颞叶癫痫是难治性癫痫中最常见的类型，苔藓纤维出芽(Mossy fiber sproutinggranular, MFS)是颞叶癫痫患者最特征性的病理变化，但其分子信号通路及在颞叶癫痫中的作用至今还未明确。现综述近年有关MFS的信号通路及其在颞叶癫痫中作用。首先从颗粒细胞轴突出芽相关的信号通路进行阐述，主要包括细胞外信号调节激酶通路调节神经元胞体和轴突生长发育的作用，还有雷帕霉素靶蛋白转导通路对痫性发作的影响以及调节细胞增殖、突触重塑的作用。然后进一步阐述MFS到底促进还是抑制癫痫的发生以及与颞叶癫痫的因果关系。为颞叶癫痫的发生机制及治疗提供新思路。
引用本文： 黄文立, 黄华品. 海马苔藓纤维出芽分子机制及在颞叶癫痫中的作用. 癫痫杂志, 2016, 2(2): 155-158. doi: 10.7507/2096-0247.20160030 复制
在颞叶癫痫患者及实验动物模型中苔藓纤维出芽(Mossy fiber sproutinggranular,MFS)是一种常见的病理现象[1-3]。一些学者认为海马苔藓纤维出芽通过构成异常的兴奋环路增加癫痫的易感性[4]，相反一些学者认为苔藓纤维出芽抑制癫痫发作通过激活抑制性中间神经元[5]，而不论是哪一种，肯定是转导了MFS的信号通路从而导致痫性发作的变化。正常情况下苔藓纤维投向CA3区与锥体细胞构成突触连接。痫性放电时苔藓细胞产生异常出芽回返入内分子层或进入颗粒体层、CA3区并建立异常兴奋性神经环路，称为苔藓纤维出芽[6]。
1 颗粒细胞轴突出芽信号通路
1.1 细胞外信号调节激酶通路
近年来对细胞外信号调节激酶(Extracellular-signa1regulated kinase，Erk1/2)在癫痫中的作用研究越来越多,Erk1/2为有丝分裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)家族的一员，在脑中大量表达，尤其是在神经元胞体和树突。Erk1/2作为信号级联反应能够被细胞外信号激活如神经递质和神经营养因子激活，同时作用于胞浆内底物，并转入核内调节转录因子C-fos，启动即早基因的表达，指导蛋白质合成，从而影响突触重塑、轴突生长、调节神经元兴奋性[7]。在多种癫痫类型中均发现Erk1/2磷酸化(P-Erk1/2)表达增加[8-11]。结节性硬化症(Tuberoussclerosis，TSC)是一种典型的神经发育疾病与癫痫高度有关[12]。TSC是由于Tsc1或Tsc2基因突变引起的，基因突变导致神经元胞体和树突结构变化[13]，苔藓纤维出芽等突触重塑，Zhang等[14]学者发现这主要与肌动蛋白交联蛋白(Filamin A，FLNA)升高密切有关，那Tsc1突变是如何引起FLNA变化，内在的信号是怎样的？他们进一步深入发现与Erk1/2信号通路相关。Tsc1突变使得Erk1/2磷酸化表达增加，活性增强，予MAPK特异性抑制剂，Erk1/2磷酸化水平降低，FLNA表达减少，逆转Tsc1突变神经元胞体及树突形态学的变化。此外轴突成长相关蛋白(Nerve growth associated protein，GAP-43)、微管相关蛋白、生长影响因子[15-18]等因素能够影响与癫痫相关的轴突生长，从而影响苔藓纤维出芽。Chen等在体外培养大鼠海马神经元，诱导其痫性放电，发现Erk1/2磷酸化增加，能够诱导GAP-43，突触囊泡蛋白(Synaptophysin,SYP)的表达，予特定的抑制剂U0126，Erk1/2磷酸化水平降低，SYP和GAP-43水平表达随着下降[19]。另外liu等发现脑外伤引起颞叶癫痫发展诱导因素是由于苔藓纤维出芽，而其中的分子机制是酪氨酸激酶受体B(Tryosine kinase receptor B，TrkB)诱导Erk1/2激活，通过调节CREB/ELK-1参与苔藓纤维出芽[20]。因此,可将Erk1/2 信号转导级联通路促使MFS的可能机制归纳为各种细胞外信号刺激激活Erk1/2 信号转导通路,活化的Erk1/2 转移入核启动即早基因表达,随后再触发靶蛋白基因表达,导致新蛋白合成,这些蛋白质能够营养和指导轴突生长,从而对细胞的结构和功能产生长时程影响,最终形成MFS。
