1、多药耐受基因家族与难治性癫痫解剖科学进展 ProgressofAnatomicalSciences2006,12(1):7274,78多药耐受基因家族与难治性癫痫张亮,徐杰丰,段德义(首都医科大学基础医学院,北京 100054)【摘要】大约 25%的癫痫患者由于对抗抗癫痫药物作用而成为难治性癫痫,多药耐受(MDR)蛋白,MDR 相关蛋白以及其它一些能引起多药耐受的转运子如 MVP 等过表达与难治性癫痫密切相关.正常情况下,几乎只有血管内皮细胞少量表达 MDR 基因,但难治性癫痫患者脑组织,杏仁核点燃模型和海人酸致癫大鼠模型脑组织的血管内皮细胞,星形胶质细胞,神经元等细胞 MDR 的表达明显高于
2、正常脑组织.【*1t1类号】 R742.1【文献标识码】A【文章编号】10062947(2006)01007203MultidrugResistanceGeneFamilyandIntractableEpilepsyZHANGLiang,XUJiefeng,DUANDeyi(SchoolofBasicMedicalSciences,CapitalUniversityofMedicalSciences,Beljing100054,China)【Abstract】About25%ofepilepsypatientsareresistanttoantiepilepsydrugsandtherefor
3、ebeingSOcalledintractableepilepsy.Multidrugresiance(MDR)geneproteins,multidrugresistancerelatedproteinsandothermultidrugresistanceinducedtransportorssuchasmajorvaultprotdn(MVP),etc,aIecloselyrelatedtointractableep 丑叩-sy.OnlyveryweakexpressionofMDRisobservedinthevascularendothelialceilsinthenormalbra
4、in,however,theexpressionofMDRinthemicrovessdendothelialcells,aztrocytesandneuronsinthebrainisfoundhigherinintractableepilepsypatients,inamygdalakindlingandkainicacidinducedratmodelsthanintheircontrolcounterparts.癫痫(epilepsy) 是一种反复发作的神经系统疾病,发作时多伴有脑局部病脑功能短暂失调的综合征.表现为突然发作,短暂运动,感觉功能或精神异常,可伴有脑电图的异常.临床上癫痫
5、已被列为精神科疾病中第三大威胁人类健康和生存质量的常见疾病.约有 20%一 25%的患者由于有对抗抗癫痫药物(AEDs)作用而成为难治性癫痫(IE)J.难治性癫痫有其特殊的结构基础,如海马硬化,皮质发育不全的神经元异位和结构异常,局部抑制环路改变的神经元突触重组现象,多药耐受基因,离子通道基因和诱导突触重组基因等,使细胞内药物浓度降低,胞质内环境异常使脑内 ca 增加,非营养性突触的过度生长等导致网络重组,从而产生耐药性.1ABC 转运器和 MDRABC 转运器(ATPbindingcassettetransporter,【收稿日期】20050315【基金项目】北京市教育委员会科技发展计划面上
6、项目资助(KM200410025009)?通讯作者(Towhomcopondenceshouldbeaddressed)ABCtransporter)最早发现于细菌质膜 ,其家族每个成员都含有两个高度保守的 ATP 结合区,通过结合ATP 发生二聚化,ATP 水解后解聚,通过构象的改变将与之结合的底物转移至膜的另一侧,底物包括离子,氨基酸,核苷酸,多糖,多肽,甚至蛋白质.第一个被发现的真核细胞的 ABC 转运器是多药耐受(MDR)蛋白.MDR 是指细胞对多种结构,功能不相关的药物产生的交叉耐药性或抗药性 J.该基因几乎在所有肿瘤细胞中过表达.与 MDR 相关的有 P 糖蛋白 (PGP)或 AB
7、CB1,MDR 相关蛋白(MaP),如 MRP1(ABCC1),以及其它一些能引起多药耐受的转运子,如 MVP(majorvaultprotein)或LRP(1ungresistancerelatedprotein),ABCG2 或BCRP(breastcancerresistanceprotein)/MXR1(IIIitoxantroneresistanceprotein),TAP(transporterassociatedwithantigenprocessing),CFTR(cysticfibrosistransmembraneregulator)等 J.人的 MDR 基因主要由 mdr
