癲癇是一種病因復雜且發病機制尚未明確的慢性神經系統疾病。目前，國內外對癲癇開展了大量的研究。其中有研究認為，癲癇發生后，大腦海馬區出現了一些結構性的改變，這些改變就包括細胞程序化死亡。細胞程序化死亡的方式主要有四種，分別是細胞自噬、細胞凋亡、程序性壞死和細胞焦亡，這四種死亡方式有著各自的特點和相應的機制。文章就細胞程序化死亡在癲癇發生過程中的相關機制作一綜述，探討癲癇發生分別與細胞自噬、細胞凋亡、程序性壞死和細胞焦亡的關系。
引用本文： 高振, 翁檸. 細胞程序化死亡在癲癇發生過程中的機制研究. 癲癇雜志, 2021, 7(2): 152-158. doi: 10.7507/2096-0247.20210026 復制
癲癇是一種常見的慢性神經系統疾病，影響著世界各地數以千萬計的各個年齡段的人群[1]，我國有超過 0.7% 的人口受到癲癇的影響[2]。大腦海馬區神經元異常放電導致的持續自發性癲癇發作是癲癇的主要特征[3]。大腦具有高耗氧量和低抗氧化能力[4]，且海馬區對缺氧尤為敏感[5]，因此大腦海馬區神經元特別容易受氧化應激的影響而出現損傷。有研究發現長時間癲癇發作會引起氧化應激[6]。從氧化應激的角度出發，我們認為癲癇發作可能會對神經元造成損傷。相應的研究結果也佐證了該觀點，即嚴重和重復的癲癇發作會導致海馬區神經元出現死亡現象，且海馬區神經元死亡是癲癇發作后的主要病理表現之一[7, 8]。而神經元死亡涉及相應的細胞機制[9]，隨著對這些機制的逐步了解，已經確定了包括細胞自噬、細胞凋亡、程序性壞死以及細胞焦亡在內的多種死亡模式[10]。
關于癲癇，我們面臨的形勢極為嚴峻。第一點表現在：就目前而言，癲癇難以被治愈。為何癲癇在醫學高度發達的今天仍然難以被治愈呢？首先是藥物療效的問題。抗癲癇藥物（AEDs）是一類針對癲癇癥狀所使用的藥物[11]。藥物治療策略主要是防止癲癇發生或者防止癲癇持續狀態（SE）的出現[12]。然而，治療抵抗[12]、癲癇相關死亡率增加[13]等問題是相當普遍的，說明目前的 AEDs 療效不理想[14]。其次是癲癇病因和發病機制的問題。癲癇的病因涉及多個因素[15]，較為復雜。且目前對癲癇的發病機制也知之甚少[16]。這兩方面綜合原因導致癲癇難以治愈。第二點表現在：癲癇的發病率正在不斷升高。從發病率的角度來講，癲癇處于神經系統疾病第三位[17]。且隨著人口年齡的增長和預期壽命的提高，癲癇的發病率顯著增加[18]。有研究表明，印度和中國等大型發展中國家的老年人口數量在未來幾十年內預計將從 5% 增加到 10%[19, 20]，這無疑會進一步提高癲癇的發病率。除此之外，在動物模型中還發現，癲癇誘發海馬損傷后的大鼠會表現出持續和更為頻繁劇烈的癲癇發作[21]。提示癲癇發作會給患者的身體和心理等方面帶來反復而嚴重的傷害，因此，尋找防治癲癇的有效方法至關重要
1 細胞自噬
細胞自噬屬于細胞程序化死亡的一種類型，分為四個關鍵步驟：引發、成核、成熟、降解[22]。在這一嚴格調控[23]的過程中，自噬體能夠將底物傳遞給溶酶體[24]，通過溶酶體系統降解并回收自身的蛋白質和細胞器，以應對不利條件的發生[25]。為了更好地執行保護機體的任務，細胞自噬需要維持一定的活性[26]。可以通過觀察機體內一些物質的表達情況來判斷細胞自噬的活性，如雷帕霉素復合物 1（mammalian rapamycin complex 1，mTORC1）被認為是自噬反應的最佳抑制因子，mTORC1 被激活可抑制自噬，而 mTORC1 被抑制則可介導自噬體形成[27, 28]；輕鏈 3（Light chain，LC3）則被認為是自噬激活最可靠的細胞標志物，當細胞自噬啟動時，LC3 從非脂型 LC3-I 轉化為自噬體相關的脂型 LC3-II，導致 LC3-II/I 比值增加[29, 30]；再如 Beclin-1 是自噬促進蛋白，當 Beclin-1 的表達升高時，說明細胞自噬被激活[31]。此外，還應注意，雖然細胞自噬對于細胞的生存而言至關重要且無可替代，但并非越多越好[32]。有研究指出，細胞自噬具有兩面性：適當的細胞自噬可以清除某些對機體有害的物質，降低細胞受到損害的幾率；而不當的細胞自噬，如細胞自噬被過度激活或者細胞自噬呈現出一個高水平狀態，則會使細胞遭受更嚴重的損害[33, 34]。因此，需要根據細胞所處的情境不同，辯證地看待細胞自噬[22]。
2 細胞凋亡
