[研究] 脑胶质瘤相关性癫痫产生机制的研究进展 | 于政达 路俊锋 吴劲松
脑胶质瘤相关性癫痫产生机制的研究进展
中国临床神经科学,2017,25(03):330-336+360;作者：于政达，路俊锋，吴劲松，复旦大学附属华山医院神经外科;外前沿转载自医脉通网站,转载已获授权
与脑肿瘤有关的癫痫称为肿瘤相关性癫痫（tumor related epilepsy，TRE），癫痫作为脑肿瘤的主要症状严重影响患者的生存质量。胶质瘤作为大脑常见肿瘤多以癫痫起病，尤其是低级别胶质瘤患者以癫痫作为首发症状的比例可高达80%。虽然，手术切除肿瘤可以改善癫痫预后，但仍有少部分患者在手术治疗后也会遗留有药物难以控制的癫痫，称为难治性癫痫。
深入了解TRE的产生机制有助于更好地预测、预防及控制癫痫的发生。随着研究手段和技术的进步，目前国际上已经对TRE 进行了比较深入的探索，尤其是对其发病机制以及对应的脑神经网络研究有了巨大进步。然而，国内对TRE的发病机制以及临床诊治仍缺乏足够的重视和系统研究。文中总结TRE 的机制研究文献，以供同行参考。TRE 的产生是由许多复杂的机制组成，既包含肿瘤因素与肿瘤周边因素这样的微观机制，同时脑神经网络的宏观机制也参与其中，三者相互作用、相互影响，共同在TRE 的产生和发展中扮演着重要角色。
1.肿瘤因素
肿瘤本身的特性，如肿瘤位置（ 额、颞、顶、枕、岛）、WHO 分级（Ⅰ~ Ⅳ级）、细胞间紧密连接的改变、基因的改变等，或分泌一些能够使肿瘤本身成为致灶的物质，这些物质又能够改变肿瘤周边的微环境，使肿瘤周边区域成为致灶。
胶质瘤生长部位及WHO 分级：胶质瘤可发生于颅内任何部位，但以额叶、颞叶、顶叶胶质瘤最易发生TRE，而枕叶和幕下胶质瘤很少引起癫痫。额叶、颞叶、顶叶与人的语言、意识、运动功能密切相关，这些部位发生病变可引起这些脑功能区的异常放电进而发生癫痫，若胶质瘤侵及皮质功能区癫痫发生率将更高。低级别胶质瘤（WHOⅠ级和Ⅱ级）与高级别胶质瘤（WHO Ⅲ级和Ⅳ级） 患者的TRE 发生率有所差别，60% 的高级别胶质瘤发生TRE，而低级别胶质瘤患者发生癫痫的可能性高达80%。这可能与高级别胶质瘤相对生长速度较快，对肿瘤周围组织及肿瘤组织本身的缺血、缺氧性破坏较为严重，致灶不易形成有关，另外，有研究认为高级别胶质瘤释放过量的神经兴奋性递质谷氨酸，谷氨酸具有神经毒性，大量释放会导致神经元死亡。
也有观点认为快速生长的高级别胶质瘤破坏了脑电传输网络。而低级别胶质瘤生长速度缓慢，对周围组织的影响呈渐变性，使皮质部分传入神经阻滞，导致去神经化的高度敏感性，对致灶的形成有一定促进作用。
细胞之间紧密连接的改变：大脑中的紧密连接多数存在于血脑屏障以及胶质细胞之间，血脑屏障是血液与脑组织间的一种特殊屏障，由毛细血管的内皮细胞、基膜和星形胶质细胞的血管周足等构成，而紧密连接就广泛存在于这些细胞之间。血脑屏障中的紧密连接主要用于阻止外来物质的入侵，而胶质细胞之间的紧密连接多是进行信息和物质交换。在胶质瘤患者中，胶质瘤附近内皮细胞的紧密连接结构受到了破坏，而这种变化又会导致转化生长因子（TGF-β）受体受到刺激，致使细胞外K+ 聚集，易化神经兴奋性N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA） 受体，最终导致癫痫样放电活动。胶质细胞间的紧密连接是通过缝隙连接蛋白（connexin，CX）实现的。Aronica 等研究在低级别胶质瘤、高级别胶质瘤和正常脑组织的对比中发现了更多的CX43 表达，而且在低级别胶质瘤周边致灶也发现了较对照组高表达的CX43。因此，有充分理由怀疑CX43 与TRE 的发生相关。
