生酮饮食对难治性癫痫的作用机制是什么?

2020-03-10 17:27:16 43

尽管抗癫痫药物不断地更新换代,药物难治性癫痫患者的比例并未降低,仍有近1/3的癫痫患者经过多种药物联合治疗仍无法控制。根据国际抗癫痫联盟2010年的定义:难治性癫痫是指接受了合理选择、规则使用至少两种抗癫痫药物,仍不能达到癫痫发作控制的患者。

临床资料表明,如果单药治疗使得癫痫的临床发作不能获得良好的控制,那么,进一步应用2种或3种抗癫痫药物获得完全控制发作的可能性亦不大。如果3种适当的抗癫痫药物单独或联合应用治疗失败,那么进一步药物治疗的希望小于5%。

生酮饮食自20世纪被正式引入以来,其治疗癫痫的有效性不断得到验证,成为药物难治性癫痫常用的治疗方法。尽管已有研究资料证实,生酮饮食对于药物难治性癫痫有明确的疗效,但其确切的作用机制仍不完全清楚。在动物研究基础上,目前研究提出以下几种假说。

酮体与生酮饮食的抗癫痫作用

生酮饮食治疗过程中脂肪酸在肝脏中氧化分解为酮体,包括乙酰乙酸(ACA)、β羟 丁 酸(BHB)、丙 酮。酮 体 (主 要 是 ACA和BHB)经过血液循环通过血脑脊液屏障被脑细胞摄取并在线粒体中转化为乙酰 CoA参与三羧酸循环,最终通过线粒体氧化呼吸链产生ATP供能。

生酮饮食

在婴幼儿期,大脑产生酮体代谢酶和单羧酸转运体的能力较成人强,脑组织从血液中摄取和利用酮体的效率相对较高。临床研究也显示年龄越小生酮治疗的效果越佳。血酮升高的患者往往具有更好的癫痫治疗效果。从以上生酮治疗的患者酮体升高伴随的显著抗癫痫效果、酮体水平与癫痫控制水平间的对应关系及丙酮直接控制癫痫模型动物的发作这些现象来看,酮体极有可能在生酮抗癫痫的机制中发挥重要作用。

酮体可能通过调控神经递质谷氨酸和 γ-氨基丁酸(GABA)的水平,降低神经元的兴奋性,从而抑制癫痫发作。氯离子是突触前谷氨酸转运囊泡的变构激活剂,它能调控突触前谷氨酸转运囊泡分泌谷氨酸。实验条件下酮体(ACA和 BHB,尤其是ACA)能竞争氯离子在突触前谷氨酸转运囊泡上的变构调节位点,进而抑制谷氨酸的释放。4氨基吡啶是一种具有致痫作用的钾离子通道阻滞剂,它能诱发谷氨酸的释放,离子型谷氨酸受体拮抗剂能减轻 4氨基吡啶所致的癫痫发作。颅内注射 ACA(10mmol/L)能抑制 4-氨基吡啶致痫鼠的癫痫发作,同时对该模型鼠的谷氨酸释放具有剂量依赖的抑制作用。


血糖与生酮饮食的抗癫痫作用

通常认为维持一定的酮症对于产生良好的抗癫痫效果很有必要,但体内酮体水平与发作减少的程度有时并不一致,而且生酮饮食发挥抗癫痫作用并非必需高酮症,一种低血糖指数饮食在不严格要求酮体水平的条件下,依然具有抗癫痫作用。同时还发现,生酮饮食的抗癫痫作用很容易因葡萄糖的额外摄入而被逆转。因而相对于酮体,限制血糖在生酮饮食发挥抗癫痫作用机制中可能具有更为重要的作用。

生酮饮食

限制葡萄糖利用的同时伴随的糖酵解减少可能也参与 生酮饮食抗癫痫的作用机制。葡萄糖衍生物 2-脱氧葡萄糖能阻止葡萄糖的摄取,竞争性结合己糖激酶,抑制糖酵解。研究表明,2脱氧葡萄糖能延缓啮齿动物癫痫点燃模型的发作进程。这种对抗点燃效应被认为与脑源性神经营养因子及其受体酪氨酸激酶受体 B(TrkB)的表达降低有关。2-脱氧葡萄糖可能是通过脑源性神经营养因子结合蛋白和神经元限制沉默因子抑制脑源性神经营养

因子从而降低脑源性神经营养因子及其受体 TrkB的表达。脑源性神经营养因子是一类癫痫促发物,通过降低由TrkB介导的脑源性神经营养因子信号传导可抑制癫痫的发作。最近的一项研究也支持神经元限制沉默因子在 2-脱氧葡萄糖抗癫痫机制中所发挥的作用,但生酮饮食对神经元限制沉默因子缺失的小鼠仍具有抗癫痫作用。提示生酮饮食可能通过多种作用机制,而不一定是神经元限制沉默因子介导而发挥抗癫痫作用。