細胞凋亡是細胞程序化死亡的另一種類型，分為信號傳導、基因激活、凋亡執行和細胞清除四個階段[35]。關于細胞凋亡，需要明確的一點是，這種死亡類型是機體主動爭取而非被動接受的，其目的是為了更好地適應機體所生存的環境。且這個適應環境的過程離不開包括 Bcl-2 家族、caspase 家族等在內的一系列凋亡基因和凋亡蛋白的表達。對于細胞凋亡，不同的凋亡基因和蛋白發揮不同的作用，有些促進，有些則抵抗。如，在眾多 Bcl-2 家族成員中，Bax、Bak、Bid、Bim 和 Puma 等充當細胞凋亡的“促進者”，而 Bcl-2，Bcl-xl 和 Mcl-1 等則充當細胞凋亡的“抵抗者”[36]。再如， Caspase 家族對細胞凋亡極其重要，它能介導蛋白酶級聯反應，使凋亡細胞的結構發生瓦解[37, 38]。目前已知的 14 種 Caspase 家族成員分為細胞凋亡啟動者、細胞凋亡執行者以及炎癥反應調節者三個亞型[39]。在前兩個亞型所包含的成員中，Caspase-3 最具有代表性。作為細胞凋亡過程中最關鍵的效應器[40]，Caspase-3 的激活和表達對細胞凋亡發揮積極的促進作用[41, 42]。推動這個過程會明顯地加強細胞凋亡，抑制這個過程則會有效地切斷細胞凋亡[43]。Caspase 家族成員與細胞凋亡的緊密聯系還體現在凋亡途徑等方面。目前已知的細胞凋亡途徑有三種，分別是內源性途徑、外源性途徑以及內質網途徑。而劃分不同凋亡途徑所參考的依據就是這些途徑初始活化的 Caspase 成員各不相同[44]。
3 程序性壞死
程序化細胞壞死又稱非 caspase 依賴性細胞程序化死亡，涉及的 Caspase 家族成員主要是 Caspase-8。當機體遇到外界刺激時，包括 TNFR 和 TLR 在內的死亡受體被激活[45]。這些受體緊接著激活與其密切相關的 RIPK1 和 RIPK3，由 RIPK1、RIPK3、FADD、MLKL 等蛋白組成的壞死體也隨著 RIPK3 的激活而形成[46-48]。在壞死體內，RIPK3 導致下游的壞死執行分子 MLKL 發生磷酸化，磷酸化后的 MLKL 形成成孔復合物插入細胞膜。因細胞膜上形成孔膜，陽離子開始流入細胞內，細胞內外滲透壓發生改變，細胞外液隨后也大量內流[49, 50]。這些變化導致細胞出現腫脹、細胞膜發生破裂、細胞內容物大量釋放，最終程序性壞死發生[51]。在這個過程中，激活的 RIPK1 會促進 NF-κB 依賴性基因表達[52]。而有研究表明，NF-κB 信號傳導會阻止 caspase-8 激活和隨后的細胞凋亡[53]。所以程序化細胞壞死是在細胞凋亡受抑制的前提下進行的[54]。
4 細胞焦亡
細胞焦亡又稱為 Caspase 依賴性細胞程序化死亡，主要涉及的是 Caspase-1/4/5/11。除此外，GSDM 蛋白家族對細胞焦亡也很重要。在人體中，這類細胞焦亡必不可少的調控蛋白包括 GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME、DFNB59 等六種成員[55]。除最后一種外，剩余成員均包含 N 末端結構域（GSDMD-N）和 C 末端結構域（GSDMD-C）[56]。其中，GSDMD 作為細胞焦亡的效應器和執行者，能夠被激活的炎性 Caspase 當作底物識別并切割，切割后釋放出來的 GSMDD-N 片段在細胞膜上具有成孔作用，這種成孔作用是細胞焦亡發生的關鍵[57, 58]。根據發揮作用的 Caspase 不同，將細胞焦亡途徑主要分為經典型和非經典型兩種[59]。當機體受到外界刺激時，傳感器蛋白（包括 NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2 或 pyrin 等）、銜接蛋白 ASC 以及 Caspase-1 前體等成分會組裝形成典型的炎性體（部分典型炎性體中含有 ASC，部分不含）[60-62]；而非典型炎性體則直接通過脂多糖（LPS）的脂質 A 部分與 Caspase-4/5/11 的 CARD 基序相互作用組裝而成（非典型炎性體中均不含 ASC）。由于除了 Caspas-12 外的所有炎性 Caspase 都在炎性體中被激活[63]，炎性體的形成是細胞焦亡發生的前提條件[64]。之后的焦亡過程隨激活的炎性 Caspase 不同而不同：在經典途徑中，Casapase-1 被激活，活化的 Caspase-1 切割 GSDMD 和 IL-1β、IL-18 前體。被切割的 GSDMD 釋放出 GSMDD-N 片段，在細胞膜上形成孔隙，導致細胞內外滲透壓和離子濃度出現異常，最終細胞腫脹破裂，焦亡發生。經 Caspase-1 切割后的 IL-1β、IL-18 前體轉變為成熟的炎性因子 IL-1β、IL-18，通過膜孔流出，導致更廣泛的炎癥反應；在非經典型途徑中，Caspase-4/5/11 被激活，Caspase-4/5/11 同樣能切割 GSDMD 使其釋放出 GSMDD-N 片段，最終誘導細胞出現焦亡現象。最新研究表明，在非經典型途徑中釋放的 GSMDD-N 片段能夠激活典型的 NLRP3 炎性體，從而激活 Caspase-1，導致 IL-1β、IL-18 成熟并經膜孔流出細胞[65-68]。與細胞自噬一樣，細胞焦亡也具有兩面性，適度的細胞焦亡對機體產生積極影響，而過度的細胞焦亡則會對機體造成不利影響[69]。
