癲癇是神經系統的常見疾病之一，其發病機制十分復雜，目前尚未完全闡明。近年來關于癲癇發病機制的研究表明，癲癇的發生與離子通道、神經遞質、突觸連接、神經血管單元以及神經膠質細胞等均存在密切聯系。為深入理解癲癇發病機制，為癲癇的診斷、預防與治療提供必要的理論依據，文章將從以上方面對癲癇發生機制的研究作一綜述。
引用本文： 楊華俊, 郭安臣, 王群. 癲癇的發病機制研究. 癲癇雜志, 2017, 3(2): 132-136. doi: 10.7507/2096-0247.20170019 復制
癲癇是神經系統疾病中的常見病之一，在神經系統疾病中發病率僅次于腦血管疾病。全球約有7 000萬癲癇患者，其中90%以上的位于低、中等收入國家[1]。癲癇的發病機制十分復雜，目前還并未完全闡明，而普遍接受的學說是中樞神經系統興奮與抑制的失衡。近年來關于癲癇發病機制的研究表明，這種興奮與抑制的不平衡主要與離子通道、突觸傳遞及神經膠質細胞的改變有關，另外一些免疫及內分泌因素也參與其中。以下將對癲癇發病機制方面的研究作詳細介紹。
1 離子通道
離子通道作為體內組織的興奮性調節的結構基礎，與癲癇的發生關系密切，目前的觀點認為很多的特發性癲癇是一種“離子通道病”。當編碼離子通道蛋白的基因發生突變時，可對離子通道的功能產生影響，從而引起神經組織興奮性的異常改變，導致癲癇的發生。而其中鈉、鉀、鈣離子通道與癲癇的相關性較為明確。
1.1 鈉離子通道
電壓門控鈉通道是一類鑲嵌在膜內的糖蛋白，無論是在細胞動作電位的產生還是傳播的過程中都起著非常重要的作用。鈉離子通道通常是由α、β1和β2 3個亞基構成。其中α亞基是鈉離子通道的功能性亞單位，它由4個高度相似的同源結構域組成一個中心孔道，其中結構域Ⅰ和Ⅱ的細胞內連接環，含有多個蛋白激酶的磷酸化位點，對于通道的調節起重要作用，而結構域Ⅲ和Ⅳ的細胞內連接環則充當通道失活化門控襻，可以電壓依賴性地進入鈉通道的內口，從而使通道失活[2]。α亞基是由同一家族的9個基因編碼，其中Nav1.1(SCNlA)，Nav1.2(SCN2A)，Nav1.3 (SCN3A) 和Nav1.6 (SCN8A) 主要在中樞神經系統表達[3]。β亞基通常被認為是α亞基的輔助性單位，具有調節α亞基表達及功能的特性。β亞基可以通過改變電壓敏感性、調節失活過程以及細胞膜上的定位，進而調控α亞基的功能。現已發現4種亞型 (β1~β4)，相應的編碼基因分別為SCNlB，SCN2B，SCN3B和SCN4B；成人中樞神經系統中α亞基一般連有β1和β2兩個β亞基[4]。伴熱性驚厥的全身性癲癇 (Generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+) 是一種常染色體顯性遺傳的原發性全身性癲癇。早在1998年，Wallace等在一個大的家系研究中發現，GEFS+是由基因SCNlB的點突變所致[5]。SCNlB基因的點突變導致鈉通道β亞基細胞外免疫球蛋白折疊結構域中的半胱氨酸殘基被色氨酸殘基取代，從而影響了β亞基對α亞基的調節功能，導致鈉通道反復開放，引起神經元的持久過度興奮。而近年來的研究顯示，SCNlA基因的突變也可引起GEFS+，GEFS+相關的SCNlA突變為錯義突變，鈉通道跨膜蛋白的部分氨基酸被替換，以致鈉通道的失活或復活異常，最終導致中樞神經系統興奮性的異常改變[6]。此外，關于SCN2A、SCN3A、SCN5A、SCN8A等基因的研究顯示其與不同表型的癲癇存在相關性[7]。
1.2 鉀離子通道
鉀離子通道是分布最廣、類型最多的一類離子通道，它存在于所有的真核細胞，主要參與細胞膜靜息電位和動作電位復極化過程的調節，決定著動作電位的發放頻率和幅度。電壓門控性鉀通道是由2個α亞基和2個β亞基組成的四聚體，α亞基構成通道孔，而β亞基則對于鉀通道準確的細胞膜定位，以及維持鉀通道正常的生物物理學特性起著非常重要的作用。目前已明確編碼電壓門控性鉀通道的基因主要包括KCNQl、KCNQ2、KCNQ3和KCNQ4；α亞基至少有6種不同的基因編碼 (KCNAl-6)，而β亞基至少有3個基因編碼 (KCNABl-3)。鉀通道編碼基因的突變與癲癇的發生存在著密切的聯系。良性家族性新生兒驚厥 (Benign familial neonatal seizures，BFNC) 是另一少見的呈常染色體顯性遺傳的原發性全身性癲癇，主要表現為出生后2~3 d出現陣攣性或窒息性發作，在數周至數月后癥狀消失。Singh等在1989年首先報道BFNC是由染色體20q13.3位點上的電壓門控鉀通道基因KCNQ2或8q24位點上的KCNQ3突變所致[8]。研究發現BFNC是由KCNQ2和KCNQ3兩基因中任意一個突變造成的，二者表達產物裝配所形成的二聚體可能就是M通道。