癲癇作為一種常見的兒童神經系統疾病對患者及其家庭造成了沉重的負擔，目前精準、個體化的治療還有相當的困難。泛素蛋白酶體系統的異常在癲癇的發病中具有一定的作用，對它們之間關系的總結有利于更準確的診斷和治療。現從以下幾個方面進行綜述：①泛素蛋白酶體系統在伴有癲癇的特殊綜合征中的作用；②基于動物實驗的泛素蛋白酶體系統與癲癇相關性的研究。文章展示了臨床以及基礎研究中泛素蛋白酶體系統和癲癇之間的關聯性。在臨床表現上，泛素蛋白酶體系統的異常可以造成各種伴有癲癇的綜合征，或作為癲癇發生的生物標記物；在發病機制上，其異常可以通過促進神經元的興奮性或者凋亡進程造成癲癇的發生。表明泛素蛋白連接酶體系統異常是癲癇發生的原因之一。
引用本文： 劉夢佳, 鄒麗萍. 泛素蛋白酶體系統在癲癇機制的研究. 癲癇雜志, 2017, 3(2): 126-131. doi: 10.7507/2096-0247.20170018 復制
癲癇是一種十分常見的慢性神經系統疾病，對患者和其家庭都造成了沉重的影響。目前全世界有大約5 000萬的癲癇患者，并且這個發病率在發展中國家還要高于發達國家。雖然目前已經研制出了20多種抗癲癇藥物 (AEDs)，但是對于臨床醫生而言，想要針對性的、個體化的用藥還是非常具有挑戰性。癲癇的發生中既有遺傳因素的作用，也有環境因素的作用。如果不能弄清楚癲癇發生的具體原因，就不能找到有效的治療手段。對于單基因遺傳變異導致的癲癇，如果發現了致病的突變基因，就可以為將來找到有效的、針對性的治療手段提供一個比較明確的方向[1]。
結構錯誤的蛋白是很多神經退行性疾病發生的原因，比如多聚谷氨酰胺疾病和帕金森病等[2]。而泛素蛋白酶體系統是細胞內一種重要的不依賴于溶酶體的蛋白降解途徑。泛素蛋白酶體系統包括以下幾種酶的作用，泛素激活酶 (E1) 通過激活泛素將他傳遞給泛素轉移酶 (E2)，然后E2再將泛素轉移給泛素蛋白連接酶 (E3) 或者直接轉移給底物，而E3則負責將泛素轉移給特定的底物。最終異常蛋白會被蛋白酶體降解。泛素蛋白酶體系統在很多過程中都發揮重要的作用，比如細胞周期、信號傳導、抗原處理、突觸可塑性以及轉錄等[3]。
當某些病理改變造成泛素蛋白酶體系統功能的改變，使得蛋白的產生和降解平衡被打破的時候，就會造成不溶性的或者有毒性的蛋白聚合物的產生[4]。與泛素蛋白酶體系統有關的疾病一般是由于泛素蛋白酶體系統功能的異常或者異常蛋白累積過多造成的。
目前已經有許多研究表明了泛素蛋白酶體系統和癲癇之間是存在相關性的，對這一聯系的充分認識，可以讓臨床醫生對疾病的診斷、治療做出更精確的判斷。但是目前并沒有對相關內容進行總結的文章。本文主要是為了對泛素蛋白酶體系統和癲癇之間的關系進行總結，希望能夠增加臨床醫生對這一關系的認識和了解，并進一步促進臨床工作的開展。
1 泛素蛋白酶體系統在伴有癲癇的特殊綜合征中的作用
1.1 Lafora進行性肌陣攣癲癇
Lafora進行性肌陣攣癲癇又稱Lafora病 (Lafora disease，LD)，這是一種常染色體隱性遺傳病，會造成致死性的神經退行性病變，其主要特點是在體內的多個組織內都會出現多糖沉積物，也就是Lafora小體，例如腦、肝臟、皮膚等。該小體主要出現在核周體以及樹突部位，這可能和泛素蛋白酶體系統的異常有關[2]。其主要臨床表現為進展性的肌陣攣癲癇。這種疾病在青春期早期表現為刺激敏感性的癲癇大發作、失神發作、強直陣攣發作以及肌陣攣癲癇，之后又快速進展為嚴重的肌陣攣癲癇、精神異常、小腦共濟失調、癡呆、肌萎縮和呼吸衰竭[5, 6]。大多數患者在發病后10年內死亡。Laforin和Malin的變異與LD發病機制密切相關。Laforin是由EPM2A基因編碼的磷酸酶，是一種胞質內蛋白，可以和內質網以及核糖體進行聯系。Malin是由NHLRC1編碼的泛素蛋白連接酶，可以和Laforin相互作用并對其進行降解。當以上兩種基因發生變異的時候，會造成可能是通過以下這些途徑致LD發生的：① Laforin的磷酸化作用和Malin的泛素化作用可以同時作用在同一種蛋白上，在Laforin將該蛋白磷酸化之后，由Malin將這個蛋白泛素化降解，當發生變異的時候，就會造成這種蛋白的堆積[7, 8]；② Laforin和Malin還可以通過與熱休克蛋白 (Heat shock protein，HSP) 的相互作用調節熱休克應激反應，減少結構異常蛋白在體內的堆積[8, 9]; 熱休克應激是細胞在某種刺激的作用下而產生的快速的、幫助細胞應對刺激的反應，這個過程會造成結構異常蛋白質的表達，而同時在這個過程中會產生HSP，該蛋白對穩定蛋白質的結構具有重要作用[10]，研究表明Laforin和Malin對于HSP發揮作用是必須的[11]; 在LD患者的腦樣本中以及Laforin基因敲除的小鼠模型中，都出現了內質網應激反應標記物的增加[9]; 而HSP70的表達增加，可以緩解Malin變異造成的蛋白復合物堆積造成的毒性[2]。