CREB/ELK-1參與苔蘚纖維出芽[20]。因此,可將Erk1/2 信號轉導級聯通路促使MFS的可能機制歸納為各種細胞外信號刺激激活Erk1/2 信號轉導通路,活化的Erk1/2 轉移入核啟動即早基因表達,隨后再觸發靶蛋白基因表達,導致新蛋白合成,這些蛋白質能夠營養和指導軸突生長,從而對細胞的結構和功能產生長時程影響,最終形成MFS。
1.2 雷帕霉素靶蛋白信號通路
哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，屬于磷脂酰肌醇激酶相關激酶家族，mTOR 有多種激活途經，其中最主要的途經是由生長因子及其超家族誘導的PI3K /AKT / mTOR 信號通路，激活的AKT 通過抑制Tsc1 / Tsc2 復合物活性解除其對mTOR 的抑制作用，導致mTOR 激活能夠調節細胞生長、增殖、存活等[21, 22]。在中樞神經系統中，mTOR信號通路是由谷氨酸受體激活來調控[23],可能是通過影響蛋白質的翻譯或AKT的活性，參與軸突生長，突觸可塑性和細胞的存活。在多種癲癇類型中均發現mTOR活性增加，如遺傳性癲癇、嬰幼兒痙攣、獲得性癲癇、持續性癲癇等或各種動物癲癇模型[24-27]。許多研究發現mTOR抑制劑處理能夠抑制mTOR通路，降低細胞自噬、死亡、突觸重塑等從而逆轉腦部結構變化，使癲癇慢性期癇性發生頻率減少[28, 29]，這表明異常mTOR激活干擾腦部結構發展致使癲癇發作。例如Buckmaster等發現在匹羅卡品癲癇大鼠癲癇慢性期，海馬局部注射雷帕霉素能夠減少海馬苔蘚纖維出芽，減少癲癇發生頻率[30]。Zeng等也發現雷帕霉素治療不僅能夠抑制紅藻氨酸處理大鼠誘導癇性發作慢性期苔蘚纖維發芽及減少慢性期發作頻率[31]。因此,可將mTOR 信號通路促使MFS的可能機制歸納為各種因素誘導癇性發作使mTOR信號通路異常激活，mTOR信號通路參與了細胞增殖、存活、突觸重塑、軸突芽生使細胞的形態和結構產生變化，形成MFS。
2 顆粒細胞軸突出芽在顳葉癲癇中的作用
顳葉癲癇是癲癇中最常見類型，且絕大多數為難治性癲癇，其反復復發性與海馬典型病理結構變化即突觸重塑密切相關。海馬突觸重塑最典型特征變化就是苔蘚纖維出芽。以前大多數研究認為癇性損傷后由于門區神經元和CA3區錐體細胞大量死亡,齒狀回內分子層(Inner molecular layer,IML)失神經傳入,同時顆粒細胞也失去投射靶,因此苔蘚纖維芽生側支進入顆粒體層、IML以及CA3區始層重建海馬神經網絡，形成多突觸連接，使神經興奮性增加，導致癲癇慢性期反復發作。海馬切片實驗證實：苔蘚纖維出芽后，癲癇更易點燃[32, 33]。計算機模擬實驗證實：中度的海馬苔蘚樣纖維出芽即可促進癲癇活動傳播[34]。電生理研究證實：紅棗酸誘導大鼠癲癇樣放電是由于海馬苔蘚纖維出芽重建神經興奮性環路，彼此間形成正反饋，導致癲癇反復發作[35]。
綜上所述，這些發現支持苔蘚纖維在癲癇中作用依據即反復點燃學說。然而一些學者認為苔蘚纖維能夠抑制癲癇發作通過激活抑制性中間神經元[5]。最近研究發現苔蘚纖維只是癲癇發作過程中出現的一種附帶病理現象，既不促進癲癇發作也不抑制癲癇發作[36]。雷帕霉素常用來檢驗苔蘚纖維出芽與癲癇關系。最新學者發現側腦室注射雷帕霉素能夠抑制匹羅卡品誘導癇性發作大鼠苔蘚纖維出芽，但對其慢性期癲癇放電頻率沒有影響[30, 37]。盡管之前研究在顳葉癲癇大鼠模型發現雷帕霉素能夠減少癲癇發作頻率，但不是所有[38-40]，因此雷帕霉素在癲癇中的作用是促癲癇還是抑制癲癇還不清楚，但這些研究都表明苔蘚纖維出芽不是致癇因素。
3 結語
顳葉癲癇患者都顯示腦部結構變化，特別是在海馬，結構的變化以及其他異常在一定程度上促進了癲癇的復發。因此，阻斷其中的某一變化，比如海馬苔蘚纖維出芽，可能對癲癇復發有一定影響；但一些癲癇相關的結構變化，例如海馬苔蘚纖維出芽就不是致癇因素。而至今未發現癲癇的復發歸因于某些異常變化。所以，顳葉癲癇最特征性突出重塑海馬苔蘚纖維變化在癲癇中的作用究竟如何，至今還未明確，深入探討其分子機制、阻斷其發展，以觀察其對癲癇影響，可以為臨床治療提供良好的思路，相信將來的研究將揭開答案。