M通道是一種慢激活/失活的電壓門控性鉀通道，在調節神經元的興奮性上起重要作用。M通道主要調節神經元閾下的電興奮性，由于其緩慢的動力學性質，可導致細胞在接受興奮性沖動后只產生一個延遲性的動作電位，若阻斷M通道則可使神經元輕度去極化，并在接受興奮性沖動后產生多個動作電位。KCNQ2或KCNQ3基因的突變都可導致M電流減弱或消失，從而導致神經元興奮性異常增高。另外，有研究發現編碼β亞基的KCNAB2基因的缺失可增加癲癇的易感性和嚴重程度，其原因可能是β亞基的減少會直接導致細胞膜表面功能性通道的減少，引起動作電位的延長，鉀離子內流和神經遞質釋放的增加，引起神經元過度興奮，因此，KCNAB2基因也被視為是引起癲癇的候選基因之一[9]。
1.3 鈣離子通道
鈣通道廣泛存在于機體的不同類型組織細胞中，參與神經、肌肉、內分泌和生殖等系統的生理過程。鈣離子的內流與陣發性去極化漂移、神經元同步放電以及抑制性突觸后電位形成有關。有研究用鈣離子成像的方法觀察了神經元參與癲癇發作的情況，證實鈣離子的快速內流和細胞去極化有關，當去極化達到一定程度時可觸發鈣離子內流，從而爆發一系列迅速的去極化過程[10]。鈣離子通道主要包括兩類：電壓門控性鈣通道和配體門控性鈣通道。
1.3.1 電壓門控性鈣離子通道
電壓依賴性鈣通道 (Voltage-gated calcium channels，VGCCs) 是鈣離子內流的主要途徑，參與鈣離子的細胞內興奮作用以及多種鈣離子依賴的過程，在癲癇的發生機制中占有重要地位。VGCCs分為高電壓依賴性 (High-voltage-activated，HVA) 和低電壓依賴性 (Low-voltage-activated，LVA) 鈣通道。HVA鈣通道由α1、β、γ、α2δ 4個亞基構成，其中α1為功能亞基，β、γ、α2δ為輔助亞基。LVA鈣通道僅由α1亞單位組成。鈣離子通道的改變促使丘腦皮質及邊緣系統的鈣電流增加，使神經細胞興奮性改變，增加癲癇易感性[11]。目前在小鼠已發現4種表現為失神癲癇的自發性突變是由編碼電壓門控鈣離子通道不同亞基的基因突變引起的。但在人群中T型鈣離子通道基因變異的研究還很局限，新發現的突變位點不多，而且還需在不同的人群中大樣本驗證。
1.3.2 配體門控性鈣離子通道
配體門控性鈣離子通道是由不同的神經遞質 (如乙酰膽堿、甘氨酸和谷氨酸等) 激活的鈣離子通道，有開放、關閉和失活3種狀態。例如神經煙堿乙酰膽堿 (nAch) 受體是由2個α亞基和3個β亞基組成的五聚體，目前已發現8種α亞基亞型和3種β亞基亞型，而各種亞型在腦中的分布和含量不同。研究表明常染色體顯性遺傳夜間發作性額葉癲癇 (Autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy，ADNFLE) 與分別編碼α4和β2亞基的CHRNα4和CHRNβ2基因的突變相關。在對一個6代出現27名受累個體的澳大利亞ADNFLE家系的連鎖分析也顯示該疾病性狀與上述基因所在的染色體20q13.2相連鎖[4]。
總之，無論是由何種原因引起的癲癇，其發病機制中的最后通路都是電解質的分布和轉運的異常改變。膜電位取決于細胞內外的離子分布，神經元活動過度、能量代謝受抑制、膜的通透性增加、陽離子泵受抑制、興奮性遞質過多或抑制性遞質過少等情況下引起離子泵或離子通道的功能紊亂，均可能使神經元興奮性增高，發生長時間去極化和陣發性放電，進而引起癇性發作。
2 神經突觸傳遞與連接
2.1 神經遞質
2.1.1 氨基酸類
目前已知與癲癇關系密切的氨基酸有谷氨酸、γ-氨基丁酸 (γ-Aminobutyris，GABA)、甘氨酸、天冬氨酸及牛磺酸等，其中谷氨酸、天冬氨酸、牛磺酸等對癲癇發作起促進作用，GABA、甘氨酸等對癲癇發作起抑制作用，而在其中作用最為重要的是谷氨酸與GABA。①谷氨酸及其受體：谷氨酸是腦內最重要的興奮性遞質，一直被認為與癲癇發生密切相關。其受體分為離子型和代謝型兩類。前者又包括：N-甲基-D-天冬氨酸受體 (N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)、海人藻酸受體 (Kainate receptor，KAR) 和氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體 (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid receptor，AMPAR)，由于與離子通道偶聯，因此它們與神經元異常放電直接相關。