5 細胞自噬與癲癇發生
在大量的研究當中，我們構造了許多不同的癲癇模型，如 Atg7 基因敲除鼠癲癇模型、戊四氮（PTZ）誘發癲癇模型、匹羅卡品（PILO）誘發癲癇模型、紅藻氨酸（KA）誘發癲癇模型以及外傷出血性癲癇模型等。但在不同的癲癇模型中，細胞自噬的狀態是不一樣的，甚至是相反的。當癲癇發作時，有些模型中的細胞自噬表現為抑制或受損狀態；而另外一些模型中的細胞自噬則表現為激活狀態。這種現象提示，或可通過改變細胞自噬狀態這種方式，來達到減輕癲癇發作的目的。研究也表明，改變自噬狀態可以減輕癲癇發作[70]。
5.1 細胞自噬表現為抑制或受損狀態與癲癇發生
McMahon 等[71]發現，自噬的重要啟動子 Atg7 基因缺失會導致小鼠發生癲癇。進一步的研究表明：僅僅是抑制細胞自噬本身，癲癇就足以被推動。類似地，有研究在局灶性皮質發育不良（FCD）和人類結節性硬化（TSC）患者的腦組織內發現細胞自噬出現了缺損現象[72]，而 FCD 和 TSC 與癲癇發生緊密相關。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞自噬受抑制或缺損有關，激活細胞自噬可能對癲癇的預防和治療具有一定作用。相應的研究結果以及臨床治療也佐證著上述觀點：① 研究發現姜黃素可以通過誘導細胞自噬使神經元細胞免受癲癇持續狀態導致的損傷[16]；② 在癲癇發作的慢性期，大麻二酚處理可激活海馬細胞自噬途徑，以此來緩解大鼠癲癇相關行為[73]；③ 丙戊酸鈉可通過增強小鼠腦損傷后的自噬流量促進小鼠功能恢復，臨床上用于癲癇治療[74]；④ 拉莫三嗪可通過誘導自噬來減少癲癇發作的頻率[75]；⑤ 自噬阻滯劑可促進癲癇模型小鼠的神經元損害，而自噬誘導劑則可預防神經元損害[76, 77]；⑥ Ⅱ型大麻素受體（CB2R）可通過誘導細胞自噬和抑制細胞凋亡在癲癇發作模型中發揮抗驚厥作用，顯著減少 SE 后大鼠海馬神經元的損傷[78]；⑦ 生酮飲食（KD）可通過誘導細胞自噬和減少神經元凋亡減輕大鼠癲癇期間的腦損傷[79]。
5.2 細胞自噬表現為激活狀態與癲癇發生
PTZ 誘發癲癇模型是一種被廣泛接受的動物癲癇模型[80]，研究發現，在 PTZ 誘發癲癇的實驗模型中細胞自噬會增加[81]。同樣在 PILO 或 KA 誘發的癲癇中，LC3-II / LC3-I 比例和 Beclin-1 表達會升高，表明細胞自噬得到啟動[82, 83]。在其他的動物癲癇模型中，如外傷出血性癲癇模型中也發現，這些動物海馬區內的細胞自噬表現為激活狀態而非抑制狀態[84]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞自噬被激活有關，抑制細胞自噬可能對癲癇的預防與治療具有一定的效果。相應的實驗研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點：① 利拉魯肽能夠顯著減輕 PTZ 誘發的小鼠癲癇發作并恢復 PTZ 點燃小鼠模型的行為學活性[85, 86]，這些抗癲癇效應與小鼠海馬區 LC3 和 Caspase-3 的表達降低有關[87]；② 有研究表明，高遷移率族蛋白 box-1（HMGB1）抗體可抑制癲癇小鼠模型的細胞自噬并減輕癲癇發作誘導的海馬細胞凋亡，經 HMGB1 抗體治療后，小鼠學習能力和記憶能力恢復[88]；③ 左旋肉堿（L-Car）具有抗癲癇效應，能在 PTZ 誘導的癲癇中發揮神經保護作用，且這種保護作用很可能是通過自噬抑制和抗凋亡來實現的[82]；④ 尼洛替尼用于癲癇的治療可能具有很好的前景，它可以通過抑制細胞自噬和減輕細胞凋亡的方式來保護神經元免受癲癇損害[89]。
6 細胞凋亡與癲癇發生
癲癇誘發腦損傷后會激活神經元凋亡已經被廣泛認可[90]。已有動物實驗發現，神經元凋亡是癲癇發作后神經元死亡的主要形式之一[91, 92]。而神經元凋亡又離不開多種凋亡基因和蛋白的表達，因此認為，癲癇發生與前文所述的包括 Bcl-2 家族、Caspase 家族在內的多種凋亡成分存在一定關聯。其中，癲癇發生與 Bcl-2 家族的相關性表現在：在 Bcl-2 家族中，一些成員的缺失可以對癲癇發作造成影響。如 Mcl-1（抗凋亡成員）的缺失加劇了小鼠癲癇發作，而 Bim 或 Puma（促凋亡成員）的缺失部分則保護了海馬免受 SE 的侵害[93-96]；癲癇發生與 Caspase 家族的相關性則表現在：癲癇引起神經元凋亡后，在各種凋亡途徑中，不同的 Caspase 成員發揮不同的作用。