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【摘要】生酮飲食是高脂、低碳水化合物和適當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)飲食，長(zhǎng)期以來(lái)用于治療藥物難治性癲癇，特別是兒童難治性癲癇的替代性代謝療法。生酮飲食療效確鑿，但其抗癲癇的機(jī)制尚不明了。近研究發(fā)現(xiàn)，生酮飲食與增加腦內(nèi)腺苷水平和作用有關(guān)，而腺苷是腦內(nèi)內(nèi)源性具有抗驚厥作用的神經(jīng)調(diào)質(zhì)。本文對(duì)備受關(guān)注的生酮飲食治療癲癇的腺苷機(jī)制作一綜述。

【關(guān)鍵詞】癲癇，生酮飲食， 腺苷

近20年來(lái)盡管臨床一些新型抗癲癇藥物(antiepileptic drugs，AEDs)不斷涌現(xiàn)，但對(duì)于難治性癲癇的治療沒(méi)有明顯的突破性進(jìn)展，仍然有35%的癲癇患者為藥物難治性。生酮飲食(ketogenic diet，KD)即高脂、低碳水化合物和適當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)飲食療法是由美國(guó)Mayo Clinic的Wilder醫(yī)生首次于1921年提出并應(yīng)用于臨床治療藥物難治性癲癇已歷時(shí)90年;其療效已經(jīng)多中心研究、回顧性研究和前瞻性研究證實(shí)，1/3患兒癲癇發(fā)作頻率減少90%，另外1/3患兒發(fā)作頻率減少50%以上。然而關(guān)于KD臨床治療難治性癲癇有效的作用機(jī)制人們知之甚少，一些研究提示KD增加GABA、酮體對(duì)神經(jīng)元的直接作用、離子通道特別是鉀通道變化等機(jī)制，需要指出的是，上述機(jī)制與經(jīng)典的AEDs抗癲癇機(jī)制多有重疊。而KD治療難治性癲癇的有效性提示其具有與經(jīng)典的AEDs不同的抗癇機(jī)制，針對(duì)KD作用機(jī)制研究的滯后，不僅限制其臨床應(yīng)用，而且妨礙了利用KD的抗癲癇機(jī)制對(duì)新型AEDs的進(jìn)一步研發(fā)。近研究發(fā)現(xiàn)，腦生物能和嘌呤信號(hào)傳導(dǎo)的改變，特別是腺苷系統(tǒng)的變化是研究KD抗癲癇機(jī)制的切入點(diǎn)，我們對(duì)這一理論作一綜述。

1.1?KD增加腦內(nèi)腺苷水平

生理狀態(tài)下，腦組織所需的能量幾乎全部來(lái)自葡萄糖有氧氧化，當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，磷酸果糖激酶被激活調(diào)節(jié)腦的無(wú)氧糖酵解提供能量。KD引起主要能源葡萄糖減少、游離脂肪酸和酮體增加，誘導(dǎo)無(wú)氧糖酵解途徑。目前幾乎沒(méi)有證據(jù)提示酮體(乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮)本身與KD抗癲癇發(fā)作相關(guān)：直接應(yīng)用乙酰乙酸和β-羥丁酸不影響突觸反應(yīng)，乙酰乙酸和β-羥丁酸、丙酮或其代謝產(chǎn)物的水平與發(fā)作控制無(wú)關(guān)。