脑能量代谢与生酮饮食的抗癫痫作用

神经元兴奋性通常与能量代谢密切相关,脑内的能量物质充足有益于维持神经元的稳定性。KATP通道是广泛表达于不同脑区神经元和神经胶质细胞上的配体门控受体,它是一类联结细胞兴奋性和胞内 ATP代谢水平的代谢感受器。细胞泵的活动可通过消耗膜下的ATP激活其附近的 KATP通道,当细胞内 ATP下降时,该通道开放,钾离子外流,细胞膜超极化,从而抑制钙离子外流和细胞兴奋性。

生酮饮食

在生酮治疗时,酮体直接进入线粒体代谢,糖酵解因为线粒体代谢的增强而被抑制。这种代谢的转变使得线粒体产能增多而糖酵解产能减少。通常认为糖酵解产生的ATP优先用于膜泵的生理活动。由于糖酵解产能减少,神经元活动过程中膜泵耗能,均导致膜泵周围质膜的ATP减少。ATP水平降低使附近KATP 通道的活动增强,神经元超极化,继而降低神经元的兴奋性。

B细胞淋巴瘤-2(BCL-2)相关细胞死亡受体激动蛋白是一类调控细胞内葡萄糖代谢和凋亡的重要蛋白。BCL-2相关细胞死亡受体激动蛋白敲除鼠脑皮质神经元和星形胶质细胞内的葡萄糖氧化减少,BHB代谢增加,在红藻氨酸盐或戊四氮诱发的癫痫模型中,BCL-2相关细胞死亡受体激动蛋白敲除鼠的癫痫发作被抑制。而在最近的一项研究中发现,在BHB存在的条件下,糖酵解减少,同时KATP通道的活动增强。ATP和腺苷在细胞代谢和神经元信号传导过程中也发挥着重要作用,腺苷是一种广泛存在的神经调质,它通过整合中枢兴奋性及抑制性神经递质参与众多神经功能和行为的调节。它还是一种强大的内源性神经元保护因子和抗惊厥分子。腺苷信号通路通过腺苷A1受体(A1R)降低神经元兴奋性。生酮治疗时酮体通过线粒体代谢产能增加,胞内ATP生成增多,同时胞外血糖降低刺激缝隙连接蛋白(Pannexin-1)通道开放,使胞内的 ATP释放,释放到胞外的 ATP经胞外核苷酸酶迅速裂解为核苷酸,细胞外腺苷增多,激活 A1R使 KATP通道活动增强,从而降低神经元的兴奋性。而生酮饮食的这种抗癫痫作用可因A1R、KATP 通道或Pannexin-1通道的阻断而被逆转。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路与生酮饮食的抗癫痫作用

mTOR是一种与细胞生长和增殖有关的蛋白激酶,主要参与细胞内能量、营养物质及生长因子信号等相关细胞基础活动的整合。同时mTOR信号通路还参与调节神经元发育、突触可塑性等神经生理功能。

生酮饮食

mTOR信号通路异常与多种癫痫有关,而mTOR抑制剂能有效阻止癫痫发生的进程。研究表明,生酮饮食可能通过抑制mTOR信号通路发挥抗癫痫作用。动物实验显示,红藻氨酸所致癫痫持续状态能诱发mTOR信号通路的激活,pS6是mTOR信号通路的一种活化标志物,生酮饮食能减少红藻氨酸所致癫痫持续状态诱发的pS6表达。外周血辅助性 T淋巴细胞 17/调节性 T淋巴细胞失衡是难治性癫痫患儿的一个特征性表现。mTOR诱发的缺氧诱导因子-1α可决定初始CD4+T淋巴细胞向辅助性 T淋巴细胞17或调节性 T淋巴细胞分化的方向,而生酮饮食很可能还通过抑制 mTOR/缺氧诱导因子-1α信号通路,进而维持难治性癫痫患儿辅助性 T淋巴细胞 17/调节性 T淋巴细胞的平衡。

最后总结

癫痫至今仍是困扰着人类的常见慢性脑疾患之一。尽管随着抗癫痫药研发的进展,越来越多的癫痫患者症状得到有效控制,但仍有约 30%的患者成为药物难治性癫痫。功能神经外科技术的进步也只能有效控制其中部分患者的临床症状。因而临床急需寻找其他有效的治疗方式。

生酮饮食疗法以其快速、安全、有效,以及协同抗癫痫药物发挥作用,具有改善部分癫痫共患病等优点,被认为可能是难治性癫痫的最佳治疗选择之一。生酮饮食可通过多种潜在的生物靶点发挥抗癫痫作用,这可能是其产生显著疗效的主要原因,同时也可能正是其作用机制的复杂性所在。

目前有关酮体的抗癫痫作用机制仍不明确,而酮症水平与抗癫痫效果的相应关系亦存在争议。同时实验室条件下所给予的酮体水平明显高于生酮治疗时人体产生的酮体水平,生酮饮食在动物体内的代谢与人体也不完全一致,因而对于酮体相关的抗癫痫作用机制还有待更深入研究。