星形胶质细胞在癫痫发病机制中研究进展
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【关键词】 星形胶质细胞；癫痫；发病机制
星形胶质细胞是中枢神经系统主要的大胶质细胞，不仅对神经元起支持、保护、分隔和营养等作用，而且具有对各种神经损害产生强烈反应的特性，在病理条件下，星形胶质细胞反复增生、活化，并能释放某些活性物质使神经元的兴奋性提高，对神经系统的损害具有重要的影响。近年来，越来越多实验已证实星形胶质细胞在癫痫发病机制中起重要作用，本文就星形胶质细胞与癫痫发病机制关系综述如下。
形态学变化与癫痫发病有关
Hawrylak等[1]用电镜观察周期性电刺激点燃的大鼠癫痫模型脑组织，发现星形胶质细胞突起的中间和末梢的体积分别增加37%和33%，特别是在CA1区放射层Schaffer侧突柄密度增加25%，而变性突触在实验组和对照组无显著差异。这些结果提示在胶质化尚不明显时突触数量的增加和星形胶质细胞的肥大与癫痫形成有关。Niquet等[2]在红藻氨酸诱导的癫痫大鼠脑中，首次用纤维结合素抗体标记出位于海马CA3CA4区的增殖星形胶质细胞(纤维结合素是与星形胶质细胞增殖有关的一种细胞外母质蛋白)，而在对照组却没有标记出这种增殖星形胶质细胞，提示增殖星形胶质细胞形成与癫痫发作有关。采用马桑内酯肌注造成化学点燃效应癫痫动物模型，然后进行海马区脑组织的光镜、电镜和免疫组化观察，结果：①光镜观察发现实验组动物的海马区可见星形胶质细胞水肿，主要表现为细胞体积增大、胞浆水份增多、胞浆染色浅、胞核染色深。②电镜下观察可见星形胶质细胞严重水肿，胞质内细胞器结构破坏，形成大片空亮区，核膜断裂模糊，色质边集。③突触素免疫组化染色观察，实验组海马区脑切片呈棕黄色细颗粒状阳性反应，于光、电镜病变的相应区域，可见变性水肿的星形胶质细胞周围棕色颗粒密度明显增加。生理盐水对照组海马区星形胶质细胞均无以上形态学变化[3]。在戊四氮(Pentylenetetrazol，PTZ)致痫大鼠中，也观察到星形胶质细胞胶原纤维酸性蛋白(GFAP)在海马内表达显著增高，胞体显著肥大[4]。而由于PTZ致痫的方法不伴有神经元损伤、坏死[5]，避免了脑损伤所致星形胶质细胞反应，更进一步证明了星形胶质细胞形态变化和癫痫之间有一定的联系。Lee等[6]通过FRAP(fluorescence recovery after photobleach)作定量分析，发现顽固性癫痫病人致痫灶脑组织的星形胶质细胞表现缝隙联结数目增加，这提示顽固性癫痫可能与缝隙联结数目增加有关。Griffin等[7]报道他们在实验中观察到外科手术切除癫痫病人的颞叶组织中，S100β(S100β是来自星形胶质细胞的神经生长因子)阳性的星形细胞较对照组高三倍(P<0.001)，并发现星形胶质细胞功能活跃，胞体增大。有学者对顽固性癫痫病人经手术切除的颞叶皮层及额叶皮层活检组织进行透射电镜观察，发现星形胶质细胞变性、老化和凋亡，表现为部分核膜模糊，核周间隙扩大，染色质浓集边聚，部分与核膜融合，细胞器结构异常，表现为线粒体模糊肿胀，线粒体嵴模糊不清或部分脱失，内织网扩张[8]。以上结果表明，在癫痫的脑组织中，星形胶质细胞形态学上表现为体积增大，突起增多，相邻星形胶质细胞间缝隙联结增多以及与星形细胞有关的细胞因子的变化，都提示了星形细胞功能上的增强，这在癫痫的发病机制中是原因还是结果仍无定论。
癫痫发作与钾的缓冲作用
Su等用全细胞膜片钳技术对反应性星形胶质细胞进行记录，发现Na+/K+比对照组人类和鼠的星形胶质细胞的电导率高3～4倍，而正常星形胶质细胞K+通透性比Na+高得多。表明围绕痫灶的反应性星形胶质细胞的K+的缓冲作用是缺陷的[9]。O’Connor等也通过同样的方法发现Na+在痫灶周围的星形胶质细胞上的通道密度明显高于正常，而K+的通道密度低于正常，这研究也表明星形胶质细胞在癫痫发作过程中对K+缓冲作用减弱，从而不能保持神经元外K+的稳态，使神经元兴奋性增高，提示了星形胶质细胞与过度兴奋神经元之间有密切联系[10]。Hinterkeuser等用膜片钳技术观察了手术切除耐药颞叶癫痫病人的海马星形胶质细胞的功能特性，发现在具有明显神经细胞缺失的病人，例如Ammon 'shorn硬化者，星形胶质细胞电流方式类似于鼠类海马的不成熟星形胶质细胞的典型特性。在啮齿类动物脑正常发育过程中，星形胶质细胞的内整流(inward rectifier currents)是逐渐增加的。因此人类硬化组织返回至未成熟方式的解释是可以想象的，与癫痫所致细胞外空间缩小对应的内整流减少也许导致钾离子缓冲作用的缺陷。这将导致对应活动依赖性钾离子释放的星形胶质细胞和神经元的更强和延长的去极化，可能促进人类颞叶癫痫这种特殊条件下癫痫的产生[11]。