因此，HSP70也可以成為將來治療LD疾病的一個靶點；③除了變異的Malin會造成泛素蛋白酶體系統的異常外，野生型的Malin也會有形成聚合物的趨勢; 最近的研究顯示非變異型Malin也就是野生型的Malin，如果表達過多，也會造成聚合物的形成，這說明Malin本身也具有形成錯誤折疊的蛋白質聚合體的趨勢，這種聚集的過程并不是在發揮其泛素蛋白連接酶的作用，Malin需要和Laforin共同協調才能發揮泛素化降解的功能，當Malin發生變異的時候其形成聚合物的傾向會增強，更易于產生有毒性的蛋白聚合物[12]；④熱休克蛋白的羧基末端相互作用蛋白 (Carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein，CHIP) 對于Malin的表達具有一定的影響，CHIP作為一種泛素蛋白連接酶同樣具有穩定Malin的作用，它和Malin的相互作用并不是直接的，而是通過HSP70發生的，當CHIP表達量增加的時候，Malin的表達量也增加了[12]；⑤ Laforin和Malin形成的復合體可以對AMP依賴蛋白激酶 (Adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK) 進行泛素化，但是這種泛素化并不是促進AMPK的降解，而是促進了它的穩定性，它們所形成的是K63連接的泛素鏈，并不會導致蛋白質的降解，并且可能就是因為這種泛素化的過程并不導致蛋白質的降解，所以才會造成聚合物的堆積[13]；⑥ Laforin是一種葡萄糖合成酶激酶3(GSK3) 的磷酸化酶，而GSK3是糖原合成的抑制劑。因此Laforin可以抑制糖原合成; 而Malin也可以參與糖原合成，對糖原進行降解[14]，另外還有研究表明1型蛋白磷酸酶 (Protein phosphatase type 1，PP1) 是一種可以調節糖原合成的酶，其可通過對糖原合成過程中多種酶的去磷酸化造成糖原合成的激活，而Laforin可以對PP1進行磷酸化并促使其進一步被Malin泛素化降解，因此當Laforin或者Malin出現變異的時候就可以通過這個途徑造成體內糖原的堆積，致LD的發生[15]；⑦在Laforin或者Malin基因敲除的小鼠中，會出現自噬功能的異常，進而出現Lafora小體，造成Lafora型進行性肌陣攣癲癇的發生[16]；⑧有研究表明，mRNA的穩定性在許多疾病中都具有重要的作用，當其發生異常的時候，可能會造成神經退行性疾病；細胞內有一種調節mRNA穩定性的細胞結構叫做P小體，研究表明，Malin可以通過泛素蛋白酶體系統調節mRNA去帽降解酶1a (Decapping protein 1a，Dcp1a) 的降解，當Malin發生變異的時候可以造成Dcp1a表達水平的增加，這可能也是Malin的變異造成LD發生的原因[17]；⑨我們已經知道Laforin和Malin的變異會造成糖原的堆積，而mTOR信號通路可以感受細胞代謝情況的改變，細胞內糖原堆積會造成mTOR信號通路的激活，進而造成細胞自噬功能障礙，導致代謝產物的堆積[18]。
1.2 快樂木偶綜合癥
快樂木偶綜合癥又稱Angelman綜合征 (Angelman syndrome，AS) 是一種神經發育異常疾病，一般在生后1年內起病，主要表現為嚴重的發育延遲、胡言亂語、運動失調、腦電圖異常以及行為異常，例如容易發笑、拍手等。該病患病與否取決來源于母親的UBE3A基因是否發生喪失功能的突變。當UBE3A出現變異的時候會造成神經系統興奮抑制平衡被打破，從而造成神經系統興奮性的增高[19]。患有AS的兒童有90%出現了癲癇的表現，一般是在3歲以內，其嚴重程度和發作頻率會隨著發病年齡的不同而有所不同[20]。UBE3A作為一種泛素蛋白連接酶它可以識別特定的底物進行泛素化進而降解。有研究表明，CAMKII、EPHEXIN5、ARC、GAT1、α 1-NAKA、NAV1.6、ANKYRIN-G等蛋白的表達水平在模擬AS的神經元中發生了變化。這些蛋白可能是UBE3A的作用底物，但也可能這種變化是UBE3A間接造成的。UBE3A和AS之間關系密切，識別UBE3A的作用底物對于探索AS治療的研究方向具有重要的作用。