1.2 雷帕霉素靶蛋白信号通路
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，属于磷脂酰肌醇激酶相关激酶家族，mTOR 有多种激活途经，其中最主要的途经是由生长因子及其超家族诱导的PI3K /AKT / mTOR 信号通路，激活的AKT 通过抑制Tsc1 / Tsc2 复合物活性解除其对mTOR 的抑制作用，导致mTOR 激活能够调节细胞生长、增殖、存活等[21, 22]。在中枢神经系统中，mTOR信号通路是由谷氨酸受体激活来调控[23],可能是通过影响蛋白质的翻译或AKT的活性，参与轴突生长，突触可塑性和细胞的存活。在多种癫痫类型中均发现mTOR活性增加，如遗传性癫痫、婴幼儿痉挛、获得性癫痫、持续性癫痫等或各种动物癫痫模型[24-27]。许多研究发现mTOR抑制剂处理能够抑制mTOR通路，降低细胞自噬、死亡、突触重塑等从而逆转脑部结构变化，使癫痫慢性期痫性发生频率减少[28, 29]，这表明异常mTOR激活干扰脑部结构发展致使癫痫发作。例如Buckmaster等发现在匹罗卡品癫痫大鼠癫痫慢性期，海马局部注射雷帕霉素能够减少海马苔藓纤维出芽，减少癫痫发生频率[30]。Zeng等也发现雷帕霉素治疗不仅能够抑制红藻氨酸处理大鼠诱导痫性发作慢性期苔藓纤维发芽及减少慢性期发作频率[31]。因此,可将mTOR 信号通路促使MFS的可能机制归纳为各种因素诱导痫性发作使mTOR信号通路异常激活，mTOR信号通路参与了细胞增殖、存活、突触重塑、轴突芽生使细胞的形态和结构产生变化，形成MFS。
2 颗粒细胞轴突出芽在颞叶癫痫中的作用
颞叶癫痫是癫痫中最常见类型，且绝大多数为难治性癫痫，其反复复发性与海马典型病理结构变化即突触重塑密切相关。海马突触重塑最典型特征变化就是苔藓纤维出芽。以前大多数研究认为痫性损伤后由于门区神经元和CA3区锥体细胞大量死亡,齿状回内分子层(Inner molecular layer,IML)失神经传入,同时颗粒细胞也失去投射靶,因此苔藓纤维芽生侧支进入颗粒体层、IML以及CA3区始层重建海马神经网络，形成多突触连接，使神经兴奋性增加，导致癫痫慢性期反复发作。海马切片实验证实：苔藓纤维出芽后，癫痫更易点燃[32, 33]。计算机模拟实验证实：中度的海马苔藓样纤维出芽即可促进癫痫活动传播[34]。电生理研究证实：红枣酸诱导大鼠癫痫样放电是由于海马苔藓纤维出芽重建神经兴奋性环路，彼此间形成正反馈，导致癫痫反复发作[35]。
综上所述，这些发现支持苔藓纤维在癫痫中作用依据即反复点燃学说。然而一些学者认为苔藓纤维能够抑制癫痫发作通过激活抑制性中间神经元[5]。最近研究发现苔藓纤维只是癫痫发作过程中出现的一种附带病理现象，既不促进癫痫发作也不抑制癫痫发作[36]。雷帕霉素常用来检验苔藓纤维出芽与癫痫关系。最新学者发现侧脑室注射雷帕霉素能够抑制匹罗卡品诱导痫性发作大鼠苔藓纤维出芽，但对其慢性期癫痫放电频率没有影响[30, 37]。尽管之前研究在颞叶癫痫大鼠模型发现雷帕霉素能够减少癫痫发作频率，但不是所有[38-40]，因此雷帕霉素在癫痫中的作用是促癫痫还是抑制癫痫还不清楚，但这些研究都表明苔藓纤维出芽不是致痫因素。
3 结语