在戊四唑 (Pentylenetetrazole，PTZ) 點燃癲癇模型的研究中發現，隨著點燃級別的進展，谷氨酸的表達呈先增加后降低的趨勢，提示谷氨酸引起癲癇發作可能是由于谷氨酸早期胞內合成增加，而后期胞外大量釋放造成的[12]。而NMDAR拮抗劑則在多個顳葉癲癇動物模型中均有抗癲癇作用，可以抑制癲癇的發生，減少癲癇持續狀態引起的神經元凋亡[13]。AMPAR的激活則是新生期腦缺氧所致癲癇中的一個關鍵因素，AMPAR拮抗劑能有效抑制圍產期缺氧所致嚙齒類動物的癲癇發作[14]。另一類代謝型受體 (mGluRs) 與G蛋白偶聯，調節細胞膜上離子通道和酶的活性。傳統上將其分為三組：第一組包括mGluRl、mGluR5，第二組包括mGluR2、mGluR3，第三組包括mGluR4、mGluR6、mGluR7、mGluR8。有學者認為第一組參與癲癇的發生，而第二和第三組則對癲癇有抑制作用[4]。② GABA及其受體：在神經遞質與癲癇關系的研究中，以GABA的研究開展最早，多年的研究證實GABA是中樞神經系統內最重要的抑制性遞質。迄今為止，已發現3種不同GABA受體：GABAA受體、GABAB受體及GABAC受體。GABAA受體是腦內最普遍的抑制性遞質受體，與癲癇的關系最為密切。有觀點認為，在早期中樞神經系統發育過程中，GABA作用于突觸后神經元的GABAA受體，使細胞內鈣離子濃度增加，突觸后神經元去極化，增加了神經元的興奮性。隨著中樞神經系統的發育成熟，GABA的作用轉為抑制性[15]。而這一點也得到了研究的證實，在大鼠早期發育過程中，海馬各區域谷氨酸脫羧酶神經元及小清蛋白神經元的表達呈進行性增加趨勢，并且在生后2周存在一個發育高峰；而發育早期腦缺氧后海馬神經元內鈣離子的過度內流導致細胞內鈣超載，使海馬神經元的興奮性增加[16]。GABAB受體是G蛋白偶聯的跨膜受體，介導抑制性突觸后電位，近來認為GABAB受體功能異常很可能是導致失神發作的主要原因之一，這可能與GABAB受體的激活能產生長時間超極化有關，引起丘腦皮層環路中同步放電，導致失神發作。GABAC受體是近年來新發現的GABA受體，也是一種配體門控的氯離子通道，功能目前尚不明確。
2.1.2 單胺類遞質及乙酰膽堿
目前已有研究證實單胺類遞質 (多巴胺、去甲腎上腺素、5-羥色胺) 對癲癇起抑制作用，而乙酰膽堿則對癲癇起促進作用。而近年來，一些遺傳學方面的研究為這些遞質在癲癇發生中的作用提供了更為直接的證據。比如在夜間額葉癲癇患者中發現編碼煙堿乙酰膽堿受體β2亞基的CHRNβ2基因中發生了插入突變和錯義突變。而對癲癇小鼠、基因重組和基因敲除小鼠進行的功能研究也發現煙堿乙酰膽堿受體的α4亞基與癲癇易感性相關[17]。
2.2 突觸的可塑性
所謂突觸的可塑性是指突觸按一定規律或模式建立神經連接的形式，具有一定的特異性。目前的研究認為癲癇患者在癲癇的形成過程中，腦內神經元之間形成異常的突觸聯系，從而形成病理性神經環路，進而導致大腦興奮性增強。有研究認為海馬苔蘚纖維出芽是繼發性癲癇發生部位的一個標志，這種假說認為致癇性損害導致齒狀回門區神經元死亡后，苔蘚纖維芽生側支回返性支配顆粒細胞，形成興奮性回路以致顆粒細胞興奮性增高。而苔蘚纖維出芽的分子生物學基礎目前尚不完全清楚，有學者認為，在癲癇灶形成過程中，即刻早期反應基因 (Immediate early response gene，IEG) 及其編碼的基因啟動蛋白 (Activator protein，AP) 扮演第三信使的作用，誘導的遲發反應基因 (Late response gene，LRG) 表達的神經遞質、神經營養因子、神經調節因子、受體和突觸結合蛋白等產物使神經網絡的興奮性和神經元固有成分發生改變。而針對卒中后癲癇的研究發現新生大鼠卒中后6個月，病變側及病變對側海馬區域的Arc呈一種特定的網絡形式被誘導，并可觀察到新生神經元整合進入海馬的功能環路，而該研究同時發現病變對側的神經發生與癇性發作具有顯著的正相關性。國內也有研究發現新生神經元異常整合到原有的神經環路是卒中后癲癇反復發作的細胞基礎，阻斷該異常突觸連接可以降低大腦中動脈閉塞小鼠癲癇發生頻率和強度[18]。
3 神經血管單元完整性