UBE3A的變異可能是通過以下這些機制造成AS：①目前已經確認由E6AP (也就是UBE3A) 泛素化的蛋白包括p53和HHR23A，當泛素化功能出現異常的時候，會出現p53的過度堆積，而p53過多會造成細胞功能的異常并且最終通過凋亡造成細胞的死亡，進而出現了AS的各種癥狀包括癲癇[21]；② UBE3A敲除后可以造成細胞骨架活性調節蛋白 (Activity-regulated cytoskeleton associated protein，Arc) 表達的增加，Arc可以在突觸發揮作用，使AMPA進入細胞內，因此減少Arc的表達量可以增加AMPA受體的表達水平，于是增加了神經元的興奮性，如果增加的是抑制性神經元的興奮性，就可以降低神經系統的興奮性進而減少癲癇的發作；但是Arc可能不是UBE3A的底物，它們可能只是共同調節AMPA受體的表達水平[22]；③在由UBE3A變異造成的AS患者中出現了繼發的非進行性持續性肌陣攣性腦病 (Myoclonic status in nonprogressive encephalopathy，MSNE)。該病主要表現為早發性、耐藥性癲癇，同時伴有暫時性或者復發性的運動、認知和行為異常[23]。
1.3 X連鎖的智力減退
X連鎖的智力減退 (X-linked mental retardation，XLMR) 是指由于X連鎖隱性遺傳基因缺陷造成的智力減退。該病男性患者多于女性，女性雜合患者較男性患者癥狀表現輕微。與其他智力減退疾病相比，該病的遺傳因素研究較透徹。目前認為有200種基因和該病相關，其中已經約有100種基因得到了確認。男性患者的智力減退中有16%為XLMR。該病包含許多X染色體相關、伴有智力減退的綜合征，例如脆性X智力減退綜合征、MASA綜合征等[24]。
有研究表明泛素蛋白連接酶CUL4B在許多代謝過程中都發揮著作用，例如細胞周期、染色質重塑以及神經系統發育等。這個基因中發生的錯意突變會造成XLMR[25]。
1.4 含有神經營養因子包涵體的家族性腦病
含有神經營養因子包涵體的家族性腦病 (Familial encephalopathy with neuroserpin inclusion bodies，FENIB) 是一種進展性的神經系統疾病，主要表現為智力減退以及癲癇發作。疾病初期，患者表現為注意力不集中，在疾病進展的過程中，逐漸表現出判斷能力、理解能力以及記憶能力的減退，最終會失去自理能力并需要他人照料。該病患者中發病年齡以及嚴重程度各不相同。表現嚴重的患者，會出現癲癇、突然發生的肌陣攣以及智力減退等，并且可以在青少年時期就發病。而表現較輕的，可以只表現為在四五十歲時發病的智力減退[26]。
神經源性絲氨酸蛋白酶抑制劑 (Neuroserpin) 對于神經元的發育以及相互之間的聯系的形成具有重要作用，這也說明其在學習記憶的過程中具有重要作用。當它發生變異的時候，結構異常的Neuroserpin會相互結合形成聚合物，此時其泛素化降解的過程要受到膽固醇合成水平的控制。當膽固醇合成水平增強的時候，會導致變異的Neuroserpin在體內堆積，進而造成FENIB[27]。
1.5 STAMBP與小頭畸形-毛細血管畸形綜合征
小頭畸形-毛細血管畸形綜合征 (Microcephaly-capillary malformation，MIC-CAP) 主要表現為散在的毛細血管畸形、嚴重的先天性小頭畸形、早發的難治性癲癇、全面發育遲緩、痙攣性四肢癱瘓、遠節指骨發育不良以及發育落后。該病患者中癲癇的發作形式多樣，可以表現為部分性、復雜部分性、強直以及嬰兒痙攣的發作，并且會在2年內逐漸穩定。該病主要是由STAMBP基因變異造成[28]。STAMBP基因可以編碼一種去泛素化異肽酶STAMBP，該蛋白對細胞表面受體的內呑以及分類匯總具有重要的作用。當該基因發生變異的時候，就會造成泛素化的蛋白聚合物增多，進而造成凋亡的增加和RAS-MAPK以及PI3K-AKT-mTOR信號通路的激活，進而導致MIC-CAP的發生[29]。
2 基于動物實驗的泛素蛋白酶體系統與癲癇相關性的研究
2.1 泛素蛋白酶體系統與神經元興奮性
2.1.1 Cul3與谷氨酸門控離子通道
Cul3和Cul1具有相似的結構和功能，而Cul1是Skp1/Cul1/Fbox (SCF) 蛋白復合體的組成成分，這是一種RING結構泛素蛋白連接酶[30]。有研究表明，在Cul3基因敲除的老鼠中發現GluR6表達量的增高，這說明Cul3具有可以降解海藻氨酸受體的功能。而海藻氨酸受體在突觸前后都有所表達，它在癲癇的發生中具有重要的作用。其中GluR6作為海藻氨酸受體中的一種亞型，可以通過對鉀離子電流的調控來調節神經元的興奮性[31]。