基因片段的改变：有些患者虽然肿瘤部位、病理类型、肿瘤大小都很相似，但是TRE 的发生情况却不相同，这就表明基因在TRE 的发生与发展中有着重要作用。研究表明TRE 患者中，相关突触信号传递受体，尤其是γ- 氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）A 型受体（GABAAR），分布于突触后膜并激活Cl- 通道使突触后膜超极化——表达降低、突触可塑性、Ca+ 稳定性、离子转运（NKCC1 高表达、KCC2 低表达） 相关基因低表达，这些基因表达产物有Cl- 通道、Ca2+ 通道、Na+ 通道和K+ 通道，这些离子通道与TRE发生发展有关。在胶质母细胞瘤的研究中，水通道蛋白基因1 高表达，说明TRE 患者的肿瘤周边水肿较严重。
基因突变致染色体改变：基因位于染色体上，基因改变在一定程度上也影响着染色体。研究发现星形胶质细胞瘤和少突胶质瘤患者的19 号染色体长臂的杂合性缺失（loss of heterozygosity 19 q，LOH19q）可作为癫痫的保护因素，即有LOH19q 的星形细胞胶质瘤和少突胶质瘤患者不易发生癫痫。载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE） 的基因位于19 号染色体的长臂上，并且ApoE基因与许多眼部疾病有关，ApoE 可能与以幻视起病的TRE 有关。
RNA的改变：微小RNA（microRNAs，miRNA）是真核生物中广泛存在的一种长21~23个核苷酸的RNA分子，可调节其他基因的表达。miRNA来自一些从DNA转录而来但无法进一步转译成蛋白质的RNA（属于非编码RNA）。miRNA通过与靶信使核糖核酸特异结合，从而抑制转录后基因表达，在调控基因表达、细胞周期、生物体发育时序等方面起重要作用，一些miRNA也参与了TRE的发生和发展。You等研究了23个Ⅱ级胶质瘤样本，其中11个是TRE样本，12个是非TRE样本，发现TRE患者中的miR-196b较非TRE患者高67倍。之后又研究了83个病例样本中miR-196b与TRE的关系，结果也证实了其高表达现象。miR-196b是一种癌基因，其多与细胞增殖相关基因及增殖细胞核抗原基因PCNA有一定的关系，表明miR-196b展示其生物学功能是通过调控细胞周期实现的。miR-196b促进肿瘤细胞增殖，进而可能促进癫痫的发生，术后癫痫的复发也可能与miR-196b促进肿瘤的复发和进展有关。
2.肿瘤周边因素
神经递质及其受体的改变：兴奋性神经成分和抑制性神经成分失衡是TRE 的主要原因。正常脑组织中存在着以谷氨酸（glutamate，Glu）为主的兴奋性神经递质以及以GABA 为主的抑制性神经递质，Glu 的主要作用是激活突触后膜的α- 氨基-3- 羟基-5- 甲基-4- 异恶唑丙酸受体（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4- isoxazolepropionicacid receptor，AMPAR）（Na+ 内流） 和NMDA受体（Ca2+ 内流），Na+ 和Ca2+ 内流，细胞去极化，神经元兴奋性增加；GABA 的主要作用是激活突触后膜的GABAR，使Cl- 进入细胞，细胞超极化，神经细胞受到抑制。肿瘤细胞不仅可以产生大量Glu，并且高表达GluR，低表达GABAR，破坏了兴奋和抑制之间的平衡。