中樞神經系統在結構和功能上的完整性取決于神經活動和腦血流 (Cerebral blood flow，CBF) 之間的偶聯，以及血腦屏障 (Blood brain barrier，BBB) 物質轉運的調控。而這兩個重要過程均依賴于神經血管單元的協調活動。血管神經單元主要由緊鄰的小血管內皮、神經元和膠質細胞構成。目前已有研究顯示在腦血管疾病，尤其是腦小血管病中，神經血管單元完整性的破壞與癲癇的發生存在相關性。其機制主要包括以下兩個方面：①區域性腦血流量 (regional cerebral blood flow，rCBF) 的變化。通過血流動力學的變化定位并預測癲癇的發生可通過一些先進的影像學檢查技術實現，如BOLD功能核磁共振 (MRI)。近期研究發現在腦電圖 (EEG) 癲癇樣棘波前觀察到BOLD信號的改變，推測這種BOLD信號的改變可能是由于出現了與癲癇樣放電相關的血流動力學改變[19]。但具體是由于低灌注、高灌注還是兩者之間的過渡狀態目前尚不完全清楚。一項對40例具有復雜部分性發作患者的研究發現可疑癲癇灶位于非病灶側，并發現了rCBF的顯著升高。而另一項研究則發現癲癇持續狀態患者在發作期rCBF增高而在發作后呈局部低灌注狀態[20]。在關于急性缺血性卒中后癲癇發作的研究中發現早期癇性發作與卒中嚴重程度有關，而在溶栓治療后晚期癇性發作的發生率有所下降，其原因可能是缺血區域再灌注的改善[21]。有趣的是，溶栓治療過程中出現癲癇發作常預示著神經功能恢復良好，也是由于局部腦組織的再灌注或高灌注。Sun等應用卒中誘導癲癇發作的大鼠模型研究rCBF降低引起晚期癇性發作的機制，研究提示缺血半暗帶存活的神經細胞產生反復癲癇樣放電，可能是由于細胞內鈣離子水平的上升，但該研究的對象為2d齡的小鼠，并不能準確反映成人卒中后晚期癇性發作的機理[22]。因此，需進一步對成年卒中后癲癇動物模型進行研究，以探究成人卒中后晚期癇性發作及癲癇的發病機制。② BBB完整性的破壞。在針對腦小血管病 (cerebrum small vessel disease，cSVD) 的研究中，發現小血管發生平滑肌細胞喪失、血管壁增厚、管腔狹窄及血管硬度增加等變化，而這些改變可造成血管運動活性的降低并繼而導致神經血管偶聯受損及血腦屏障的破壞。Seiffert等通過向成年大鼠血清中注入一部分成年大鼠的軀體感覺皮質建立了一個BBB破壞誘發癲癇的模型，其中77%與對照組相比出現了興奮性增高的現象[23]。由于僅在處理后4 d出現明顯誘發率的改變，因此推測BBB破壞滲漏導致細胞外白蛋白累積是癲癇發作的原因。近期研究還發現BBB的破壞可引起星形膠質細胞內的基因表達的改變，從而使星形膠質細胞攝取鉀離子的能力下降[24]，而細胞外鉀離子濃度的升高可引起神經元過度放電而導致癲癇發作。BBB的破壞既可以作為引起癲癇發作的因素，同時也是癲癇發作產生的結果。BBB的破壞可應用動態增強磁共振 (MRI) 進行直觀觀察，而應用新MRI技術配合功能MRI可從代謝、神經血管反應及BBB完整性等方面對神經血管單位的功能進行深入了解。這些技術手段對于研究卒中后晚期癇性發作的發病機制具有重要價值。
4 神經膠質細胞
傳統上認為神經膠質細胞只對神經元起支持作用，而近年來在對癲癇手術切除的病灶標本的觀察中發現，慢性癲癇患者腦組織中大量星形膠質細胞和小膠質細胞增生，且呈谷氨酸樣免疫組織化學反應陽性，提示神經膠質細胞在癲癇的發生中發揮重要作用。神經元微環境中的電解質平衡是維持神經元正常興奮性的基礎。星形膠質細胞依靠細胞膜上多種具有調節電解質代謝功能的酶參與細胞間離子的交換，維持了細胞內微環境電解質的平衡，正常星形膠質細胞能夠主動攝取鉀離子并合成抑制性遞質GABA，神經膠質細胞發生異常增生后形態和功能均出現異常，稱為反應性星形膠質細胞，而反應性星形膠質細胞攝取鉀離子的能力下降，使神經元容易去極化，發生過度放電，同時攝取谷氨酸以及合成GABA的功能下降，神經元的興奮性升高，使癇性發作的閾值降低。此外，神經膠質細胞尤其是小膠質細胞可分泌產生多種細胞因子，而細胞因子是神經-免疫-內分泌網絡信息交流的關鍵載體。細胞因子在癲癇發生中的作用并非是孤立的，而是與腦組織環境的變化、神經膠質細胞生理的改變、白細胞與內皮細胞的相互作用、異常血管增生以及血流動力學改變等病生理途徑共同發生作用。關于細胞因子在癲癇發生中作用的研究顯示，中樞神經系統尤其海馬區存在白介素-6(IL-6) 的免疫活性物質及其相關受體，主要集中在Cal-CA3區，而IL-6過量表達可促進小鼠海馬和小腦星形膠質細胞顯著增生，參與癲癇的發生。而干擾素-γ可使體外培養的海馬CA3錐體細胞癇性放電增加，減少突觸前抑制，降低GABA的合成或錐體細胞對GABA的敏感性。腫瘤壞死因子-α可抑制星形膠質細胞谷氨酰胺合成酶及谷氨酸的攝取，增加神經細胞的興奮性[25]。
5 展望
總而言之，上述各種機制引起神經元內在性質、突觸傳遞以及神經元生存環境的改變，導致興奮與抑制的不平衡，從而產生神經元異常放電，進而導致癲癇的發生。但是癲癇的發病機制極其復雜，且大多數的研究主要來自動物實驗或者人體離體組織的體外研究，與人體內環境仍存在很大的不同，故難以精確的模擬人類癲癇的發生機制，因此迄今對于癲癇發病機制的認識仍有很多不足。比如對于細胞因子改變、苔蘚纖維出芽等諸多因素對癲癇的發生發展起促進作用還是保護作用目前仍存在較大爭論；此外，人們還發現了一些與興奮和抑制平衡無直接關系的機制，如蛋白溶解系統缺陷等。對于癲癇發病機制的探究是尋找治療癲癇方法的重要基礎，隨著對癲癇發病機制認識的不斷深入以及新理論與新技術的出現，癲癇完整的發生機制將有望展現在我們面前，并帶來新的抗癲癇方法的問世。