Wang等[32]通過對癲癇患者以及正常人的基因數據庫進行生物信息學分析，比較后發現Cul3作為一種泛素蛋白連接酶復合體的組成成分，具有相當高的差異性。其他的研究也表明Cul3在癲癇患者中具有表達差異，另外泛素蛋白連接酶還可以影響中樞神經系統的突觸功能以及海藻氨酸受體的穩定性[33]。以上這些結果都表明，Cul3可能在癲癇的發生中具有重要的作用。
Cul3的變異可能是通過以下途徑造成癲癇的發生的：①研究表明Actinifilin和Cul3一起調控GluR6的表達，在降低了Actinifilin的表達水平之后，Cul3的表達量雖然會增加，但是會失去活性，進而造成GluR6在突觸表達量的增加；② Actinifilin-Cul3可以通過Shank3來調節樹突的發育以及突觸KAR的定位[33]；Actinifilin除了上述作用外，還具有調節皮層神經元樹突形成的作用[33]。在Actinifilin以及Cul3表達量降低之后都可以導致Shank3表達的增加；而Shank3表達的增加，不僅可以增加樹突的數量，還可以增加GluR6在樹突的表達量。
2.1.2 Mind bomb突變與GABA受體
突變會造成泛素蛋白連接酶功能的異常，進而造成Notch信號通路功能障礙，而Notch信號通路對于生長發育的調控是非常重要的。這個變異會造成神經元數量的增多以及神經元前體細胞的減少。有研究表明在發生Mind bomb基因變異缺陷的斑馬魚模型中會出現癲癇發作的表現，這可能和GABA相關的信號通路異常有關[34]。
2.1.3 NEDD4-2與鈉離子通道
NEDD4-2作為一種泛素蛋白連接酶它在離子通道以及突觸囊泡的循環中具有重要的作用。同時它也和光敏感癲癇的發生有關[35]。在對內側顳葉癲癇 (Mesial temporal lobe epilepsy，MTLE) 發病機制的研究中發現，當抑制了泛素蛋白酶體系統的時候，就會造成更早以及更頻繁的癲癇發作、更多的神經元死亡以及更加明顯的異常苔蘚纖維發芽。當泛素化受到抑制的時候，NEDD4-2的激活程度會增加，并且進一步激活鈉離子通道，導致癲癇的發生更加嚴重[36]。
2.1.4 CRL4A與鉀離子通道
CRL4A是一種泛素蛋白連接酶，它可以對鈣離子通道以及電壓門控的鉀離子通道進行泛素化并將其定位于內質網。有研究顯示，當讓小鼠的CRL4A基因發生變異的時候，就會導致去泛素化的電壓門控的鉀離子通道從內質網釋放到質膜，從而增加離子通道的活性，進而造成這些小鼠對癲癇刺激的易感性增加[37]。
2.2 泛素蛋白酶體系統與神經元凋亡
2.2.1 CHOP與p53
CHOP是一種轉錄因子，當存在結構異常蛋白的時候會激活。它可以通過增強促進凋亡的因子，同時降低抑制凋亡的因子導致凋亡的發生。目前認為對CHOP進行抑制，具有神經保護作用。而MDM2就是CHOP的下游信號分子。MDM2可以通過調節p53的泛素化降解來調節細胞凋亡的過程[38]。在CHOP敲除的動物中，沒有發現誘發癲癇后MDM2表達的變化，在誘發強直陣攣發作后，動物模型中檢測到p53水平的增加，并且在誘發發作后發現神經元細胞死亡數量更多。除此之外，誘發癲癇后其記憶能力比野生型誘發癲癇的小鼠要差[39, 40]。
2.2.2 Bcl-2泛素化與凋亡
Bcl-2可以調節鈣平衡、抑制氧化因子、拮抗促進凋亡的因子、阻止細胞色素c的釋放以及防止caspase-9和caspase-3的激活，進而抑制凋亡過程。Bcl-2的降解主要是通過泛素蛋白酶體系完成。在應用海藻氨酸造成癲癇之后，可以通過GluR6-KA通路造成Bcl-2泛素化降解的增加，進而造成神經細胞凋亡的增加[41]。
2.3 泛素羧基末端水解酶L1可作為癲癇的生物標記物
泛素羧基末端水解酶L1(Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，UCH-L1) 是一種去泛素化酶，并且主要表達在神經系統，已經有研究表明在腦脊液以及血液中UCH-L1表達水平的增加可以提示存在神經元的損傷以及血腦屏障通透性的增強。之后又有研究證明了在癲癇發生后，血液以及腦脊液中其表達水平會增加，并且會隨著癲癇發生后取樣時間的推遲，而逐漸降低。對于癲癇發生后生物標記物的研究，會幫助臨床醫生進行更準確的診斷以及治療的選擇[42, 43]。
2.4 Cbl變異激活Ras/MAPK信號通路
Cbl基因可以編碼泛素蛋白連接酶并且對Ras/MAPK信號通路具有重要的調節作用，當該基因發生突變的時候，就會導致神經元發育的異常，并且出現嚴重的癲癇。Hilary等[44]對早發癲癇患者進行的全基因組測序發現一患者具有該基因的變異。
3 結語