如，Caspase-8 作為誘導細胞凋亡的重要蛋白酶和啟動者[97]，主要參與外源性途徑；Caspase-3 是內、外源性途徑共同的參與者[98]；Caspase-4 則主要參與內質網途徑[99]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞凋亡被激活有關，抑制細胞凋亡可能對癲癇的預防與治療有一定的效果。相應的實驗研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點：① 研究發現 Vps15 的突變與包括癲癇在內的人類神經發育疾病有關，且數據表明 Vpsl5 的完全消融會導致海馬和皮質的嚴重進行性退化，這可能是 Caspase 誘導的細胞凋亡增加所導致的[100]；② 西他列汀可通過其抗凋亡途徑發揮抗癲癇作用[101]；③ 活性氧清除劑（NAC）能夠對線粒體內積累的活性氧（ROS）發揮清除作用，使 JNK 活性喪失，從而起到神經元保護作用[102]。與之相吻合的是，有研究發現 Jnk3（JNK 家族的一員）缺陷小鼠對神經元凋亡和癲癇發作具有抵抗力[103]；④ p53 抑制劑 PFT 可以做為預防癲癇引起腦損傷的一個治療方法，因為它能夠顯著地抑制神經元凋亡[104]；⑤Ⅱ型大麻素受體（CB2R）、KD、利拉魯肽、HMGB1 抗體、左旋肉堿（L-Car），以及尼洛替尼等的抗癲癇效應和神經元保護作用均離不開對細胞凋亡的抑制。
7 程序性壞死與癲癇發生
在程序性壞死的過程中，細胞因子 TNF-α 會與其受體 TNFR1 結合并促進細胞內壞死體的組裝[105]，再經過前文所述的一系列流程，導致壞死發生。而杜瑞兵等[106]的研究提示，TNF-α 可能以一個參與者的身份對癲癇發生起作用。同樣地，當 PILO 癲癇模型大鼠以及 KA 癲癇模型小鼠發生 SE 后，損傷的海馬神經元內能觀察到 RIPK1、RIPK3 及 MLKL 升高等程序性壞死特征[107, 108]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與程序性壞死被激活有關，抑制程序性壞死可能對于癲癇的預防和治療具有一定作用。相應的實驗研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點：①AEDs—苯妥英鈉作為一種有效的程序性壞死抑制劑，能夠通過阻止 RIPK1 激活、NF-κB 信號傳導以及壞死體形成等途徑發揮抗癲癇作用[109, 110]；② 壞死抑制素 1（Necrostatin-1）能夠抑制程序性壞死和細胞凋亡，減輕 KA 癲癇模型小鼠的海馬損害[108]；③ 來源于杜仲的桃葉珊瑚甙通過誘導細胞自噬和抑制程序性壞死對神經元起保護作用，減輕了 SE 導致的海馬區神經元損傷[111]；④ 姜黃素可以保護神經元細胞免受 SE 造成的損傷，這種神經元保護效應除了通過誘導細胞自噬外，還可以通過抑制程序化細胞死亡來產生。
8 細胞焦亡與癲癇發生
細胞焦亡的過程中會產生炎性因子 IL-1β。而研究發現，IL-1β 對癲癇模型動物的癲癇發作具有促進作用[112]。同時，TAN 等[113]在顳葉癲癇患者腦組織中發現 NLRP1 炎性體的表達上調，說明細胞焦亡在增加。在 PILO 癲癇模型動物發生 SE 后，海馬區也發現了神經元細胞焦亡[114]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞焦亡被激活有關，抑制細胞焦亡可能對于癲癇的預防和治療具有一定作用。相應的研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點，① 在杏仁核點燃的大鼠癲癇模型中，可通過敲除 caspase-1 來抑制神經元焦亡，從而減輕癲癇發作的嚴重程度和神經元損傷[113]；② VX-765 是一種細胞焦亡抑制劑，能夠減輕多發性硬化模型鼠的脊髓損傷，同時還能減輕腦缺血模型鼠的神經元損傷并促進小鼠運動功能恢復。這些保護效應都是通過抑制細胞焦亡的方式來實現的[115, 116]。最近研究發現，VX-765 在抗癲癇臨床試驗中也表現出良好的效果[117]。
9 結語
