生酮饮食的抗癫痫机制研究

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生酮饮食的抗癫痫机制研究
201 0 儿科助手



癫癎是一种临床常见的神经系统疾病，是由多种原因引起脑部神经元高度同步化异常放电的临床综合征，临床表现具有发作性、短暂性、重复性、刻板性的特点。长期反复的癫癎发作，会对患儿的智力、语言等发育造成损害，甚至出现发育倒退，严重危害患儿健康。近年研究发现，癫癎发作与神经递质、离子通道、神经胶质细胞、突触联系、遗传及免疫等的异常有密切关系。尽管新型抗癫癎药物不断涌现，但仍有25％～30％的癫癎患者对常规抗癫癎药物治疗无效成为难治型癫癎，而生酮饮食（ketogenic diet，KD）疗法对这部分患者则可奏效。KD是一种脂肪高比例、碳水化合物低比例、蛋白质和其他营养素合适的配方饮食方案。KD治疗要求机体90％的能量来自脂肪代谢，而10％来自糖代谢，脂肪酸β－氧化作为机体主要的代谢途径，直接引发酮体、脂肪酸升高以及糖酵解减少等全身性变化。虽然KD的疗效早已明确，但其作用机制尚不清楚。
一、 KD对离子通道的影响
KATP通道，即三磷酸腺苷（ATP）敏感型钾通道（ATP-sensitive potassium channels，KATP通道），是一类将代谢和电兴奋性联结的重要离子通道，是一种代谢感受器。KATP通道通过胞内ATP／ADP水平控制通道开放和关闭。当细胞内能量不足，ATP降低，通道开放，钾离子外流，细胞膜超极化，兴奋性降低；当细胞内能量充足，ATP升高，则通道关闭。
KATP离子通道在大脑黑质广泛分布，而黑质在癫癎发作活动的传播中发挥主要作用。研究发现黑质网状部γ－氨基丁酸（GABA）能神经元含有高密度的KATP通道，黑质网状部通过调节发作阈值来控制癫癎发作，甚至是对产生于其他部位的癫癎发作也有控制作用。
KD治疗时，体内ATP升高，而当ATP／ADP水平降低时，KATP通道才被激活。通过进一步研究发现，糖酵解产生的ATP变化优先调节KATP通道活性。糖酵解酶3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）是KATP通道的辅助蛋白，该酶直接调节KATP通道的活性。通过KD喂养小鼠与正常喂养小鼠相比，KD喂养小鼠体内丙氨酸与乳酸降低，证明糖酵解被抑制。因此采取KD治疗时，糖酵解途径被抑制，糖酵解产生的能量降低，ATP／ADP水平降低，KATP通道被激活。2-脱氧葡萄糖（2-deoxyglucose，2-DG）是葡萄糖的竞争性抑制物，具有抑制糖酵解的作用，在动物实验中发现2-DG具有抗惊厥和抗癫癎作用。可以推断KD治疗时，因糖酵解被抑制，进而激活KATP通道，从而发挥抗癫癎作用。
KATP通道除了通过ATP／ADP低水平激活，也可能通过G蛋白的活化进而被激活，研究发现GABA受体及腺苷A1受体激活后活化G蛋白，导致KATP通道激活。大量饱和的游离脂肪酸与KATP离子通道相互作用，降低ATP与KATP离子通道的亲和力，也可激活该通道。不仅糖酵解抑制参与调节KATP通道活性，饱和脂肪酸、BHB也可通过调节KATP通道活性而发挥其抗癫癎作用。
    二、KD对神经递质的影响
谷氨酸和GABA分别是神经系统主要的兴奋性和抑制性神经递质，两者的失衡与癫癎发作有密切联系。KD主要是通过调节神经递质谷氨酸和GABA而改变神经兴奋性。酮体乙酰乙酸通过直接抑制囊泡膜谷氨酸转运体2（VGLUT2），从而抑制谷氨酸释放，谷氨酸释放量进而减少。但乙酰乙酸在体内会快速分解为丙酮或转变为β-羟丁酸（BHB），而实验发现BHB并无类似乙酰乙酸的作用，因此在KD长期治疗中乙酰乙酸水平是否足够产生抑制VGLUT2的作用仍然值得探讨。三羧酸循环生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸生成谷氨酸，然后在谷氨酸脱羧酶的作用下转变为GABA，而天冬氨酸是谷氨酸脱羧酶的抑制剂。酮症状态时谷氨酸更多的转化为GABA或KD时天冬氨酸的生成减少,进而促进GABA的生成。
一直以来，人们认为神经递质的平衡是通过神经元调节来实现的。但近几年人们发现胶质细胞也参与了神经递质的平衡调节。星形胶质细胞内含有大量GABA以及具有释放GABA的作用，且在癫癎中发病机制中发挥重要作用。KD是否通过调节星形胶质细胞的功能进而调节神经递质需要进一步研究。
    三、KD的神经保护作用
1．能量代谢  在一项动物研究中发现，通过生酮饮食喂养，脑组织线粒体增加46％，且大部分编码线粒体蛋白的基因、编码能量代谢酶的转录子均上调，能量储备增加。KD治疗时，能量代谢提升，机体增加GABA的合成以及抑制突触后GABAA受体的分解，进而增强GABA能抑制作用，从而控制癫癎发作。
最新研究发现，中链甘油三酯饮食（MCT）中的中长链脂肪酸癸酸（C10）增加神经元线粒体内柠檬酸合酶的活性，而BHB、ACA均未发现有此作用，柠檬酸合酶的活性通常反应细胞和（或）组织线粒体量，即说明C10可能会提高细胞能量储备。该研究还发现C10可显著提高过氧化氢酶活性，而过氧化氢酶是细胞内抗氧化酶，说明C10同时具有抗氧化作用。且C10证明可迅速控制癫癎发作。增加的能量及能量储备可以应对癫癎发作时的高能量消耗，保护神经元细胞线粒体被损伤。
2．抗氧化  癫癎发作引起活性氧（reactiveoxygen species，ROS）的产生，ROS损伤线粒体，进而导致神经元功能失调及兴奋毒性。目前体内抗氧化体系有过氧化氢酶及谷胱甘肽过氧化物酶、超氧物歧化酶，当抗氧化作用不足，活性氧产生过多，则会损伤神经元。解耦联蛋白（uncoupling proteins，UCP）是一种线粒体内膜蛋白，通过减慢氧化磷酸化过程，可减少活性氧产生。
3．细胞凋亡  一项研究发现，红藻氨酸诱发癫癎的小鼠模型中，小鼠脑内表达组织蛋白酶E的mRNA升高，该细胞蛋白酶与神经细胞凋亡密切相关，而KD抑制了组织蛋白酶E mRNA的高表达。因此可以推断KD通过抑制E mRNA而发挥抗凋亡作用，进而保护神经细胞。
四、KD对腺苷的影响
腺苷全称为腺嘌呤核苷，是整合中枢兴奋性以及抑制性神经递质的调节因子。而腺苷诸多生理作用都是通过受体介导实现，腺苷A1受体（A1R）是目前研究最多的受体。在突触前膜，当腺苷与A1R结合后，可通过抑制N型电压门控的钙离子通道，导致Ca2+内流减少，抑制兴奋性递质谷氨酸的释放，从而降低神经传导的兴奋性；在突触后膜，激活的A1R可开放钾通道，增加K+的外流，导致膜的超极化，从而使兴奋性降低，保护神经元。在星形胶质细胞内有大量腺苷激酶（ADK），它可清除腺苷，形成ATP。研究发现生酮饮食不仅增加AIR受体的活性，也可以通过减少ADK的表达而控制癫癎。
五、KD对mTOR信号通路的影响
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一种丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，mTOR包括两条通路：PI3K／Akt通路及LKB1／AMPK通路。生理条件下，mTOR通路广泛存在于哺乳动物各组织器官，在中枢神经系统内呈低表达。TSCI及TSC2的基因产物分别为错构瘤蛋白及马铃薯蛋白，这两种蛋白是mTOR的上游调节因子，抑制mTOR。结节性硬化症患者TSCl或TSC2基因突变，对mTOR信号的抑制作用解除，导致mTOR活性增强，结节性硬化症患者出现癫癎、星型胶质细胞瘤等表现mo，而应用mTOR特异性抑制剂雷帕霉素可控制结节性硬化症患者的癫癎发作。目前已有实验证明KD可抑制mTOR活性，且KD在结节性硬化症合并癫癎的患儿中已取得良好的疗效。