近期研究表明，KD通過(guò)增加代謝相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的腦內(nèi)生物能量、上調(diào)線粒體生物發(fā)生和相關(guān)的線粒體基因等途徑對(duì)癲癇所致的能量代謝平衡紊亂加以調(diào)控，從而控制癲癇發(fā)作。生物能、線粒體生物發(fā)生和線粒體相關(guān)基因的變化，可能是增加高能量分子ATP和潛在增加腺苷的底物：1)KD引起的生理變化如低血糖和PH減低，可以增加細(xì)胞外內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)質(zhì)ATP和腺苷水平，激活腺苷A1受體(A1R)從而抑制興奮性突觸傳遞，降低神經(jīng)興奮性;2)KD增加膠質(zhì)細(xì)胞代謝，而細(xì)胞外嘌呤主要來(lái)自膠質(zhì)細(xì)胞，通過(guò)調(diào)控嘌呤信號(hào)傳導(dǎo)和代謝，膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)生理和病理生理狀態(tài)具有很強(qiáng)的調(diào)節(jié)功能。膠質(zhì)細(xì)胞，特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放一系列膠質(zhì)遞質(zhì)(gliotransmitters)包括ATP調(diào)控局部神經(jīng)元活動(dòng)和突觸的可塑性;細(xì)胞外ATP迅速去磷酸化產(chǎn)生腺苷，腺苷通過(guò)激活腺苷A1R對(duì)神經(jīng)元具有重要的抑制作用;3)KD顯著減低腺苷激酶(adenosine kinase，ADK)表達(dá)。ADK是內(nèi)源性抗驚厥劑腺苷的主要清除酶，KD通過(guò)減少ADK的表達(dá)增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞外腺苷水平，作用于A1R，抑制癲癇發(fā)作。因此，目前研究結(jié)果表明，KD通過(guò)生物能代謝、膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)細(xì)胞外嘌呤信號(hào)傳導(dǎo)以及清除腺苷的關(guān)鍵酶，調(diào)控ATP和腺苷進(jìn)而抑制神經(jīng)元的興奮性。

盡管沒(méi)有單一的機(jī)制可以解釋KD抗癲癇作用， ATP和腺苷的變化是KD有效控制難治性癲癇的關(guān)鍵因素。KD具有雙重作用：1)增加能量狀態(tài)(線粒體生物能，高能分子ATP)有助于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài);2)增加腺苷水平，作用于腺苷A1R減低神經(jīng)元活動(dòng)和代謝需求，進(jìn)而直接增加發(fā)作閾值減低神經(jīng)元的興奮性(見(jiàn)圖1)。

1.2??腦內(nèi)腺苷水平增加控制癲癇發(fā)作

Dragunow教授于1986年首次提出腺苷是腦內(nèi)內(nèi)源性抗驚厥劑。腺苷是一種腦內(nèi)具有抗驚厥作用的內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)質(zhì)，腺苷通過(guò)激活G蛋白偶聯(lián)的腺苷受體(A1R，A2AR，A2BR 和A3R)調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動(dòng)。突觸前A1R抑制多種神經(jīng)遞質(zhì)，特別是興奮性谷氨酸的釋放，突觸后A1R通過(guò)G蛋白偶聯(lián)的鉀通道使神經(jīng)元超極化。在大腦皮層和海馬，腺苷通過(guò)激活A(yù)1R可以提供神經(jīng)保護(hù)和提高癲癇發(fā)作閾值。體外、體內(nèi)研究包括藥物難治性癲癇動(dòng)物模型的系列研究均顯示腺苷具有明顯的控制癲癇發(fā)作療效;提高腺苷A1R活性或增加腺苷水平能夠阻止癲癇發(fā)作、抑制癇性放電發(fā)作的擴(kuò)散以及增加神經(jīng)元存活，反之，降低腺苷A1R活性或減低腺苷水平則增加癲癇發(fā)作的癇性放電和神經(jīng)元死亡。

隨著對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)源性神經(jīng)遞質(zhì)腺苷及其受體的分布、代謝調(diào)控和生理功能等基礎(chǔ)研究的進(jìn)一步深入了解，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括癲癇、卒中和疼痛等疾病的治療，腺苷一直是學(xué)者們熱衷的治療靶點(diǎn)。由于特定腺苷受體激動(dòng)劑的副作用、加之腺苷在血液內(nèi)半衰期短、腺苷受體廣泛分布、特別是腦和心臟內(nèi)具有相同的腺苷受體等因素，腺苷全身給藥很難避免相應(yīng)的副作用。鑒于全身給藥調(diào)控腺苷水平具有明顯的外周副作用，腦內(nèi)局部腺苷給藥途徑成為治療藥物難治性癲癇有效可行的選擇，近研究顯示，腦內(nèi)局部增加腺苷水平包括腦內(nèi)移植釋放腺苷的polymer、腦內(nèi)移植釋放腺苷的細(xì)胞和干細(xì)胞以及近用反義腺相關(guān)病毒基因治療載體選擇性下調(diào)膠質(zhì)細(xì)胞的ADK表達(dá)為基礎(chǔ)的基因治療[33]等治療措施，對(duì)癲癇發(fā)作和癲癇發(fā)生都具有顯著療效，更為重要的是未見(jiàn)明顯的副作用。 腦內(nèi)局部腺苷給藥途經(jīng)的優(yōu)點(diǎn)在于：1)腦內(nèi)局部給藥直接至高興奮性神經(jīng)環(huán)路，避免了全身給藥的周圍副作用;2)腺苷是腦內(nèi)具有的內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)質(zhì)，其功能為調(diào)節(jié)神經(jīng)元異常興奮性;3)腺苷不僅抑制發(fā)作，也能阻滯癲癇發(fā)生。