癫痫发作与生物化学变化
反应性星形胶质细胞增生是癫痫很常见的病理改变，但癫痫病人皮层癫痫灶内可观察到一种反应性的特殊星形胶质细胞，其特点是所含的某些脱氢酶(谷氨酸脱氢酶、葡萄糖6磷酸脱氢酶、乳酸脱氢酶)的同功酶的活性皆比正常明显增高。这些异常胶质细胞被称之为活化性星形胶质细胞(activated astrocyte，AA)，这在癫痫患者脑组织手术标本中无一例外的均可找到，凡是能引起癫痫病灶就有AA，而在非癫痫活化性标本中则从未找到过这种细胞，可见AA与癫痫的发生有连带关系。癫痫动物实验也显示凡是发生癫痫发作的动物都可在其皮层找到AA。研究表明星形胶质细胞肩负着大多数转运谷氨酸的功能，对于保持细胞外低水平谷氨酸和防止慢性谷氨酸神经毒性作用是必要的[12]。Wilson提示癫痫等脑损伤后会发生自由基等氧化作用，加重脑损伤，星形胶质细胞能保持细胞内各种特定抗氧化剂的高度聚集，使其具有对抗寡突胶质细胞和神经元的进一步氧化作用。例如使维生素C还原为抗坏血酸盐，然后将之释于细胞外液，发挥对神经元的抗氧化保护作用[13]。Muller等用113C标记的葡萄糖和1,213C标记的醋酸盐给海人酸致痫大鼠皮下注射14天后，用13C核磁共振分光镜和高分辨液相光谱仪对鼠脑进行分析(因113C标记的葡萄糖只参与神经元的三羧酸循环，而1,213C标记的醋酸盐只出现在星形胶质细胞内，故可同时研究同一动物的神经元和星形胶质细胞)。结果显示癫痫持续状态后2周，增强的神经元活动大大增加了氨基酸的转运，并且星形胶质细胞的代谢也发生很大变化[14]。听源性癫痫发作敏感小鼠星形胶质细胞对丁二胺摄取异常，形成的γ氨基丁酸高于正常数倍，在发作敏感期，其皮质星形胶质细胞内谷氨酸/γ氨基丁酸比例明显高于正常。听源性癫痫发作敏感小鼠所有脑区星形胶质细胞在体外培养时，喹啉酸生物合成酶活性均升高。近来研究发现与ATP酶活性有关的基因组位于癫痫基因内，证实星形胶质细胞基因缺陷致ATP酶活性降低，在癫痫发病中起重要作用。这些研究结果表明癫痫发作后星形胶质细胞的生物化学存在不同程度的变化。
星形胶质细胞与癫痫敏感性关系
赵珠峰等[15]将TNFα激活的星形胶质细胞条件培养液(ACM)注射入慢性马桑内酯致痫发作间期大鼠之侧脑室，观察动物行为和脑电图的变化，发现TNFα可明显促进星形胶质细胞释放谷氨酸(Glu)，并快速诱导星形胶质细胞核内NFk Bp 65的表达;侧脑室注射ACM可引起大鼠4级癫痫行为及典型的痫样脑电图表现。这结果表明TNFα激活的星形胶质细胞可释放可溶性的神经活性物质引起慢性癫痫复发。有学者采用RTPCR方法对戊四氮(PTZ)慢性致痫大鼠模型研究，发现在点燃过程中和点燃后海马区谷氨酸天门冬氨酸转运体(GLAST)和谷氨酸转运体1(GLT1)表达水平呈下降趋势[16]，而通过对大鼠脑的研究发现，GLAST主要在星形胶质细胞表达，小胶质细胞少量表达，GLT1仅在星形胶质细胞表达，两者在高亲和Glu转运中起主要作用[17]。为此，癫痫发作后GLAST和GLT1表达下降，导致星形胶质细胞转运谷氨酸和天门冬氨酸能力减弱，突触间隙中的谷氨酸和天门冬氨酸增多，使癫痫敏感性升高。在基因决定的遗传性失神癫痫大鼠的研究中，人们发现这种大鼠出生1个月后才出现自发的失神发作，星形胶质细胞GFAP的表达却早在1个月之前就明显升高并伴有某些酶，如谷氨酸脱氢酶的异常，证明了星形胶质细胞可提高神经元兴奋性和促进癫痫发作[18]。这些研究结果提示星形胶质细胞与癫痫敏感性形成有关。但是具体机制目前尚不清楚。彭俊忠等[19]研究发现激活的星形胶质细胞可分泌TNFα诱导大鼠癫痫发作。赵珠峰等[15]研究发现TNFα激活星形胶质细胞可释放一系列可溶性神经活性物质，如Glu、NO、活性氧、TNFα及IL1等，作用于周围的神经元可使其兴奋性升高，导致癫痫复发。因此认为激活星形胶质细胞释放一系列可溶性神经活性物质使癫痫兴奋升高，可能是星形胶质细胞参与癫痫发病机制所在。
综上所述，可见星形胶质细胞在癫痫的发生和发展过程中早期主要起保护作用，当这种保护作用受到破坏或其保护作用过度发生时，癫痫就不可避免的要发生。最近随着电生理和分子生物学技术的应用，在星形胶质细胞与癫痫发病机制关系已取得了很大的进步，细胞培养技术的进一步完善，为功能学研究奠定了一定的基础。但纵观这些研究，对于改变了形态或增生的星形细胞的直接的功能学研究还有待进一步研究。
参考文献
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(编辑：崔群飞)
(右江民族医学院附属医院神经内科，广西百色 533000)
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