8、l 和 mdr3 组成,mdr2 为动物基因型,其中细胞耐药性主要由 mdrl 起主导作用.PGP 的分子量为 170000,是一个能量依赖的跨膜药物外输泵,它将进入细胞内的药物重新泵出细2006 年第 l2 卷第 1 期张亮等多药耐受基因家族与难治性癫痫胞外,降低了细胞毒药物在细胞内的积累,交叉抵抗若干结构和功能并不相关的新脂类药物,包括与PGP 底物相似的 AEDs【 4】.PGP 的表达有高度的时空性,受外来药物刺激,基因调节以及遗传因素等的影响,组成了一道重要的生理防线,即保护了机体又降低了有效的药理作用.有研究表明:在人类胎盘上有 MDR1 基因产物 PGP 的分布,这对于胎儿免受药
9、物毒性刺激具有重要的意义 J.由于 PGP 非特异选择性,也限制了有积极治疗效果药物的吸收.由于 MDR 的存在,药物很难进入中枢神经系统发挥作用而引起 IE 的耐药性 .血脑屏障中血管内皮的高度复杂结构只允许极其微小的水分子通过.AEDs 为亲脂性分子容易透过血脑屏障进入脑实质中,但这些亲脂药物和血脑屏障内皮上药物外输载体(如 PGP 等) 的底物相似.血脑屏障也释放一些细胞因子来诱导和维持内皮细胞上的紧密连接和药物外输泵的功能活性.当癫痫发作时,位于病灶中心的血脑屏障会短暂地一过性开放,从而启动“第二条防线机制“, 即血管周围的星形胶质细胞上的 PGP 和 ATP 一能量依赖性药物外排转运
10、子增多等,将药物排出中枢神经系统.7J.MDR1 基因多态性对 PGF 的表达也有影响,其第 26 位外显子序列上 C3435T 多态性与胎盘,小肠,肾脏和淋巴细胞 PGF 表达密切相关.当 3435T的等位基因为纯合子 Tr/tt 时,胎盘组织 PGP 的表达显着低于 C3435 纯合子 CC/cc 者.而当 3435T和 2677T 均为纯合子 ITI/,ITI,PGP 的表达也明显低于 C3435 和 G2677 基因纯合子 CC/GG 者 J.2MDR1 的表达和难治性癫痫在正常脑组织中,几乎只有血管内皮细胞少量表达 MDR1 基因,但难治性癫痫患者脑组织病灶中星形胶质细胞,神经元和血
11、管内皮细胞 MDR1 的表达均明显高于正常脑组织,其中血管内皮是 PGP 表达的主要部位 J.对临床癫痫病人 PGP(ABCB1)表达的研究表明,其在致癫痫病变如皮质发育不良的脑组织中表达上调,而在其邻近的正常脑组织中的表达不改变.对因癫痫持续状态致死并伴有单侧皮质发育不良的尸检报告发现,皮质发育不良侧脑组织中 PGP 表达上调,但在正常侧脑半球的神经胶质中也有 PGP 广泛表达,而药物治疗本身不能造成这种变化,说明癫痫持续状态可能导致了正常侧脑组织 PGP 的过表达,因此,及时控制癫痫持续状态对癫痫的治疗有重要意义【9】.许多动物实验也表明,癫痫发作造成了 MDR基因的表达,而 AEDs 本
12、身并不能诱发 MDR 表达.杏仁核点燃模型是广泛使用的难治性颞叶癫痫模型.在杏仁核的基底外侧部埋电极刺激制作点燃模型,刺激 l 一 2 周后的免疫组化分析表明 PGP 主要见于正常和点燃模型动物的微血管内皮细胞,在脑实质也有极少量表达,其不同脑区的表达水平也不同.在点燃模型同侧脑组织如梨状叶和顶叶,内皮细胞 MDR1 的表达水平明显高于对侧.与非点燃动物相比,点燃组动物同侧脑组织如杏仁核的基底外侧部,海马,梨状叶,黑质,额叶,顶叶以及小脑等的内皮或脑实质都没有见到 MDR1 的过表达,而在海人酸致癫模型中,海马和边缘叶区域都见到 PGP的过表达,说明杏仁核点燃不能诱发与点燃过程相关的脑区 PG
13、P 持续高表达.动物实验证实了难治性颞叶癫痫 PGP 的过表达是由于癫痫没有成功控制造成的,而不是在癫痫形成过程中发生的【】引.在海人酸诱导的边缘系统致癫模型中,癫痫发作 324hr 后,海马 MDR 平均增加了 85%,72hr 后恢复到对照组的水平.苯妥英和卡马西平等 AEDs治疗 7 天,l 一 72llr 后分析表明海马 MDR1mRNA表达水平没有变化.癫痫状态发作 6hr 后,MDR 野生型小鼠的苯妥英脑/血比例减少了 30%,其细胞外液浓度增加了 2 倍;检测不到卡马西平药物;而在MDR 基因敲除小鼠(mdra/b 一/一),海马苯妥英含量增加了 46%,小脑和大脑皮质含量各增加