颞叶癫痫患者都显示脑部结构变化，特别是在海马，结构的变化以及其他异常在一定程度上促进了癫痫的复发。因此，阻断其中的某一变化，比如海马苔藓纤维出芽，可能对癫痫复发有一定影响；但一些癫痫相关的结构变化，例如海马苔藓纤维出芽就不是致痫因素。而至今未发现癫痫的复发归因于某些异常变化。所以，颞叶癫痫最特征性突出重塑海马苔藓纤维变化在癫痫中的作用究竟如何，至今还未明确，深入探讨其分子机制、阻断其发展，以观察其对癫痫影响，可以为临床治疗提供良好的思路，相信将来的研究将揭开答案。
在颞叶癫痫患者及实验动物模型中苔藓纤维出芽(Mossy fiber sproutinggranular,MFS)是一种常见的病理现象[1-3]。一些学者认为海马苔藓纤维出芽通过构成异常的兴奋环路增加癫痫的易感性[4]，相反一些学者认为苔藓纤维出芽抑制癫痫发作通过激活抑制性中间神经元[5]，而不论是哪一种，肯定是转导了MFS的信号通路从而导致痫性发作的变化。正常情况下苔藓纤维投向CA3区与锥体细胞构成突触连接。痫性放电时苔藓细胞产生异常出芽回返入内分子层或进入颗粒体层、CA3区并建立异常兴奋性神经环路，称为苔藓纤维出芽[6]。
1 颗粒细胞轴突出芽信号通路
1.1 细胞外信号调节激酶通路
近年来对细胞外信号调节激酶(Extracellular-signa1regulated kinase，Erk1/2)在癫痫中的作用研究越来越多,Erk1/2为有丝分裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)家族的一员，在脑中大量表达，尤其是在神经元胞体和树突。Erk1/2作为信号级联反应能够被细胞外信号激活如神经递质和神经营养因子激活，同时作用于胞浆内底物，并转入核内调节转录因子C-fos，启动即早基因的表达，指导蛋白质合成，从而影响突触重塑、轴突生长、调节神经元兴奋性[7]。在多种癫痫类型中均发现Erk1/2磷酸化(P-Erk1/2)表达增加[8-11]。结节性硬化症(Tuberoussclerosis，TSC)是一种典型的神经发育疾病与癫痫高度有关[12]。TSC是由于Tsc1或Tsc2基因突变引起的，基因突变导致神经元胞体和树突结构变化[13]，苔藓纤维出芽等突触重塑，Zhang等[14]学者发现这主要与肌动蛋白交联蛋白(Filamin A，FLNA)升高密切有关，那Tsc1突变是如何引起FLNA变化，内在的信号是怎样的？他们进一步深入发现与Erk1/2信号通路相关。Tsc1突变使得Erk1/2磷酸化表达增加，活性增强，予MAPK特异性抑制剂，Erk1/2磷酸化水平降低，FLNA表达减少，逆转Tsc1突变神经元胞体及树突形态学的变化。此外轴突成长相关蛋白(Nerve growth associated protein，GAP-43)、微管相关蛋白、生长影响因子[15-18]等因素能够影响与癫痫相关的轴突生长，从而影响苔藓纤维出芽。Chen等在体外培养大鼠海马神经元，诱导其痫性放电，发现Erk1/2磷酸化增加，能够诱导GAP-43，突触囊泡蛋白(Synaptophysin,SYP)的表达，予特定的抑制剂U0126，Erk1/2磷酸化水平降低，SYP和GAP-43水平表达随着下降[19]。另外liu等发现脑外伤引起颞叶癫痫发展诱导因素是由于苔藓纤维出芽，而其中的分子机制是酪氨酸激酶受体B(Tryosine kinase receptor B，TrkB)诱导Erk1/2激活，通过调节CREB/ELK-1参与苔藓纤维出芽[20]。因此,可将Erk1/2 信号转导级联通路促使MFS的可能机制归纳为各种细胞外信号刺激激活Erk1/2 信号转导通路,活化的Erk1/2 转移入核启动即早基因表达,随后再触发靶蛋白基因表达,导致新蛋白合成,这些蛋白质能够营养和指导轴突生长,从而对细胞的结构和功能产生长时程影响,最终形成MFS。