此外，胶质瘤细胞可以通过胱氨酸-Glu 转运体（cystineglutamatetransporter， xCT） 吸收胱氨酸，转化为半胱氨酸，半胱氨酸又可以促进谷胱甘肽（抗氧化剂） 的合成，保护肿瘤细胞。神经递质能够发挥作用离不开受体。兴奋性神经递质，如Glu，通过与突触后膜的离子型受体和代谢型受体发生作用。离子型受体包括：NMDA（NR1，NR2A~C 亚型）、AMDA（GluR1~4 亚型）、海人酸受体。其中NMDA 受体和AMPA 受体具有长时程增强的特点，这可以解释TRE患者癫痫发作频率为何越来越频繁。Aronica 等通过研究伴发难治性癫痫的41 例节细胞胶质瘤和16 例胚胎发育不良性神经上皮瘤患者发现，在这两种肿瘤类型中均发现NR2A 和NR2B 增多。
Lee 等 进行了相似的研究，从13 例胚胎发育不良性伴发难治性癫痫的患者中发现NR1、NR2A、NR2B 增多，以及GluR2、GluR3 增多。这些受体均由兴奋性神经递质Glu 激活，介导Na+ 和Ca2+ 进入细胞，诱发细胞膜去极化，导致癫痫样放电。代谢型Glu 受体（metabotropic glutamate receptor，mGluR） 通过GTP 结合蛋白初始化细胞内信号，这可以充当神经调质调控细胞内外离子浓度的变化。但有关mGluR 与TRE 的关系研究尚不清楚，有待进一步研究证实。
离子浓度的改变：人脑脊液的pH 为7.25~7.42，因为肿瘤的生长速度快，可造成局部缺氧和乳酸堆积，会造成肿瘤及肿瘤周边的酸性环境。而胶质瘤的细胞膜在酸性环境下更易引起大量Na+ 内流，使其兴奋性升高，有助于癫痫样放电的产生。同时Ca2+ 通道也发现在癫痫组织中有所增加，在TRE 患者中，发现K+ 通道有变化，使细胞外K+ 浓度升高，易化神经细胞。Mg2+ 可以阻断Ca2+ 经NMDA 受体内流，从而达到稳定神经元兴奋性的作用，Avoli 等 研究证实TRE 患者细胞外Mg2+减少，导致大量Ca2+ 内流进入细胞，引起自发性去极化，从而导致癫痫样放电。
另外，在高级别胶质瘤中，肿瘤细胞生长速度相对较快，新生的非正常血管丰富，容易渗血甚至少量出血致Fe3+ 在肿瘤和肿瘤周边浓度上升，Fe3+可以发生过氧化反应，损伤细胞膜，破坏神经元的稳定性，也有可能促进TRE 的发生。值得说明的是，在神经元放电过程中神经递质与离子的作用是密切相关、不可分割的整体，但是细胞内外离子的改变是继发于神经递质的改变，而且在离子方面的研究结果多是关于离子通道的基因低表达，所以癫痫发作中神经递质的作用大于离子本身的作用。
细胞代谢中的2- 羟基戊二酸改变：TR E 的产生不只是与Glu、GABA、Na+ 和Ca2+ 等离子有关，一些特殊的分子成分也参与了TRE 的产生。2- 羟基戊二酸（α-hydroxyglutaric acid，2-HG） 就属于这种独特的分子，2-HG 在结构上与Glu 相似，并且能够激活NMDA受体，使Ca2+ 进入细胞，从而使神经元异常兴奋，对癫痫发生有一定的促进作用。2-HG 是由突变后的异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）1 型和2 型催化产生，TRE 患者中IDH 1/2 的基因发生突变，从而导致IDH1/2 在分子成分上发生改变，第132 位的精氨酸被组氨酸所替代。
正常情况下，IDH 主要作用于三羧酸循环，使异柠檬酸变为α- 酮戊二酸，而改变后的IDH 1/2 会使异柠檬酸变为2-HG，改变后的反应也被称为α- 酮戊二酸的弱化，这会使2-HG 的水平升高100 倍，说明2-HG在癫痫的发生发展中发挥着重要作用。然而，并不是所有TRE 患者都有相似的IDH 1/2 突变率。Zhong 等研究发现IDH1/2 突变率在不同病理类型的胶质瘤患者略有不同，只有在少突胶质细胞瘤和星形细胞瘤中IDH1/2突变才与TRE 有关，而与癫痫的发作频率、术后癫痫控制、癫痫预后毫无关系。