14、了23%;在海马能检测到卡马西平药物.用电刺激诱发自发性癫痫大鼠的癫痫持续状态,3 个月后发现大鼠海马 MDR1mRNA 增加了 1.8 倍,entorhinal 皮质增加了 5 倍.因此,无论是癫痫急性发作(海人酸致癫模型)还是慢性发作(杏仁核点燃模型),边缘叶的 MDR1mRNA 水平均明显上调 ,并明显影响到抗癫痫药物的脑内浓度,说明癫痫发作诱导的MDR1mRNA 表达造成了癫痫的抗药性 ,而使用抗癫痫药物本身则没有影响【】.在音源性致癫大鼠模型发现,癫痫发作 24hr后,癫痫遗传易感大鼠(GEPR)中脑和大脑皮质的MDRla 表达与对照组大鼠相比显着增加.7 天后,皮质 MDRla 仍
15、维持在高水平,而在脑桥,延髓和海马区却没有变化.MDRla 的同分异构体 MDRlb 只在海马中表达,且不受癫痫活动的影响.因此,在音源性致癫 GEPR 大鼠模型中 ,MDR1 表达上调的模式沿音源性致癫的解剖学通路发展,即 MDR1 的表达起始于中脑,随后扩散到大脑皮质】.解剖科学进展 2006 年第 l2 卷第 1 期3 其它 MDR 表达与难治性癫痫免疫细胞化学表明,MDR 相关蛋白如 MRPI,2和 MVP 在正常人海马表达均很弱或不表达,但在难治性颞叶癫痫病人的硬化性海马中尽管分布不同但表达均上调.PGP(ABCB.I)表达见于硬化区域的星形胶质细胞,75%病例的血管内皮呈强阳性.M
16、RP?I(ABCCI)在星形细胞表达较低,但在血管周围的胶质终足表达明显;在肥大的海马门神经元以及残存的少量 CAI 区神经元也有 MRP.1 表达.MRP-2 过表达见于病人海马硬化区血管内皮1】.在病人肥大的海马门神经元和硬化区域血管有MVP 的表达,提示了脑内细胞功能的多样性 ,这种功能不同并不仅仅与临床耐药性有关.癫痫持续状态伴有单侧皮质发育不良的病变侧脑组织中 AB.CCI(MRPI)表达上调,在正常侧脑神经胶质中也有广泛表达,而药物治疗本身对其过表达没有影响,说明癫痫持续状态可能导致了正常侧脑组织 ABCCI的过表达.动物实验也表明 MRP 的抑制剂丙磺舒 (probe.necid
17、)能增加抗痫药物苯妥英在大鼠脑组织细胞外液的浓度;在 ABCC2(MRP2)缺馅型 TR 大鼠,脑中苯妥英水平明显增高引.在癫痫点燃模型发现同服丙磺舒,苯妥英的抗痫效果明显上升;在 ABCC2缺馅型的点燃模型,苯妥英抗痫效果又要明显好于其对野生型动物的效应引,表明 ABCC2 对血脑屏障的功能起主要作用.微透析分析表明,ABCC2(MRP2)缺乏大鼠血浆和脑组织细胞外液中的 AEDs 如卡马西平(cal“.bamazepine,CBZ),拉莫三嗪(1amotrigine,LTG)和非尔氨酯(felbamate,FBM)含量与野生型大鼠没有明显区别,说明 ABCC2 对这些 AEDs 进入脑组织
18、没有调节作用.同时在杏仁核点燃癫痫模型中发现,LTG 和 FBM 对 ABCC 一 2 缺乏和野生型的模型动物的治疗效应没有明显区别,但 CBZ 对前者的抗痫活性要却比后者的要高 u 引.CBZ 的这种不同作用机理不清,可能是由于 ABCC 一 2 野生型的点燃模型动物脑内 ABCC.2 的表达上调造成的 1 引.在正常脑组织的胶质和神经元中检测不到MVP 的表达,在血管内皮呈弱阳性 【】引.在药物耐受性颞叶癫痫发作的病变,如海马硬化(hippocam.palsclerosis,HS),局灶性皮质发育不良 (focalcorti.ca1dysplasia,FCD)和胚胎发育不良性神经上皮瘤(d
19、ysembryoplasticneuroepithetialtumor,DNT)等,病人脑组织中的脑血管内皮细胞 MVP 和 ABCG2(BCRP)广泛表达;在 HS,FCD 和 DNT 等病变部位的神经元 MVp 表达上调,而在 HS 病灶外的神经元几乎没有阳性反应.除了与 MDR 直接相关的基因产物外,还有一些多肽物质或蛋白酶也间接参与多药耐受的形成.如谷胱甘肽,尤其是谷胱甘肽 s 转移酶和蛋白激酶C,ot 一肿瘤坏死因子等可通过改变酶活性,调节磷酸化等多条途径,在并非一定增强 MDRI 表达基础上增加药物泵出功能,参与耐药性的形成;肝药酶活性增强也可促进药物的代谢.结语:在各种 IE 类
20、型中,不止一种 MDR 在癫痫的病理过程中发挥作用.MDRIa/b,MRPI 一 5,MVP 等过度表达都会使 AEDs 通过血脑屏障的能力下降,而备种类型 IE 耐药性的形成可能是这几种MDR 共同表达的结果引.在对 IE 的治疗措施中,如果加入无毒且具有较高的特异性的 MDR 抑制剂则能增强抗癫痫药的药效,如 PGP 的抑制剂 0C144093 是一种理想的增强抗癫痫药透过血脑屏障的候选药物,在临床应用上已取得了良好的疗效1.【参考文献】1ImowskiA,MassaroM,SchteinschnaiderA,eta1.NeuronalMDR 一 1geneexpressionandper
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