細胞程序化死亡與癲癇發生存在著緊密的聯系。細胞自噬是細胞程序化死亡的一種重要方式。癲癇發生發展過程中，細胞自噬起著雙向效應，目前我們對癲癇發生與細胞自噬之間關系的了解尚存不足，需要進一步的研究加以明確。細胞凋亡是細胞程序化死亡的另一種重要方式。癲癇發作會引起神經元細胞凋亡，這個過程離不開多種凋亡基因和凋亡蛋白的作用。目前的大多數研究都表明，癲癇的發生可能與細胞凋亡被激活有關，抑制細胞凋亡可能對癲癇的預防與治療有一定的效果。程序性壞死和細胞焦亡則是新發現的兩種細胞程序化死亡，前者依賴 Caspase，后者不依賴。目前普遍認為，癲癇的發生可能與程序性壞死和細胞焦亡被激活有關，抑制程序性壞死和細胞焦亡可能對癲癇的預防與治療有一定的效果。綜上，對細胞程序化死亡與癲癇發生之間關系的論述有助于我們更好地理解癲癇發病的原理和機制，并以此來指導臨床用藥和治療。
癲癇是一種常見的慢性神經系統疾病，影響著世界各地數以千萬計的各個年齡段的人群[1]，我國有超過 0.7% 的人口受到癲癇的影響[2]。大腦海馬區神經元異常放電導致的持續自發性癲癇發作是癲癇的主要特征[3]。大腦具有高耗氧量和低抗氧化能力[4]，且海馬區對缺氧尤為敏感[5]，因此大腦海馬區神經元特別容易受氧化應激的影響而出現損傷。有研究發現長時間癲癇發作會引起氧化應激[6]。從氧化應激的角度出發，我們認為癲癇發作可能會對神經元造成損傷。相應的研究結果也佐證了該觀點，即嚴重和重復的癲癇發作會導致海馬區神經元出現死亡現象，且海馬區神經元死亡是癲癇發作后的主要病理表現之一[7, 8]。而神經元死亡涉及相應的細胞機制[9]，隨著對這些機制的逐步了解，已經確定了包括細胞自噬、細胞凋亡、程序性壞死以及細胞焦亡在內的多種死亡模式[10]。
關于癲癇，我們面臨的形勢極為嚴峻。第一點表現在：就目前而言，癲癇難以被治愈。為何癲癇在醫學高度發達的今天仍然難以被治愈呢？首先是藥物療效的問題。抗癲癇藥物（AEDs）是一類針對癲癇癥狀所使用的藥物[11]。藥物治療策略主要是防止癲癇發生或者防止癲癇持續狀態（SE）的出現[12]。然而，治療抵抗[12]、癲癇相關死亡率增加[13]等問題是相當普遍的，說明目前的 AEDs 療效不理想[14]。其次是癲癇病因和發病機制的問題。癲癇的病因涉及多個因素[15]，較為復雜。且目前對癲癇的發病機制也知之甚少[16]。這兩方面綜合原因導致癲癇難以治愈。第二點表現在：癲癇的發病率正在不斷升高。從發病率的角度來講，癲癇處于神經系統疾病第三位[17]。且隨著人口年齡的增長和預期壽命的提高，癲癇的發病率顯著增加[18]。有研究表明，印度和中國等大型發展中國家的老年人口數量在未來幾十年內預計將從 5% 增加到 10%[19, 20]，這無疑會進一步提高癲癇的發病率。除此之外，在動物模型中還發現，癲癇誘發海馬損傷后的大鼠會表現出持續和更為頻繁劇烈的癲癇發作[21]。提示癲癇發作會給患者的身體和心理等方面帶來反復而嚴重的傷害，因此，尋找防治癲癇的有效方法至關重要
1 細胞自噬
細胞自噬屬于細胞程序化死亡的一種類型，分為四個關鍵步驟：引發、成核、成熟、降解[22]。在這一嚴格調控[23]的過程中，自噬體能夠將底物傳遞給溶酶體[24]，通過溶酶體系統降解并回收自身的蛋白質和細胞器，以應對不利條件的發生[25]。為了更好地執行保護機體的任務，細胞自噬需要維持一定的活性[26]。可以通過觀察機體內一些物質的表達情況來判斷細胞自噬的活性，如雷帕霉素復合物 1（mammalian rapamycin complex 1，mTORC1）被認為是自噬反應的最佳抑制因子，mTORC1 被激活可抑制自噬，而 mTORC1 被抑制則可介導自噬體形成[27, 28]；輕鏈 3（Light chain，LC3）則被認為是自噬激活最可靠的細胞標志物，當細胞自噬啟動時，LC3 從非脂型 LC3-I 轉化為自噬體相關的脂型 LC3-II，導致 LC3-II/I 比值增加[29, 30]；再如 Beclin-1 是自噬促進蛋白，當 Beclin-1 的表達升高時，說明細胞自噬被激活[31]。此外，還應注意，雖然細胞自噬對于細胞的生存而言至關重要且無可替代，但并非越多越好[32]。有研究指出，細胞自噬具有兩面性：適當的細胞自噬可以清除某些對機體有害的物質，降低細胞受到損害的幾率；而不當的細胞自噬，如細胞自噬被過度激活或者細胞自噬呈現出一個高水平狀態，則會使細胞遭受更嚴重的損害[33, 34]。因此，需要根據細胞所處的情境不同，辯證地看待細胞自噬[22]。
2 細胞凋亡