细胞因子的改变：细胞炎性因子也参与TRE 的产生和发展。在正常神经组织中，神经元的兴奋和炎症反应均会释放神经毒性物质，而兴奋性神经递质在一定程度上也是有神经毒性的，而IL-4 和IL-6 可参与调节神经毒性递质。因此，细胞炎性因子具有调控中枢神经系统兴奋性的功能，同时也为TRE 的发生发展提供了可能。
肿瘤周边微环境：肿瘤作为快速生长的异常组织，会对周边的正常组织产生挤压而产生占位效应，可能导致正常组织的缺血、缺氧、酸中毒，进而导致肿瘤周围细胞的Na+、Ca2+ 等电解质紊乱，电解质的改变会引起神经元的兴奋性以及血脑屏障的改变，而血脑屏障的改变也会促进致灶的形成，这些因素都有可能促进TRE 的发生，同时会影响抗癫痫药物的疗效。
3.脑神经网络
TRE 的发生与脑神经网络的变化也有一定联系。目前对脑神经网络的共识是，正常的脑神经网络是一种小世界网络，正常脑神经网络的特点是拥有较高的集合系数以及最短路径长度较短，这可能使大脑各部分之间独立或者协作处理信息时的效率更高，简单说就是许多条连接线和许多组聚集在一起的点（“点”是输入和输出的枢纽，是有许多连接线密集地交汇而成的一个区域）相互连接交通就构成了脑神经网络。检测脑神经网络的方法有MR DTI、MEG、fMRI、EEG 等，不同方法测量出的脑神经网络结果可能有所差别，有关TRE 脑神经网络的研究较为有限。
Douw 等研究表明TRE 患者的癫痫发作次数越多，θ 带中的连接就越密集，虽然这些连接有助于脑神经网络信息的传输，但更易受不正常的同步去极化影响而引发癫痫，同时还发现肿瘤切除后θ 带的正常功能连接明显减少。在低级别胶质瘤θ 带中的集合系数要比健康人和高级别胶质瘤患者高，高级别胶质瘤和健康人之间未发现明显的脑神经网络改变。或许这也是高级别胶质瘤患者癫痫的发生率低于低级别胶质瘤患者的原因，但这项研究并未对肿瘤所在部位进行匹配，有可能影响研究结果，因此需要进一步的研究予以证实。
在无器质性病变的癫痫研究中发现，左、右侧颞叶癫痫会使全脑长程网络减少脑神经网络中的连接点聚合度增加，而且连接点多集中在颞叶，连接点增加会影响脑正常的跨脑叶信息交流，易诱发引起局部的异常放电从而导致癫痫，这或许可以解释颞叶肿瘤癫痫脑网络的改变。此外，还发现左颞叶癫痫引起的脑神经网络结构改变要比右颞癫痫重，左颞癫痫还出现了局部之间的连接和集合系数显著增加，或许是因为大多数人群为右利手，左脑为优势半球，故左侧颞叶癫痫会比右侧更易损害脑神经网络，但这些研究结果还需要在脑肿瘤患者中加以证实。
脑神经网络的构成不仅由神经元构成，还有胶质细胞的参与。例如星形胶质细胞在大鼠癫痫模型中可以放大神经细胞中Ca2+ 的升高。此外，海马和杏仁核在脑神经网络中也有着重要的作用，肿瘤侵及这些部位是否更易诱发癫痫发作还需要研究证实。此外，认知功能也是脑神经网络功能的一部分。TRE患者的认知功能会受到部分损害，但记忆功能保存相对较好。而且认知功能也可以作为一种评价脑神经网络功能的方法。TRE 与脑神经网络的关系还知之甚少，仍需要大量的研究来证实和探索。TRE 的产生并没有严格意义上单纯的肿瘤因素、肿瘤周边因素或脑神经网络因素，三者相互关联、相互作用，共同对TRE 的发生起着重要的作用。
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