癲癇是神經系統疾病中的常見病之一，在神經系統疾病中發病率僅次于腦血管疾病。全球約有7 000萬癲癇患者，其中90%以上的位于低、中等收入國家[1]。癲癇的發病機制十分復雜，目前還并未完全闡明，而普遍接受的學說是中樞神經系統興奮與抑制的失衡。近年來關于癲癇發病機制的研究表明，這種興奮與抑制的不平衡主要與離子通道、突觸傳遞及神經膠質細胞的改變有關，另外一些免疫及內分泌因素也參與其中。以下將對癲癇發病機制方面的研究作詳細介紹。
1 離子通道
離子通道作為體內組織的興奮性調節的結構基礎，與癲癇的發生關系密切，目前的觀點認為很多的特發性癲癇是一種“離子通道病”。當編碼離子通道蛋白的基因發生突變時，可對離子通道的功能產生影響，從而引起神經組織興奮性的異常改變，導致癲癇的發生。而其中鈉、鉀、鈣離子通道與癲癇的相關性較為明確。
1.1 鈉離子通道
電壓門控鈉通道是一類鑲嵌在膜內的糖蛋白，無論是在細胞動作電位的產生還是傳播的過程中都起著非常重要的作用。鈉離子通道通常是由α、β1和β2 3個亞基構成。其中α亞基是鈉離子通道的功能性亞單位，它由4個高度相似的同源結構域組成一個中心孔道，其中結構域Ⅰ和Ⅱ的細胞內連接環，含有多個蛋白激酶的磷酸化位點，對于通道的調節起重要作用，而結構域Ⅲ和Ⅳ的細胞內連接環則充當通道失活化門控襻，可以電壓依賴性地進入鈉通道的內口，從而使通道失活[2]。α亞基是由同一家族的9個基因編碼，其中Nav1.1(SCNlA)，Nav1.2(SCN2A)，Nav1.3 (SCN3A) 和Nav1.6 (SCN8A) 主要在中樞神經系統表達[3]。β亞基通常被認為是α亞基的輔助性單位，具有調節α亞基表達及功能的特性。β亞基可以通過改變電壓敏感性、調節失活過程以及細胞膜上的定位，進而調控α亞基的功能。現已發現4種亞型 (β1~β4)，相應的編碼基因分別為SCNlB，SCN2B，SCN3B和SCN4B；成人中樞神經系統中α亞基一般連有β1和β2兩個β亞基[4]。伴熱性驚厥的全身性癲癇 (Generalized epilepsy with febrile seizures plus，GEFS+) 是一種常染色體顯性遺傳的原發性全身性癲癇。早在1998年，Wallace等在一個大的家系研究中發現，GEFS+是由基因SCNlB的點突變所致[5]。SCNlB基因的點突變導致鈉通道β亞基細胞外免疫球蛋白折疊結構域中的半胱氨酸殘基被色氨酸殘基取代，從而影響了β亞基對α亞基的調節功能，導致鈉通道反復開放，引起神經元的持久過度興奮。而近年來的研究顯示，SCNlA基因的突變也可引起GEFS+，GEFS+相關的SCNlA突變為錯義突變，鈉通道跨膜蛋白的部分氨基酸被替換，以致鈉通道的失活或復活異常，最終導致中樞神經系統興奮性的異常改變[6]。此外，關于SCN2A、SCN3A、SCN5A、SCN8A等基因的研究顯示其與不同表型的癲癇存在相關性[7]。
1.2 鉀離子通道
鉀離子通道是分布最廣、類型最多的一類離子通道，它存在于所有的真核細胞，主要參與細胞膜靜息電位和動作電位復極化過程的調節，決定著動作電位的發放頻率和幅度。電壓門控性鉀通道是由2個α亞基和2個β亞基組成的四聚體，α亞基構成通道孔，而β亞基則對于鉀通道準確的細胞膜定位，以及維持鉀通道正常的生物物理學特性起著非常重要的作用。目前已明確編碼電壓門控性鉀通道的基因主要包括KCNQl、KCNQ2、KCNQ3和KCNQ4；α亞基至少有6種不同的基因編碼 (KCNAl-6)，而β亞基至少有3個基因編碼 (KCNABl-3)。鉀通道編碼基因的突變與癲癇的發生存在著密切的聯系。良性家族性新生兒驚厥 (Benign familial neonatal seizures，BFNC) 是另一少見的呈常染色體顯性遺傳的原發性全身性癲癇，主要表現為出生后2~3 d出現陣攣性或窒息性發作，在數周至數月后癥狀消失。Singh等在1989年首先報道BFNC是由染色體20q13.3位點上的電壓門控鉀通道基因KCNQ2或8q24位點上的KCNQ3突變所致[8]。研究發現BFNC是由KCNQ2和KCNQ3兩基因中任意一個突變造成的，二者表達產物裝配所形成的二聚體可能就是M通道。M通道是一種慢激活/失活的電壓門控性鉀通道，在調節神經元的興奮性上起重要作用。M通道主要調節神經元閾下的電興奮性，由于其緩慢的動力學性質，可導致細胞在接受興奮性沖動后只產生一個延遲性的動作電位，若阻斷M通道則可使神經元輕度去極化，并在接受興奮性沖動后產生多個動作電位。KCNQ2或KCNQ3基因的突變都可導致M電流減弱或消失，從而導致神經元興奮性異常增高。另外，有研究發現編碼β亞基的KCNAB2基因的缺失可增加癲癇的易感性和嚴重程度，其原因可能是β亞基的減少會直接導致細胞膜表面功能性通道的減少，引起動作電位的延長，鉀離子內流和神經遞質釋放的增加，引起神經元過度興奮，因此，KCNAB2基因也被視為是引起癲癇的候選基因之一[9]。