細胞凋亡是細胞程序化死亡的另一種類型，分為信號傳導、基因激活、凋亡執行和細胞清除四個階段[35]。關于細胞凋亡，需要明確的一點是，這種死亡類型是機體主動爭取而非被動接受的，其目的是為了更好地適應機體所生存的環境。且這個適應環境的過程離不開包括 Bcl-2 家族、caspase 家族等在內的一系列凋亡基因和凋亡蛋白的表達。對于細胞凋亡，不同的凋亡基因和蛋白發揮不同的作用，有些促進，有些則抵抗。如，在眾多 Bcl-2 家族成員中，Bax、Bak、Bid、Bim 和 Puma 等充當細胞凋亡的“促進者”，而 Bcl-2，Bcl-xl 和 Mcl-1 等則充當細胞凋亡的“抵抗者”[36]。再如， Caspase 家族對細胞凋亡極其重要，它能介導蛋白酶級聯反應，使凋亡細胞的結構發生瓦解[37, 38]。目前已知的 14 種 Caspase 家族成員分為細胞凋亡啟動者、細胞凋亡執行者以及炎癥反應調節者三個亞型[39]。在前兩個亞型所包含的成員中，Caspase-3 最具有代表性。作為細胞凋亡過程中最關鍵的效應器[40]，Caspase-3 的激活和表達對細胞凋亡發揮積極的促進作用[41, 42]。推動這個過程會明顯地加強細胞凋亡，抑制這個過程則會有效地切斷細胞凋亡[43]。Caspase 家族成員與細胞凋亡的緊密聯系還體現在凋亡途徑等方面。目前已知的細胞凋亡途徑有三種，分別是內源性途徑、外源性途徑以及內質網途徑。而劃分不同凋亡途徑所參考的依據就是這些途徑初始活化的 Caspase 成員各不相同[44]。
3 程序性壞死
程序化細胞壞死又稱非 caspase 依賴性細胞程序化死亡，涉及的 Caspase 家族成員主要是 Caspase-8。當機體遇到外界刺激時，包括 TNFR 和 TLR 在內的死亡受體被激活[45]。這些受體緊接著激活與其密切相關的 RIPK1 和 RIPK3，由 RIPK1、RIPK3、FADD、MLKL 等蛋白組成的壞死體也隨著 RIPK3 的激活而形成[46-48]。在壞死體內，RIPK3 導致下游的壞死執行分子 MLKL 發生磷酸化，磷酸化后的 MLKL 形成成孔復合物插入細胞膜。因細胞膜上形成孔膜，陽離子開始流入細胞內，細胞內外滲透壓發生改變，細胞外液隨后也大量內流[49, 50]。這些變化導致細胞出現腫脹、細胞膜發生破裂、細胞內容物大量釋放，最終程序性壞死發生[51]。在這個過程中，激活的 RIPK1 會促進 NF-κB 依賴性基因表達[52]。而有研究表明，NF-κB 信號傳導會阻止 caspase-8 激活和隨后的細胞凋亡[53]。所以程序化細胞壞死是在細胞凋亡受抑制的前提下進行的[54]。
4 細胞焦亡
細胞焦亡又稱為 Caspase 依賴性細胞程序化死亡，主要涉及的是 Caspase-1/4/5/11。除此外，GSDM 蛋白家族對細胞焦亡也很重要。在人體中，這類細胞焦亡必不可少的調控蛋白包括 GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME、DFNB59 等六種成員[55]。除最后一種外，剩余成員均包含 N 末端結構域（GSDMD-N）和 C 末端結構域（GSDMD-C）[56]。其中，GSDMD 作為細胞焦亡的效應器和執行者，能夠被激活的炎性 Caspase 當作底物識別并切割，切割后釋放出來的 GSMDD-N 片段在細胞膜上具有成孔作用，這種成孔作用是細胞焦亡發生的關鍵[57, 58]。根據發揮作用的 Caspase 不同，將細胞焦亡途徑主要分為經典型和非經典型兩種[59]。當機體受到外界刺激時，傳感器蛋白（包括 NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2 或 pyrin 等）、銜接蛋白 ASC 以及 Caspase-1 前體等成分會組裝形成典型的炎性體（部分典型炎性體中含有 ASC，部分不含）[60-62]；而非典型炎性體則直接通過脂多糖（LPS）的脂質 A 部分與 Caspase-4/5/11 的 CARD 基序相互作用組裝而成（非典型炎性體中均不含 ASC）。由于除了 Caspas-12 外的所有炎性 Caspase 都在炎性體中被激活[63]，炎性體的形成是細胞焦亡發生的前提條件[64]。之后的焦亡過程隨激活的炎性 Caspase 不同而不同：在經典途徑中，Casapase-1 被激活，活化的 Caspase-1 切割 GSDMD 和 IL-1β、IL-18 前體。被切割的 GSDMD 釋放出 GSMDD-N 片段，在細胞膜上形成孔隙，導致細胞內外滲透壓和離子濃度出現異常，最終細胞腫脹破裂，焦亡發生。經 Caspase-1 切割后的 IL-1β、IL-18 前體轉變為成熟的炎性因子 IL-1β、IL-18，通過膜孔流出，導致更廣泛的炎癥反應；在非經典型途徑中，Caspase-4/5/11 被激活，Caspase-4/5/11 同樣能切割 GSDMD 使其釋放出 GSMDD-N 片段，最終誘導細胞出現焦亡現象。最新研究表明，在非經典型途徑中釋放的 GSMDD-N 片段能夠激活典型的 NLRP3 炎性體，從而激活 Caspase-1，導致 IL-1β、IL-18 成熟并經膜孔流出細胞[65-68]。與細胞自噬一樣，細胞焦亡也具有兩面性，適度的細胞焦亡對機體產生積極影響，而過度的細胞焦亡則會對機體造成不利影響[69]。