   六、KD对免疫的影响
尽管免疫因素在癫癎发生发展中的作用一直不受重视，但现今越来越多的研究表明癫癎的发病机制与机体的神经免疫系统功能紊乱有着密切联系。研究发现癫癎患者血清IgA、IgM水平较正常降低，测定1个月～14岁癫癎患儿外周血调节性T细胞（Treg）细胞、CD4+T细胞比例，结果显示癫癎组患儿CD4+T、Treg细胞比例较健康儿童显著降低。一项研究在癫癎发作后4～16 min内检测患儿白细胞变化，发现白细胞总数升高，但CD4+T细胞比例下降。在另一项研究中甚至发现癫癎发作程度可能与Treg水平有一定关系。
KD对药物难治性癫癎有效，是否KD通过改善机体免疫功能进而控制癫癎发作，目前还没有相关研究报道。在细胞免疫方面，研究发现Thl、Th2、Thl7的分化成熟都高度依赖于糖酵解，脂肪代谢则会抑制其分化及功能，而Treg的分化并非高度依赖于糖酵解，脂肪代谢促进其分化。近年有诸多报道Thl、Th2、Thl7、Treg与自身免疫性疾病发生发展密切相关。是否KD通过调节T细胞的分化，进而调节机体免疫发挥抗癫癎作用，值得进一步研究。

   综上所述，KD抗癫癎作用机制复杂，但其对代谢影响是明确的，目前KD对免疫的调节以及对星型胶质细胞的调节作用需要进一步研究。KD操作性复杂，要求精细，如何将现有的研究用于临床，使KD变得更简化，或用于新药的研发需要进一步的研究。

资料来源：
龙娓微（综述）,蒋莉,廖建湘（审校）．生酮饮食的抗癫癎机制研究进展．国际儿科学杂志．20

沉**悟

第一次看到谢谢分享，学习了。

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青***红

好 的文章，学习了