1.3 鈣離子通道
鈣通道廣泛存在于機體的不同類型組織細胞中，參與神經、肌肉、內分泌和生殖等系統的生理過程。鈣離子的內流與陣發性去極化漂移、神經元同步放電以及抑制性突觸后電位形成有關。有研究用鈣離子成像的方法觀察了神經元參與癲癇發作的情況，證實鈣離子的快速內流和細胞去極化有關，當去極化達到一定程度時可觸發鈣離子內流，從而爆發一系列迅速的去極化過程[10]。鈣離子通道主要包括兩類：電壓門控性鈣通道和配體門控性鈣通道。
1.3.1 電壓門控性鈣離子通道
電壓依賴性鈣通道 (Voltage-gated calcium channels，VGCCs) 是鈣離子內流的主要途徑，參與鈣離子的細胞內興奮作用以及多種鈣離子依賴的過程，在癲癇的發生機制中占有重要地位。VGCCs分為高電壓依賴性 (High-voltage-activated，HVA) 和低電壓依賴性 (Low-voltage-activated，LVA) 鈣通道。HVA鈣通道由α1、β、γ、α2δ 4個亞基構成，其中α1為功能亞基，β、γ、α2δ為輔助亞基。LVA鈣通道僅由α1亞單位組成。鈣離子通道的改變促使丘腦皮質及邊緣系統的鈣電流增加，使神經細胞興奮性改變，增加癲癇易感性[11]。目前在小鼠已發現4種表現為失神癲癇的自發性突變是由編碼電壓門控鈣離子通道不同亞基的基因突變引起的。但在人群中T型鈣離子通道基因變異的研究還很局限，新發現的突變位點不多，而且還需在不同的人群中大樣本驗證。
1.3.2 配體門控性鈣離子通道
配體門控性鈣離子通道是由不同的神經遞質 (如乙酰膽堿、甘氨酸和谷氨酸等) 激活的鈣離子通道，有開放、關閉和失活3種狀態。例如神經煙堿乙酰膽堿 (nAch) 受體是由2個α亞基和3個β亞基組成的五聚體，目前已發現8種α亞基亞型和3種β亞基亞型，而各種亞型在腦中的分布和含量不同。研究表明常染色體顯性遺傳夜間發作性額葉癲癇 (Autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy，ADNFLE) 與分別編碼α4和β2亞基的CHRNα4和CHRNβ2基因的突變相關。在對一個6代出現27名受累個體的澳大利亞ADNFLE家系的連鎖分析也顯示該疾病性狀與上述基因所在的染色體20q13.2相連鎖[4]。
總之，無論是由何種原因引起的癲癇，其發病機制中的最后通路都是電解質的分布和轉運的異常改變。膜電位取決于細胞內外的離子分布，神經元活動過度、能量代謝受抑制、膜的通透性增加、陽離子泵受抑制、興奮性遞質過多或抑制性遞質過少等情況下引起離子泵或離子通道的功能紊亂，均可能使神經元興奮性增高，發生長時間去極化和陣發性放電，進而引起癇性發作。
2 神經突觸傳遞與連接
2.1 神經遞質
2.1.1 氨基酸類
目前已知與癲癇關系密切的氨基酸有谷氨酸、γ-氨基丁酸 (γ-Aminobutyris，GABA)、甘氨酸、天冬氨酸及牛磺酸等，其中谷氨酸、天冬氨酸、牛磺酸等對癲癇發作起促進作用，GABA、甘氨酸等對癲癇發作起抑制作用，而在其中作用最為重要的是谷氨酸與GABA。①谷氨酸及其受體：谷氨酸是腦內最重要的興奮性遞質，一直被認為與癲癇發生密切相關。其受體分為離子型和代謝型兩類。前者又包括：N-甲基-D-天冬氨酸受體 (N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)、海人藻酸受體 (Kainate receptor，KAR) 和氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體 (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid receptor，AMPAR)，由于與離子通道偶聯，因此它們與神經元異常放電直接相關。在戊四唑 (Pentylenetetrazole，PTZ) 點燃癲癇模型的研究中發現，隨著點燃級別的進展，谷氨酸的表達呈先增加后降低的趨勢，提示谷氨酸引起癲癇發作可能是由于谷氨酸早期胞內合成增加，而后期胞外大量釋放造成的[12]。而NMDAR拮抗劑則在多個顳葉癲癇動物模型中均有抗癲癇作用，可以抑制癲癇的發生，減少癲癇持續狀態引起的神經元凋亡[13]。