泛素蛋白酶體系統出現異常可以造成各種異常結構蛋白的堆積，進而導致癲癇易感性的增強或者癲癇的發生。另外，泛素蛋白酶體系統的成分還可以作為疾病預后的標志或者疾病發生的生物標記物。有關的研究很多還處于基礎實驗的階段，但是也可為新的癲癇治療手段研究提供依據、指導方向。有些疾病的發生具有很多可能機制，確切的機制尚不明確，因此這一領域還需要更多研究力量的投入，需要更多臨床研究的支持，其也會為更準確的癲癇診斷、治療選擇以及預后判斷提供幫助。
癲癇是一種十分常見的慢性神經系統疾病，對患者和其家庭都造成了沉重的影響。目前全世界有大約5 000萬的癲癇患者，并且這個發病率在發展中國家還要高于發達國家。雖然目前已經研制出了20多種抗癲癇藥物 (AEDs)，但是對于臨床醫生而言，想要針對性的、個體化的用藥還是非常具有挑戰性。癲癇的發生中既有遺傳因素的作用，也有環境因素的作用。如果不能弄清楚癲癇發生的具體原因，就不能找到有效的治療手段。對于單基因遺傳變異導致的癲癇，如果發現了致病的突變基因，就可以為將來找到有效的、針對性的治療手段提供一個比較明確的方向[1]。
結構錯誤的蛋白是很多神經退行性疾病發生的原因，比如多聚谷氨酰胺疾病和帕金森病等[2]。而泛素蛋白酶體系統是細胞內一種重要的不依賴于溶酶體的蛋白降解途徑。泛素蛋白酶體系統包括以下幾種酶的作用，泛素激活酶 (E1) 通過激活泛素將他傳遞給泛素轉移酶 (E2)，然后E2再將泛素轉移給泛素蛋白連接酶 (E3) 或者直接轉移給底物，而E3則負責將泛素轉移給特定的底物。最終異常蛋白會被蛋白酶體降解。泛素蛋白酶體系統在很多過程中都發揮重要的作用，比如細胞周期、信號傳導、抗原處理、突觸可塑性以及轉錄等[3]。
當某些病理改變造成泛素蛋白酶體系統功能的改變，使得蛋白的產生和降解平衡被打破的時候，就會造成不溶性的或者有毒性的蛋白聚合物的產生[4]。與泛素蛋白酶體系統有關的疾病一般是由于泛素蛋白酶體系統功能的異常或者異常蛋白累積過多造成的。
目前已經有許多研究表明了泛素蛋白酶體系統和癲癇之間是存在相關性的，對這一聯系的充分認識，可以讓臨床醫生對疾病的診斷、治療做出更精確的判斷。但是目前并沒有對相關內容進行總結的文章。本文主要是為了對泛素蛋白酶體系統和癲癇之間的關系進行總結，希望能夠增加臨床醫生對這一關系的認識和了解，并進一步促進臨床工作的開展。
1 泛素蛋白酶體系統在伴有癲癇的特殊綜合征中的作用
1.1 Lafora進行性肌陣攣癲癇
Lafora進行性肌陣攣癲癇又稱Lafora病 (Lafora disease，LD)，這是一種常染色體隱性遺傳病，會造成致死性的神經退行性病變，其主要特點是在體內的多個組織內都會出現多糖沉積物，也就是Lafora小體，例如腦、肝臟、皮膚等。該小體主要出現在核周體以及樹突部位，這可能和泛素蛋白酶體系統的異常有關[2]。其主要臨床表現為進展性的肌陣攣癲癇。這種疾病在青春期早期表現為刺激敏感性的癲癇大發作、失神發作、強直陣攣發作以及肌陣攣癲癇，之后又快速進展為嚴重的肌陣攣癲癇、精神異常、小腦共濟失調、癡呆、肌萎縮和呼吸衰竭[5, 6]。大多數患者在發病后10年內死亡。Laforin和Malin的變異與LD發病機制密切相關。Laforin是由EPM2A基因編碼的磷酸酶，是一種胞質內蛋白，可以和內質網以及核糖體進行聯系。Malin是由NHLRC1編碼的泛素蛋白連接酶，可以和Laforin相互作用并對其進行降解。當以上兩種基因發生變異的時候，會造成可能是通過以下這些途徑致LD發生的：① Laforin的磷酸化作用和Malin的泛素化作用可以同時作用在同一種蛋白上，在Laforin將該蛋白磷酸化之后，由Malin將這個蛋白泛素化降解，當發生變異的時候，就會造成這種蛋白的堆積[7, 8]；② Laforin和Malin還可以通過與熱休克蛋白 (Heat shock protein，HSP) 的相互作用調節熱休克應激反應，減少結構異常蛋白在體內的堆積[8, 9]; 熱休克應激是細胞在某種刺激的作用下而產生的快速的、幫助細胞應對刺激的反應，這個過程會造成結構異常蛋白質的表達，而同時在這個過程中會產生HSP，該蛋白對穩定蛋白質的結構具有重要作用[10]，研究表明Laforin和Malin對于HSP發揮作用是必須的[11]; 在LD患者的腦樣本中以及Laforin基因敲除的小鼠模型中，都出現了內質網應激反應標記物的增加[9]; 而HSP70的表達增加，可以緩解Malin變異造成的蛋白復合物堆積造成的毒性[2]。