臨床研究相繼證實(shí)了腺苷系統(tǒng)參與癲癇的發(fā)病機(jī)制，進(jìn)一步支持局部增加腦內(nèi)腺苷水平是臨床控制癲癇發(fā)作的新措施。1992年During對(duì)癲癇患者腦內(nèi)腺苷微量透析研究發(fā)現(xiàn)，癲癇患者在發(fā)作間期，海馬致癇灶的腺苷基線水平較對(duì)側(cè)海馬低，提示致癇灶發(fā)作閾值低，具有產(chǎn)生多次癲癇發(fā)作的持久性傾向，癲癇發(fā)作時(shí)，患者海馬致癇灶細(xì)胞外腺苷水平升高，而且腺苷水平在發(fā)作后不應(yīng)期仍然高于基線水平，提示腺苷介導(dǎo)癲癇發(fā)作終止(seizure arrest)和發(fā)作后不應(yīng)期(postictal refractoriness);近針對(duì)臨床難治性顳葉癲癇患者研究發(fā)現(xiàn)，致癇灶海馬膠質(zhì)細(xì)胞ADK表達(dá)較對(duì)照明顯增加，ADK蛋白定量顯示癲癇患者較對(duì)照增加3倍;這一結(jié)果與微量透析研究發(fā)現(xiàn)癲癇患者海馬致癇灶腺苷基線水平減低相一致，可以解釋為海馬致癇灶腺苷主要的清除酶ADK表達(dá)增高，清除腺苷增加，導(dǎo)致腺苷基線水平下降;另外，對(duì)腺苷系統(tǒng)是否參與膠質(zhì)瘤患者合并癲癇的發(fā)病機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤患者膠質(zhì)瘤灶內(nèi)和瘤周組織ADK表達(dá)較正常組織ADK 表達(dá)明顯增高，膠質(zhì)瘤III級(jí)尤為明顯，ADK活性分析和蛋白定量結(jié)果均證實(shí)ADK 表達(dá)增加，更為重要的是，合并癲癇發(fā)作的膠質(zhì)瘤患者瘤周浸潤(rùn)組織ADK表達(dá)較無(wú)癲癇發(fā)作患者明顯增高。提示膠質(zhì)瘤患者ADK 功能紊亂，瘤周浸潤(rùn)組織ADK過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致腺苷水平減低，引起膠質(zhì)瘤相關(guān)的癲癇發(fā)作。