AMPAR的激活則是新生期腦缺氧所致癲癇中的一個關鍵因素，AMPAR拮抗劑能有效抑制圍產期缺氧所致嚙齒類動物的癲癇發作[14]。另一類代謝型受體 (mGluRs) 與G蛋白偶聯，調節細胞膜上離子通道和酶的活性。傳統上將其分為三組：第一組包括mGluRl、mGluR5，第二組包括mGluR2、mGluR3，第三組包括mGluR4、mGluR6、mGluR7、mGluR8。有學者認為第一組參與癲癇的發生，而第二和第三組則對癲癇有抑制作用[4]。② GABA及其受體：在神經遞質與癲癇關系的研究中，以GABA的研究開展最早，多年的研究證實GABA是中樞神經系統內最重要的抑制性遞質。迄今為止，已發現3種不同GABA受體：GABAA受體、GABAB受體及GABAC受體。GABAA受體是腦內最普遍的抑制性遞質受體，與癲癇的關系最為密切。有觀點認為，在早期中樞神經系統發育過程中，GABA作用于突觸后神經元的GABAA受體，使細胞內鈣離子濃度增加，突觸后神經元去極化，增加了神經元的興奮性。隨著中樞神經系統的發育成熟，GABA的作用轉為抑制性[15]。而這一點也得到了研究的證實，在大鼠早期發育過程中，海馬各區域谷氨酸脫羧酶神經元及小清蛋白神經元的表達呈進行性增加趨勢，并且在生后2周存在一個發育高峰；而發育早期腦缺氧后海馬神經元內鈣離子的過度內流導致細胞內鈣超載，使海馬神經元的興奮性增加[16]。GABAB受體是G蛋白偶聯的跨膜受體，介導抑制性突觸后電位，近來認為GABAB受體功能異常很可能是導致失神發作的主要原因之一，這可能與GABAB受體的激活能產生長時間超極化有關，引起丘腦皮層環路中同步放電，導致失神發作。GABAC受體是近年來新發現的GABA受體，也是一種配體門控的氯離子通道，功能目前尚不明確。
2.1.2 單胺類遞質及乙酰膽堿
目前已有研究證實單胺類遞質 (多巴胺、去甲腎上腺素、5-羥色胺) 對癲癇起抑制作用，而乙酰膽堿則對癲癇起促進作用。而近年來，一些遺傳學方面的研究為這些遞質在癲癇發生中的作用提供了更為直接的證據。比如在夜間額葉癲癇患者中發現編碼煙堿乙酰膽堿受體β2亞基的CHRNβ2基因中發生了插入突變和錯義突變。而對癲癇小鼠、基因重組和基因敲除小鼠進行的功能研究也發現煙堿乙酰膽堿受體的α4亞基與癲癇易感性相關[17]。
2.2 突觸的可塑性
所謂突觸的可塑性是指突觸按一定規律或模式建立神經連接的形式，具有一定的特異性。目前的研究認為癲癇患者在癲癇的形成過程中，腦內神經元之間形成異常的突觸聯系，從而形成病理性神經環路，進而導致大腦興奮性增強。有研究認為海馬苔蘚纖維出芽是繼發性癲癇發生部位的一個標志，這種假說認為致癇性損害導致齒狀回門區神經元死亡后，苔蘚纖維芽生側支回返性支配顆粒細胞，形成興奮性回路以致顆粒細胞興奮性增高。而苔蘚纖維出芽的分子生物學基礎目前尚不完全清楚，有學者認為，在癲癇灶形成過程中，即刻早期反應基因 (Immediate early response gene，IEG) 及其編碼的基因啟動蛋白 (Activator protein，AP) 扮演第三信使的作用，誘導的遲發反應基因 (Late response gene，LRG) 表達的神經遞質、神經營養因子、神經調節因子、受體和突觸結合蛋白等產物使神經網絡的興奮性和神經元固有成分發生改變。而針對卒中后癲癇的研究發現新生大鼠卒中后6個月，病變側及病變對側海馬區域的Arc呈一種特定的網絡形式被誘導，并可觀察到新生神經元整合進入海馬的功能環路，而該研究同時發現病變對側的神經發生與癇性發作具有顯著的正相關性。國內也有研究發現新生神經元異常整合到原有的神經環路是卒中后癲癇反復發作的細胞基礎，阻斷該異常突觸連接可以降低大腦中動脈閉塞小鼠癲癇發生頻率和強度[18]。
3 神經血管單元完整性
中樞神經系統在結構和功能上的完整性取決于神經活動和腦血流 (Cerebral blood flow，CBF) 之間的偶聯，以及血腦屏障 (Blood brain barrier，BBB) 物質轉運的調控。而這兩個重要過程均依賴于神經血管單元的協調活動。血管神經單元主要由緊鄰的小血管內皮、神經元和膠質細胞構成。目前已有研究顯示在腦血管疾病，尤其是腦小血管病中，神經血管單元完整性的破壞與癲癇的發生存在相關性。其機制主要包括以下兩個方面：①區域性腦血流量 (regional cerebral blood flow，rCBF) 的變化。通過血流動力學的變化定位并預測癲癇的發生可通過一些先進的影像學檢查技術實現，如BOLD功能核磁共振 (MRI)。近期研究發現在腦電圖 (EEG) 癲癇樣棘波前觀察到BOLD信號的改變，推測這種BOLD信號的改變可能是由于出現了與癲癇樣放電相關的血流動力學改變[19]。