因此，HSP70也可以成為將來治療LD疾病的一個靶點；③除了變異的Malin會造成泛素蛋白酶體系統的異常外，野生型的Malin也會有形成聚合物的趨勢; 最近的研究顯示非變異型Malin也就是野生型的Malin，如果表達過多，也會造成聚合物的形成，這說明Malin本身也具有形成錯誤折疊的蛋白質聚合體的趨勢，這種聚集的過程并不是在發揮其泛素蛋白連接酶的作用，Malin需要和Laforin共同協調才能發揮泛素化降解的功能，當Malin發生變異的時候其形成聚合物的傾向會增強，更易于產生有毒性的蛋白聚合物[12]；④熱休克蛋白的羧基末端相互作用蛋白 (Carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein，CHIP) 對于Malin的表達具有一定的影響，CHIP作為一種泛素蛋白連接酶同樣具有穩定Malin的作用，它和Malin的相互作用并不是直接的，而是通過HSP70發生的，當CHIP表達量增加的時候，Malin的表達量也增加了[12]；⑤ Laforin和Malin形成的復合體可以對AMP依賴蛋白激酶 (Adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK) 進行泛素化，但是這種泛素化并不是促進AMPK的降解，而是促進了它的穩定性，它們所形成的是K63連接的泛素鏈，并不會導致蛋白質的降解，并且可能就是因為這種泛素化的過程并不導致蛋白質的降解，所以才會造成聚合物的堆積[13]；⑥ Laforin是一種葡萄糖合成酶激酶3(GSK3) 的磷酸化酶，而GSK3是糖原合成的抑制劑。因此Laforin可以抑制糖原合成; 而Malin也可以參與糖原合成，對糖原進行降解[14]，另外還有研究表明1型蛋白磷酸酶 (Protein phosphatase type 1，PP1) 是一種可以調節糖原合成的酶，其可通過對糖原合成過程中多種酶的去磷酸化造成糖原合成的激活，而Laforin可以對PP1進行磷酸化并促使其進一步被Malin泛素化降解，因此當Laforin或者Malin出現變異的時候就可以通過這個途徑造成體內糖原的堆積，致LD的發生[15]；⑦在Laforin或者Malin基因敲除的小鼠中，會出現自噬功能的異常，進而出現Lafora小體，造成Lafora型進行性肌陣攣癲癇的發生[16]；⑧有研究表明，mRNA的穩定性在許多疾病中都具有重要的作用，當其發生異常的時候，可能會造成神經退行性疾病；細胞內有一種調節mRNA穩定性的細胞結構叫做P小體，研究表明，Malin可以通過泛素蛋白酶體系統調節mRNA去帽降解酶1a (Decapping protein 1a，Dcp1a) 的降解，當Malin發生變異的時候可以造成Dcp1a表達水平的增加，這可能也是Malin的變異造成LD發生的原因[17]；⑨我們已經知道Laforin和Malin的變異會造成糖原的堆積，而mTOR信號通路可以感受細胞代謝情況的改變，細胞內糖原堆積會造成mTOR信號通路的激活，進而造成細胞自噬功能障礙，導致代謝產物的堆積[18]。
1.2 快樂木偶綜合癥
快樂木偶綜合癥又稱Angelman綜合征 (Angelman syndrome，AS) 是一種神經發育異常疾病，一般在生后1年內起病，主要表現為嚴重的發育延遲、胡言亂語、運動失調、腦電圖異常以及行為異常，例如容易發笑、拍手等。該病患病與否取決來源于母親的UBE3A基因是否發生喪失功能的突變。當UBE3A出現變異的時候會造成神經系統興奮抑制平衡被打破，從而造成神經系統興奮性的增高[19]。患有AS的兒童有90%出現了癲癇的表現，一般是在3歲以內，其嚴重程度和發作頻率會隨著發病年齡的不同而有所不同[20]。UBE3A作為一種泛素蛋白連接酶它可以識別特定的底物進行泛素化進而降解。有研究表明，CAMKII、EPHEXIN5、ARC、GAT1、α 1-NAKA、NAV1.6、ANKYRIN-G等蛋白的表達水平在模擬AS的神經元中發生了變化。這些蛋白可能是UBE3A的作用底物，但也可能這種變化是UBE3A間接造成的。UBE3A和AS之間關系密切，識別UBE3A的作用底物對于探索AS治療的研究方向具有重要的作用。