5 細胞自噬與癲癇發生
在大量的研究當中，我們構造了許多不同的癲癇模型，如 Atg7 基因敲除鼠癲癇模型、戊四氮（PTZ）誘發癲癇模型、匹羅卡品（PILO）誘發癲癇模型、紅藻氨酸（KA）誘發癲癇模型以及外傷出血性癲癇模型等。但在不同的癲癇模型中，細胞自噬的狀態是不一樣的，甚至是相反的。當癲癇發作時，有些模型中的細胞自噬表現為抑制或受損狀態；而另外一些模型中的細胞自噬則表現為激活狀態。這種現象提示，或可通過改變細胞自噬狀態這種方式，來達到減輕癲癇發作的目的。研究也表明，改變自噬狀態可以減輕癲癇發作[70]。
5.1 細胞自噬表現為抑制或受損狀態與癲癇發生
McMahon 等[71]發現，自噬的重要啟動子 Atg7 基因缺失會導致小鼠發生癲癇。進一步的研究表明：僅僅是抑制細胞自噬本身，癲癇就足以被推動。類似地，有研究在局灶性皮質發育不良（FCD）和人類結節性硬化（TSC）患者的腦組織內發現細胞自噬出現了缺損現象[72]，而 FCD 和 TSC 與癲癇發生緊密相關。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞自噬受抑制或缺損有關，激活細胞自噬可能對癲癇的預防和治療具有一定作用。相應的研究結果以及臨床治療也佐證著上述觀點：① 研究發現姜黃素可以通過誘導細胞自噬使神經元細胞免受癲癇持續狀態導致的損傷[16]；② 在癲癇發作的慢性期，大麻二酚處理可激活海馬細胞自噬途徑，以此來緩解大鼠癲癇相關行為[73]；③ 丙戊酸鈉可通過增強小鼠腦損傷后的自噬流量促進小鼠功能恢復，臨床上用于癲癇治療[74]；④ 拉莫三嗪可通過誘導自噬來減少癲癇發作的頻率[75]；⑤ 自噬阻滯劑可促進癲癇模型小鼠的神經元損害，而自噬誘導劑則可預防神經元損害[76, 77]；⑥ Ⅱ型大麻素受體（CB2R）可通過誘導細胞自噬和抑制細胞凋亡在癲癇發作模型中發揮抗驚厥作用，顯著減少 SE 后大鼠海馬神經元的損傷[78]；⑦ 生酮飲食（KD）可通過誘導細胞自噬和減少神經元凋亡減輕大鼠癲癇期間的腦損傷[79]。
5.2 細胞自噬表現為激活狀態與癲癇發生
PTZ 誘發癲癇模型是一種被廣泛接受的動物癲癇模型[80]，研究發現，在 PTZ 誘發癲癇的實驗模型中細胞自噬會增加[81]。同樣在 PILO 或 KA 誘發的癲癇中，LC3-II / LC3-I 比例和 Beclin-1 表達會升高，表明細胞自噬得到啟動[82, 83]。在其他的動物癲癇模型中，如外傷出血性癲癇模型中也發現，這些動物海馬區內的細胞自噬表現為激活狀態而非抑制狀態[84]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞自噬被激活有關，抑制細胞自噬可能對癲癇的預防與治療具有一定的效果。相應的實驗研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點：① 利拉魯肽能夠顯著減輕 PTZ 誘發的小鼠癲癇發作并恢復 PTZ 點燃小鼠模型的行為學活性[85, 86]，這些抗癲癇效應與小鼠海馬區 LC3 和 Caspase-3 的表達降低有關[87]；② 有研究表明，高遷移率族蛋白 box-1（HMGB1）抗體可抑制癲癇小鼠模型的細胞自噬并減輕癲癇發作誘導的海馬細胞凋亡，經 HMGB1 抗體治療后，小鼠學習能力和記憶能力恢復[88]；③ 左旋肉堿（L-Car）具有抗癲癇效應，能在 PTZ 誘導的癲癇中發揮神經保護作用，且這種保護作用很可能是通過自噬抑制和抗凋亡來實現的[82]；④ 尼洛替尼用于癲癇的治療可能具有很好的前景，它可以通過抑制細胞自噬和減輕細胞凋亡的方式來保護神經元免受癲癇損害[89]。
6 細胞凋亡與癲癇發生
癲癇誘發腦損傷后會激活神經元凋亡已經被廣泛認可[90]。已有動物實驗發現，神經元凋亡是癲癇發作后神經元死亡的主要形式之一[91, 92]。而神經元凋亡又離不開多種凋亡基因和蛋白的表達，因此認為，癲癇發生與前文所述的包括 Bcl-2 家族、Caspase 家族在內的多種凋亡成分存在一定關聯。其中，癲癇發生與 Bcl-2 家族的相關性表現在：在 Bcl-2 家族中，一些成員的缺失可以對癲癇發作造成影響。如 Mcl-1（抗凋亡成員）的缺失加劇了小鼠癲癇發作，而 Bim 或 Puma（促凋亡成員）的缺失部分則保護了海馬免受 SE 的侵害[93-96]；癲癇發生與 Caspase 家族的相關性則表現在：癲癇引起神經元凋亡后，在各種凋亡途徑中，不同的 Caspase 成員發揮不同的作用。