但具體是由于低灌注、高灌注還是兩者之間的過渡狀態目前尚不完全清楚。一項對40例具有復雜部分性發作患者的研究發現可疑癲癇灶位于非病灶側，并發現了rCBF的顯著升高。而另一項研究則發現癲癇持續狀態患者在發作期rCBF增高而在發作后呈局部低灌注狀態[20]。在關于急性缺血性卒中后癲癇發作的研究中發現早期癇性發作與卒中嚴重程度有關，而在溶栓治療后晚期癇性發作的發生率有所下降，其原因可能是缺血區域再灌注的改善[21]。有趣的是，溶栓治療過程中出現癲癇發作常預示著神經功能恢復良好，也是由于局部腦組織的再灌注或高灌注。Sun等應用卒中誘導癲癇發作的大鼠模型研究rCBF降低引起晚期癇性發作的機制，研究提示缺血半暗帶存活的神經細胞產生反復癲癇樣放電，可能是由于細胞內鈣離子水平的上升，但該研究的對象為2d齡的小鼠，并不能準確反映成人卒中后晚期癇性發作的機理[22]。因此，需進一步對成年卒中后癲癇動物模型進行研究，以探究成人卒中后晚期癇性發作及癲癇的發病機制。② BBB完整性的破壞。在針對腦小血管病 (cerebrum small vessel disease，cSVD) 的研究中，發現小血管發生平滑肌細胞喪失、血管壁增厚、管腔狹窄及血管硬度增加等變化，而這些改變可造成血管運動活性的降低并繼而導致神經血管偶聯受損及血腦屏障的破壞。Seiffert等通過向成年大鼠血清中注入一部分成年大鼠的軀體感覺皮質建立了一個BBB破壞誘發癲癇的模型，其中77%與對照組相比出現了興奮性增高的現象[23]。由于僅在處理后4 d出現明顯誘發率的改變，因此推測BBB破壞滲漏導致細胞外白蛋白累積是癲癇發作的原因。近期研究還發現BBB的破壞可引起星形膠質細胞內的基因表達的改變，從而使星形膠質細胞攝取鉀離子的能力下降[24]，而細胞外鉀離子濃度的升高可引起神經元過度放電而導致癲癇發作。BBB的破壞既可以作為引起癲癇發作的因素，同時也是癲癇發作產生的結果。BBB的破壞可應用動態增強磁共振 (MRI) 進行直觀觀察，而應用新MRI技術配合功能MRI可從代謝、神經血管反應及BBB完整性等方面對神經血管單位的功能進行深入了解。這些技術手段對于研究卒中后晚期癇性發作的發病機制具有重要價值。
4 神經膠質細胞
傳統上認為神經膠質細胞只對神經元起支持作用，而近年來在對癲癇手術切除的病灶標本的觀察中發現，慢性癲癇患者腦組織中大量星形膠質細胞和小膠質細胞增生，且呈谷氨酸樣免疫組織化學反應陽性，提示神經膠質細胞在癲癇的發生中發揮重要作用。神經元微環境中的電解質平衡是維持神經元正常興奮性的基礎。星形膠質細胞依靠細胞膜上多種具有調節電解質代謝功能的酶參與細胞間離子的交換，維持了細胞內微環境電解質的平衡，正常星形膠質細胞能夠主動攝取鉀離子并合成抑制性遞質GABA，神經膠質細胞發生異常增生后形態和功能均出現異常，稱為反應性星形膠質細胞，而反應性星形膠質細胞攝取鉀離子的能力下降，使神經元容易去極化，發生過度放電，同時攝取谷氨酸以及合成GABA的功能下降，神經元的興奮性升高，使癇性發作的閾值降低。此外，神經膠質細胞尤其是小膠質細胞可分泌產生多種細胞因子，而細胞因子是神經-免疫-內分泌網絡信息交流的關鍵載體。細胞因子在癲癇發生中的作用并非是孤立的，而是與腦組織環境的變化、神經膠質細胞生理的改變、白細胞與內皮細胞的相互作用、異常血管增生以及血流動力學改變等病生理途徑共同發生作用。關于細胞因子在癲癇發生中作用的研究顯示，中樞神經系統尤其海馬區存在白介素-6(IL-6) 的免疫活性物質及其相關受體，主要集中在Cal-CA3區，而IL-6過量表達可促進小鼠海馬和小腦星形膠質細胞顯著增生，參與癲癇的發生。而干擾素-γ可使體外培養的海馬CA3錐體細胞癇性放電增加，減少突觸前抑制，降低GABA的合成或錐體細胞對GABA的敏感性。腫瘤壞死因子-α可抑制星形膠質細胞谷氨酰胺合成酶及谷氨酸的攝取，增加神經細胞的興奮性[25]。
5 展望
總而言之，上述各種機制引起神經元內在性質、突觸傳遞以及神經元生存環境的改變，導致興奮與抑制的不平衡，從而產生神經元異常放電，進而導致癲癇的發生。但是癲癇的發病機制極其復雜，且大多數的研究主要來自動物實驗或者人體離體組織的體外研究，與人體內環境仍存在很大的不同，故難以精確的模擬人類癲癇的發生機制，因此迄今對于癲癇發病機制的認識仍有很多不足。比如對于細胞因子改變、苔蘚纖維出芽等諸多因素對癲癇的發生發展起促進作用還是保護作用目前仍存在較大爭論；此外，人們還發現了一些與興奮和抑制平衡無直接關系的機制，如蛋白溶解系統缺陷等。對于癲癇發病機制的探究是尋找治療癲癇方法的重要基礎，隨著對癲癇發病機制認識的不斷深入以及新理論與新技術的出現，癲癇完整的發生機制將有望展現在我們面前，并帶來新的抗癲癇方法的問世。