UBE3A的變異可能是通過以下這些機制造成AS：①目前已經確認由E6AP (也就是UBE3A) 泛素化的蛋白包括p53和HHR23A，當泛素化功能出現異常的時候，會出現p53的過度堆積，而p53過多會造成細胞功能的異常并且最終通過凋亡造成細胞的死亡，進而出現了AS的各種癥狀包括癲癇[21]；② UBE3A敲除后可以造成細胞骨架活性調節蛋白 (Activity-regulated cytoskeleton associated protein，Arc) 表達的增加，Arc可以在突觸發揮作用，使AMPA進入細胞內，因此減少Arc的表達量可以增加AMPA受體的表達水平，于是增加了神經元的興奮性，如果增加的是抑制性神經元的興奮性，就可以降低神經系統的興奮性進而減少癲癇的發作；但是Arc可能不是UBE3A的底物，它們可能只是共同調節AMPA受體的表達水平[22]；③在由UBE3A變異造成的AS患者中出現了繼發的非進行性持續性肌陣攣性腦病 (Myoclonic status in nonprogressive encephalopathy，MSNE)。該病主要表現為早發性、耐藥性癲癇，同時伴有暫時性或者復發性的運動、認知和行為異常[23]。
1.3 X連鎖的智力減退
X連鎖的智力減退 (X-linked mental retardation，XLMR) 是指由于X連鎖隱性遺傳基因缺陷造成的智力減退。該病男性患者多于女性，女性雜合患者較男性患者癥狀表現輕微。與其他智力減退疾病相比，該病的遺傳因素研究較透徹。目前認為有200種基因和該病相關，其中已經約有100種基因得到了確認。男性患者的智力減退中有16%為XLMR。該病包含許多X染色體相關、伴有智力減退的綜合征，例如脆性X智力減退綜合征、MASA綜合征等[24]。
有研究表明泛素蛋白連接酶CUL4B在許多代謝過程中都發揮著作用，例如細胞周期、染色質重塑以及神經系統發育等。這個基因中發生的錯意突變會造成XLMR[25]。
1.4 含有神經營養因子包涵體的家族性腦病
含有神經營養因子包涵體的家族性腦病 (Familial encephalopathy with neuroserpin inclusion bodies，FENIB) 是一種進展性的神經系統疾病，主要表現為智力減退以及癲癇發作。疾病初期，患者表現為注意力不集中，在疾病進展的過程中，逐漸表現出判斷能力、理解能力以及記憶能力的減退，最終會失去自理能力并需要他人照料。該病患者中發病年齡以及嚴重程度各不相同。表現嚴重的患者，會出現癲癇、突然發生的肌陣攣以及智力減退等，并且可以在青少年時期就發病。而表現較輕的，可以只表現為在四五十歲時發病的智力減退[26]。
神經源性絲氨酸蛋白酶抑制劑 (Neuroserpin) 對于神經元的發育以及相互之間的聯系的形成具有重要作用，這也說明其在學習記憶的過程中具有重要作用。當它發生變異的時候，結構異常的Neuroserpin會相互結合形成聚合物，此時其泛素化降解的過程要受到膽固醇合成水平的控制。當膽固醇合成水平增強的時候，會導致變異的Neuroserpin在體內堆積，進而造成FENIB[27]。
1.5 STAMBP與小頭畸形-毛細血管畸形綜合征
小頭畸形-毛細血管畸形綜合征 (Microcephaly-capillary malformation，MIC-CAP) 主要表現為散在的毛細血管畸形、嚴重的先天性小頭畸形、早發的難治性癲癇、全面發育遲緩、痙攣性四肢癱瘓、遠節指骨發育不良以及發育落后。該病患者中癲癇的發作形式多樣，可以表現為部分性、復雜部分性、強直以及嬰兒痙攣的發作，并且會在2年內逐漸穩定。該病主要是由STAMBP基因變異造成[28]。STAMBP基因可以編碼一種去泛素化異肽酶STAMBP，該蛋白對細胞表面受體的內呑以及分類匯總具有重要的作用。當該基因發生變異的時候，就會造成泛素化的蛋白聚合物增多，進而造成凋亡的增加和RAS-MAPK以及PI3K-AKT-mTOR信號通路的激活，進而導致MIC-CAP的發生[29]。
2 基于動物實驗的泛素蛋白酶體系統與癲癇相關性的研究
2.1 泛素蛋白酶體系統與神經元興奮性
2.1.1 Cul3與谷氨酸門控離子通道
Cul3和Cul1具有相似的結構和功能，而Cul1是Skp1/Cul1/Fbox (SCF) 蛋白復合體的組成成分，這是一種RING結構泛素蛋白連接酶[30]。有研究表明，在Cul3基因敲除的老鼠中發現GluR6表達量的增高，這說明Cul3具有可以降解海藻氨酸受體的功能。而海藻氨酸受體在突觸前后都有所表達，它在癲癇的發生中具有重要的作用。其中GluR6作為海藻氨酸受體中的一種亞型，可以通過對鉀離子電流的調控來調節神經元的興奮性[31]。
Wang等[32]通過對癲癇患者以及正常人的基因數據庫進行生物信息學分析，比較后發現Cul3作為一種泛素蛋白連接酶復合體的組成成分，具有相當高的差異性。其他的研究也表明Cul3在癲癇患者中具有表達差異，另外泛素蛋白連接酶還可以影響中樞神經系統的突觸功能以及海藻氨酸受體的穩定性[33]。以上這些結果都表明，Cul3可能在癲癇的發生中具有重要的作用。