1.3??KD治療癲癇的靶點(diǎn)：腺苷—連接代謝與神經(jīng)元活動(dòng)的前沿和中心

很多難治性癲癇患者受益于KD，KD治療癲癇的分子機(jī)制是當(dāng)今癲癇領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。Masino 教授與合作者用三種基因突變小鼠ADK轉(zhuǎn)基因(Adk-tg)小鼠、A1R基因敲除A1R-/-小鼠、A1R-/+小鼠以及野生型(wild type，wt)小鼠研究了KD抑制癲癇發(fā)作的分子機(jī)制，首次揭示了KD治療癲癇的腺苷分子靶點(diǎn)。Adk-tg小鼠因靶點(diǎn)失活內(nèi)源性基因而導(dǎo)致缺乏膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的ADK，但包含一個(gè)loxP-flanked ADK轉(zhuǎn)基因，Adk-tg小鼠腦內(nèi)ADK表達(dá)是wt小鼠的2.2倍，因而腦內(nèi)腺苷水平較wt小鼠明顯減低， 導(dǎo)致Adk-tg小鼠的癲癇發(fā)作敏感性增高，具有自發(fā)性癇樣放電發(fā)作。A1R-/-小鼠和A1R-/+小鼠因AR1不同程度缺失而具有自發(fā)性癇樣放電發(fā)作。小鼠維持KD3周后，Adk-tg小鼠(具有完整的AR1)癇樣放電發(fā)作幾乎完全消失;A1R-/+小鼠(AR1減半)癇樣放電發(fā)作減少，A1R-/-小鼠(AR1完全缺失)癇樣放電發(fā)作無(wú)明顯變化;給予小鼠A1R拮抗劑DPCPX(藥物性逆轉(zhuǎn))或葡萄糖(代謝性逆轉(zhuǎn))后，Adk-tg和A1R-/+小鼠癇樣放電發(fā)作恢復(fù)至基線水平;蛋白定量顯示KD顯著減少腺苷清除酶ADK的表達(dá)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果次揭示了KD抗癲癇作用的機(jī)制是通過(guò)減低ADK表達(dá)→腺苷水平增加→激活A(yù)1R→抑制癲癇發(fā)作，即依賴于A1R的激活：1)KD通過(guò)減低ADK表達(dá)減少發(fā)作;2)通過(guò)藥物阻斷A1R可以恢復(fù)發(fā)作;3)KD對(duì)A1R-/-小鼠發(fā)作無(wú)效。上述機(jī)制可以解釋臨床癲癇患者應(yīng)避免咖啡因的合理性，咖啡因是A1R拮抗劑，有咖啡因成分的咖啡、茶、軟飲料及能量飲料十分暢銷，癲癇患者，特別是KD治療的癲癇患者應(yīng)避免飲用。另外葡萄糖能夠代謝性逆轉(zhuǎn)小鼠癲癇發(fā)作，恢復(fù)到應(yīng)用KD之前的發(fā)作水平，可能原因?yàn)榧毙云咸烟谴碳TP增加，啟動(dòng)了ATP+ 腺苷→ADP+MP的ADK催化反應(yīng)，從而減少腺苷水平。這一結(jié)果說(shuō)明膠質(zhì)細(xì)胞代謝變化能夠迅速減少細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外腺苷水平，增加癲癇發(fā)作?？傊?，KD抑制癲癇發(fā)作的療效與ADK密切相關(guān)，ADK是KD治療難治性癲癇發(fā)作的分子靶點(diǎn)，毫無(wú)疑問(wèn)將來(lái)進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)是揭示KD下調(diào)ADK的分子機(jī)制。

腺苷不僅是腦內(nèi)內(nèi)源性抗驚厥劑和神經(jīng)保護(hù)劑，還具有改善睡眠作用。因此，KD不僅能夠控制癲癇發(fā)作和提供神經(jīng)元保護(hù)，還具有腺苷類似的生理功能，改善藥物難治性癲癇患兒的睡眠。

1.4??展望

隨著人們對(duì)癲癇發(fā)作和癲癇發(fā)生分子機(jī)制的深入研究，特別是以膠質(zhì)細(xì)胞為基礎(chǔ)的癲癇發(fā)病機(jī)制研究愈來(lái)愈受到學(xué)者們的重視，腺苷為基礎(chǔ)的神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)紊亂(ADK 過(guò)度表達(dá)和膠質(zhì)纖維化)是癲癇發(fā)生的熱點(diǎn)，從癲癇發(fā)生的角度認(rèn)識(shí)癲癇，研究開(kāi)發(fā)新型AEDs，特別是針對(duì)ADK為靶點(diǎn)調(diào)控腺苷系統(tǒng)可能是臨床治療難治性癲癇的新途徑。更好的了解KD治療難治性癲癇的機(jī)制，為臨床提供更加有效、臨床應(yīng)用限制少和副作用輕的飲食療法，是學(xué)者們致力于揭示KD作用機(jī)制的意義所在。

(參考文獻(xiàn)略)