1.2 雷帕霉素靶蛋白信号通路
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，属于磷脂酰肌醇激酶相关激酶家族，mTOR 有多种激活途经，其中最主要的途经是由生长因子及其超家族诱导的PI3K /AKT / mTOR 信号通路，激活的AKT 通过抑制Tsc1 / Tsc2 复合物活性解除其对mTOR 的抑制作用，导致mTOR 激活能够调节细胞生长、增殖、存活等[21, 22]。在中枢神经系统中，mTOR信号通路是由谷氨酸受体激活来调控[23],可能是通过影响蛋白质的翻译或AKT的活性，参与轴突生长，突触可塑性和细胞的存活。在多种癫痫类型中均发现mTOR活性增加，如遗传性癫痫、婴幼儿痉挛、获得性癫痫、持续性癫痫等或各种动物癫痫模型[24-27]。许多研究发现mTOR抑制剂处理能够抑制mTOR通路，降低细胞自噬、死亡、突触重塑等从而逆转脑部结构变化，使癫痫慢性期痫性发生频率减少[28, 29]，这表明异常mTOR激活干扰脑部结构发展致使癫痫发作。例如Buckmaster等发现在匹罗卡品癫痫大鼠癫痫慢性期，海马局部注射雷帕霉素能够减少海马苔藓纤维出芽，减少癫痫发生频率[30]。Zeng等也发现雷帕霉素治疗不仅能够抑制红藻氨酸处理大鼠诱导痫性发作慢性期苔藓纤维发芽及减少慢性期发作频率[31]。因此,可将mTOR 信号通路促使MFS的可能机制归纳为各种因素诱导痫性发作使mTOR信号通路异常激活，mTOR信号通路参与了细胞增殖、存活、突触重塑、轴突芽生使细胞的形态和结构产生变化，形成MFS。
2 颗粒细胞轴突出芽在颞叶癫痫中的作用
颞叶癫痫是癫痫中最常见类型，且绝大多数为难治性癫痫，其反复复发性与海马典型病理结构变化即突触重塑密切相关。海马突触重塑最典型特征变化就是苔藓纤维出芽。以前大多数研究认为痫性损伤后由于门区神经元和CA3区锥体细胞大量死亡,齿状回内分子层(Inner molecular layer,IML)失神经传入,同时颗粒细胞也失去投射靶,因此苔藓纤维芽生侧支进入颗粒体层、IML以及CA3区始层重建海马神经网络，形成多突触连接，使神经兴奋性增加，导致癫痫慢性期反复发作。海马切片实验证实：苔藓纤维出芽后，癫痫更易点燃[32, 33]。计算机模拟实验证实：中度的海马苔藓样纤维出芽即可促进癫痫活动传播[34]。电生理研究证实：红枣酸诱导大鼠癫痫样放电是由于海马苔藓纤维出芽重建神经兴奋性环路，彼此间形成正反馈，导致癫痫反复发作[35]。
综上所述，这些发现支持苔藓纤维在癫痫中作用依据即反复点燃学说。然而一些学者认为苔藓纤维能够抑制癫痫发作通过激活抑制性中间神经元[5]。最近研究发现苔藓纤维只是癫痫发作过程中出现的一种附带病理现象，既不促进癫痫发作也不抑制癫痫发作[36]。雷帕霉素常用来检验苔藓纤维出芽与癫痫关系。最新学者发现侧脑室注射雷帕霉素能够抑制匹罗卡品诱导痫性发作大鼠苔藓纤维出芽，但对其慢性期癫痫放电频率没有影响[30, 37]。尽管之前研究在颞叶癫痫大鼠模型发现雷帕霉素能够减少癫痫发作频率，但不是所有[38-40]，因此雷帕霉素在癫痫中的作用是促癫痫还是抑制癫痫还不清楚，但这些研究都表明苔藓纤维出芽不是致痫因素。
3 结语
颞叶癫痫患者都显示脑部结构变化，特别是在海马，结构的变化以及其他异常在一定程度上促进了癫痫的复发。因此，阻断其中的某一变化，比如海马苔藓纤维出芽，可能对癫痫复发有一定影响；但一些癫痫相关的结构变化，例如海马苔藓纤维出芽就不是致痫因素。而至今未发现癫痫的复发归因于某些异常变化。所以，颞叶癫痫最特征性突出重塑海马苔藓纤维变化在癫痫中的作用究竟如何，至今还未明确，深入探讨其分子机制、阻断其发展，以观察其对癫痫影响，可以为临床治疗提供良好的思路，相信将来的研究将揭开答案。