Cul3的變異可能是通過以下途徑造成癲癇的發生的：①研究表明Actinifilin和Cul3一起調控GluR6的表達，在降低了Actinifilin的表達水平之后，Cul3的表達量雖然會增加，但是會失去活性，進而造成GluR6在突觸表達量的增加；② Actinifilin-Cul3可以通過Shank3來調節樹突的發育以及突觸KAR的定位[33]；Actinifilin除了上述作用外，還具有調節皮層神經元樹突形成的作用[33]。在Actinifilin以及Cul3表達量降低之后都可以導致Shank3表達的增加；而Shank3表達的增加，不僅可以增加樹突的數量，還可以增加GluR6在樹突的表達量。
2.1.2 Mind bomb突變與GABA受體
突變會造成泛素蛋白連接酶功能的異常，進而造成Notch信號通路功能障礙，而Notch信號通路對于生長發育的調控是非常重要的。這個變異會造成神經元數量的增多以及神經元前體細胞的減少。有研究表明在發生Mind bomb基因變異缺陷的斑馬魚模型中會出現癲癇發作的表現，這可能和GABA相關的信號通路異常有關[34]。
2.1.3 NEDD4-2與鈉離子通道
NEDD4-2作為一種泛素蛋白連接酶它在離子通道以及突觸囊泡的循環中具有重要的作用。同時它也和光敏感癲癇的發生有關[35]。在對內側顳葉癲癇 (Mesial temporal lobe epilepsy，MTLE) 發病機制的研究中發現，當抑制了泛素蛋白酶體系統的時候，就會造成更早以及更頻繁的癲癇發作、更多的神經元死亡以及更加明顯的異常苔蘚纖維發芽。當泛素化受到抑制的時候，NEDD4-2的激活程度會增加，并且進一步激活鈉離子通道，導致癲癇的發生更加嚴重[36]。
2.1.4 CRL4A與鉀離子通道
CRL4A是一種泛素蛋白連接酶，它可以對鈣離子通道以及電壓門控的鉀離子通道進行泛素化并將其定位于內質網。有研究顯示，當讓小鼠的CRL4A基因發生變異的時候，就會導致去泛素化的電壓門控的鉀離子通道從內質網釋放到質膜，從而增加離子通道的活性，進而造成這些小鼠對癲癇刺激的易感性增加[37]。
2.2 泛素蛋白酶體系統與神經元凋亡
2.2.1 CHOP與p53
CHOP是一種轉錄因子，當存在結構異常蛋白的時候會激活。它可以通過增強促進凋亡的因子，同時降低抑制凋亡的因子導致凋亡的發生。目前認為對CHOP進行抑制，具有神經保護作用。而MDM2就是CHOP的下游信號分子。MDM2可以通過調節p53的泛素化降解來調節細胞凋亡的過程[38]。在CHOP敲除的動物中，沒有發現誘發癲癇后MDM2表達的變化，在誘發強直陣攣發作后，動物模型中檢測到p53水平的增加，并且在誘發發作后發現神經元細胞死亡數量更多。除此之外，誘發癲癇后其記憶能力比野生型誘發癲癇的小鼠要差[39, 40]。
2.2.2 Bcl-2泛素化與凋亡
Bcl-2可以調節鈣平衡、抑制氧化因子、拮抗促進凋亡的因子、阻止細胞色素c的釋放以及防止caspase-9和caspase-3的激活，進而抑制凋亡過程。Bcl-2的降解主要是通過泛素蛋白酶體系完成。在應用海藻氨酸造成癲癇之后，可以通過GluR6-KA通路造成Bcl-2泛素化降解的增加，進而造成神經細胞凋亡的增加[41]。
2.3 泛素羧基末端水解酶L1可作為癲癇的生物標記物
泛素羧基末端水解酶L1(Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，UCH-L1) 是一種去泛素化酶，并且主要表達在神經系統，已經有研究表明在腦脊液以及血液中UCH-L1表達水平的增加可以提示存在神經元的損傷以及血腦屏障通透性的增強。之后又有研究證明了在癲癇發生后，血液以及腦脊液中其表達水平會增加，并且會隨著癲癇發生后取樣時間的推遲，而逐漸降低。對于癲癇發生后生物標記物的研究，會幫助臨床醫生進行更準確的診斷以及治療的選擇[42, 43]。
2.4 Cbl變異激活Ras/MAPK信號通路
Cbl基因可以編碼泛素蛋白連接酶并且對Ras/MAPK信號通路具有重要的調節作用，當該基因發生突變的時候，就會導致神經元發育的異常，并且出現嚴重的癲癇。Hilary等[44]對早發癲癇患者進行的全基因組測序發現一患者具有該基因的變異。
3 結語
泛素蛋白酶體系統出現異常可以造成各種異常結構蛋白的堆積，進而導致癲癇易感性的增強或者癲癇的發生。另外，泛素蛋白酶體系統的成分還可以作為疾病預后的標志或者疾病發生的生物標記物。有關的研究很多還處于基礎實驗的階段，但是也可為新的癲癇治療手段研究提供依據、指導方向。有些疾病的發生具有很多可能機制，確切的機制尚不明確，因此這一領域還需要更多研究力量的投入，需要更多臨床研究的支持，其也會為更準確的癲癇診斷、治療選擇以及預后判斷提供幫助。