如，Caspase-8 作為誘導細胞凋亡的重要蛋白酶和啟動者[97]，主要參與外源性途徑；Caspase-3 是內、外源性途徑共同的參與者[98]；Caspase-4 則主要參與內質網途徑[99]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞凋亡被激活有關，抑制細胞凋亡可能對癲癇的預防與治療有一定的效果。相應的實驗研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點：① 研究發現 Vps15 的突變與包括癲癇在內的人類神經發育疾病有關，且數據表明 Vpsl5 的完全消融會導致海馬和皮質的嚴重進行性退化，這可能是 Caspase 誘導的細胞凋亡增加所導致的[100]；② 西他列汀可通過其抗凋亡途徑發揮抗癲癇作用[101]；③ 活性氧清除劑（NAC）能夠對線粒體內積累的活性氧（ROS）發揮清除作用，使 JNK 活性喪失，從而起到神經元保護作用[102]。與之相吻合的是，有研究發現 Jnk3（JNK 家族的一員）缺陷小鼠對神經元凋亡和癲癇發作具有抵抗力[103]；④ p53 抑制劑 PFT 可以做為預防癲癇引起腦損傷的一個治療方法，因為它能夠顯著地抑制神經元凋亡[104]；⑤Ⅱ型大麻素受體（CB2R）、KD、利拉魯肽、HMGB1 抗體、左旋肉堿（L-Car），以及尼洛替尼等的抗癲癇效應和神經元保護作用均離不開對細胞凋亡的抑制。
7 程序性壞死與癲癇發生
在程序性壞死的過程中，細胞因子 TNF-α 會與其受體 TNFR1 結合并促進細胞內壞死體的組裝[105]，再經過前文所述的一系列流程，導致壞死發生。而杜瑞兵等[106]的研究提示，TNF-α 可能以一個參與者的身份對癲癇發生起作用。同樣地，當 PILO 癲癇模型大鼠以及 KA 癲癇模型小鼠發生 SE 后，損傷的海馬神經元內能觀察到 RIPK1、RIPK3 及 MLKL 升高等程序性壞死特征[107, 108]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與程序性壞死被激活有關，抑制程序性壞死可能對于癲癇的預防和治療具有一定作用。相應的實驗研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點：①AEDs—苯妥英鈉作為一種有效的程序性壞死抑制劑，能夠通過阻止 RIPK1 激活、NF-κB 信號傳導以及壞死體形成等途徑發揮抗癲癇作用[109, 110]；② 壞死抑制素 1（Necrostatin-1）能夠抑制程序性壞死和細胞凋亡，減輕 KA 癲癇模型小鼠的海馬損害[108]；③ 來源于杜仲的桃葉珊瑚甙通過誘導細胞自噬和抑制程序性壞死對神經元起保護作用，減輕了 SE 導致的海馬區神經元損傷[111]；④ 姜黃素可以保護神經元細胞免受 SE 造成的損傷，這種神經元保護效應除了通過誘導細胞自噬外，還可以通過抑制程序化細胞死亡來產生。
8 細胞焦亡與癲癇發生
細胞焦亡的過程中會產生炎性因子 IL-1β。而研究發現，IL-1β 對癲癇模型動物的癲癇發作具有促進作用[112]。同時，TAN 等[113]在顳葉癲癇患者腦組織中發現 NLRP1 炎性體的表達上調，說明細胞焦亡在增加。在 PILO 癲癇模型動物發生 SE 后，海馬區也發現了神經元細胞焦亡[114]。
這些研究提示，癲癇的發生可能與細胞焦亡被激活有關，抑制細胞焦亡可能對于癲癇的預防和治療具有一定作用。相應的研究結果及臨床治療也佐證著上述觀點，① 在杏仁核點燃的大鼠癲癇模型中，可通過敲除 caspase-1 來抑制神經元焦亡，從而減輕癲癇發作的嚴重程度和神經元損傷[113]；② VX-765 是一種細胞焦亡抑制劑，能夠減輕多發性硬化模型鼠的脊髓損傷，同時還能減輕腦缺血模型鼠的神經元損傷并促進小鼠運動功能恢復。這些保護效應都是通過抑制細胞焦亡的方式來實現的[115, 116]。最近研究發現，VX-765 在抗癲癇臨床試驗中也表現出良好的效果[117]。
9 結語
細胞程序化死亡與癲癇發生存在著緊密的聯系。細胞自噬是細胞程序化死亡的一種重要方式。癲癇發生發展過程中，細胞自噬起著雙向效應，目前我們對癲癇發生與細胞自噬之間關系的了解尚存不足，需要進一步的研究加以明確。細胞凋亡是細胞程序化死亡的另一種重要方式。癲癇發作會引起神經元細胞凋亡，這個過程離不開多種凋亡基因和凋亡蛋白的作用。目前的大多數研究都表明，癲癇的發生可能與細胞凋亡被激活有關，抑制細胞凋亡可能對癲癇的預防與治療有一定的效果。程序性壞死和細胞焦亡則是新發現的兩種細胞程序化死亡，前者依賴 Caspase，后者不依賴。目前普遍認為，癲癇的發生可能與程序性壞死和細胞焦亡被激活有關，抑制程序性壞死和細胞焦亡可能對癲癇的預防與治療有一定的效果。綜上，對細胞程序化死亡與癲癇發生之間關系的論述有助于我們更好地理解癲癇發病的原理和機制，并以此來指導臨床用藥和治療。