综述:食欲素缺乏在发作性睡病中的分子机制、临床表型及新兴治疗前沿
【字体:
大
中
小
】
时间:2025年10月13日
来源:Brain and Behavior 2.7
编辑推荐:
本综述深入探讨了食欲素(Orexin)缺乏在发作性睡病1型(NT1)中的核心作用,系统梳理了其分子机制、临床表型(如猝倒、日间过度嗜睡/EDS)及新兴的食欲素受体2(OX2R)激动剂(如danavorexton)等治疗策略,为理解这一慢性神经系统疾病提供了全面的视角。
食欲素(又称下丘脑泌素,hypocretins)是由下丘脑外侧区神经元产生的兴奋性神经肽。其前体前原食欲素经翻译后加工形成食欲素-A和食欲素-B,它们通过两种G蛋白偶联受体——食欲素受体1(OX1R)和食欲素受体2(OX2R)发挥作用。OX1R对食欲素-A有更高亲和力,而OX2R对两种肽的亲和力相近。这些受体分布各异:OX1R主要位于蓝斑和腹侧被盖区(VTA),而OX2R则集中于结节乳头体核和背侧中缝核,这些区域对觉醒和快速眼动(REM)睡眠抑制至关重要。
分泌食欲素的神经元广泛投射到大脑皮层、丘脑、基底前脑和脑干。这种解剖分布使其能够协调多种生理功能,包括觉醒、摄食行为、奖赏处理、应激适应和体温调节。 notably,这些神经元在觉醒期间持续活跃,而在REM和非REM睡眠期间则保持静默,表明其在稳定警觉状态中的作用。
食欲素系统是睡眠-觉醒稳定性的主要调节者。通过向单胺能和胆碱能核团(如去甲肾上腺素能的蓝斑、血清素能的中缝核和胆碱能的基底前脑)发出兴奋性投射,食欲素有助于维持皮层觉醒。同时,食欲素抑制脑干中产生REM的区域(如背外侧下核),从而抑制REM睡眠侵入觉醒期。这种双重作用解释了为何NT1中食欲素信号丢失会导致日间过度嗜睡(EDS)和REM相关现象,如猝倒和睡眠起始REM期(SOREMPs)。近年来的光遗传学和药理学研究进一步支持了这一模型。
食欲素信号的作用远不止于睡眠调节,还延伸至几个关键领域:
- •代谢调节:食欲素神经元对外周信号(如葡萄糖、瘦素、饥饿素)敏感。它们在禁食期间被激活,促进摄食行为、能量消耗和产热。食欲素缺乏的个体尽管食物摄入减少,却常出现体重增加,这可能是由于代谢失调所致。
- •自主神经控制:食欲素通过交感通路调节心血管和呼吸功能。NT1患者表现出心率变异性减弱、夜间血压下降异常和体温调节受损,反映了食欲素在自主神经稳态中的作用。
- •情感调节:食欲素能投射到杏仁核、前额叶皮层和伏隔核,影响情绪行为和奖赏处理。食欲素信号失调与焦虑、抑郁和成瘾等并发症有关,这些在发作性睡病患者中很常见。
食欲素的多效性使其缺乏的影响变得复杂。虽然其在发作性睡病中的作用是明确的,但新证据表明它可能涉及多种其他疾病,如重度抑郁障碍(MDD)、帕金森病(PD)甚至阿尔茨海默病(AD)。这种更广阔的视角挑战了食欲素仅作为睡眠特异性分子的观念,并为其在精神病学和神经病学领域的治疗靶向开辟了道路。
食欲素系统作为觉醒、REM睡眠调节、新陈代谢和情绪处理的主要整合者。其功能障碍,无论是缺乏还是失调,都会产生广泛的生理和行为后果。未来对发作性睡病及其他神经精神疾病的治疗将受益于利用受体特异性的食欲素调节,以最小的脱靶效应恢复功能平衡。
4.2 发作性睡病与食欲素缺乏:一个不断演变的范式
对发作性睡病的理解已从19世纪的早期观察描述发展到21世纪强大的神经生物学框架。NT1现在被牢固地确立为一种起源于中枢的慢性神经障碍,与下丘脑外侧食欲素产生神经元的选择性变性有关。
发作性睡病在全球估计影响约1/2000的人,但仍有近60%的病例未被诊断或误诊为抑郁症、癫痫或慢性疲劳综合征。NT1是更严重的形式,以EDS、猝倒、入睡前幻觉和REM侵入现象为特征,所有这些都与脑脊液(CSF)食欲素-A浓度低于110 pg/mL密切相关。相比之下,发作性睡病2型(NT2)没有猝倒,且与正常的食欲素水平相关,使其发病机制更加模糊。
发作性睡病与REM调节失调的联系最早在1957年由Yoss和Daly通过脑电图分析发现。1998年取得了突破,两个研究小组同时发现了食欲素神经肽及其在调节睡眠和觉醒中的关键作用。不久之后,研究表明缺乏食欲素或其受体的发作性睡病犬和基因修饰小鼠表现出与人类NT1相同的症状,包括猝倒和睡眠起始REM发作。
人类食欲素神经元丢失的第一个直接证据来自死后下丘脑研究,证实NT1患者神经元减少高达90%。这一关键发现进一步被症状个体中一致的CSF食欲素-A缺乏所证实,并已成为临床睡眠医学中 cornerstone 的诊断标志物。
在NT1中,CSF食欲素-A浓度通常<110 pg/mL,而健康个体平均>200 pg/mL。这种急剧减少反映了通常存在于下丘脑的大约70,000-80,000个食欲素神经元的近乎完全丧失。这种丢失是选择性的,同一区域的相邻神经元保持完好,排除了全局性下丘脑变性。
自身免疫假说认为NT1源于免疫介导的食欲素产生神经元的破坏。这一观点得到以下支持:
- •超过95%的NT1病例 across all ethnic groups 携带HLA-DQB1 * 06:02等位基因——相比之下,普通人群仅为12%–25%。
- •感染后(尤其是2009年H1N1流感和Pandemrix疫苗接种后)的时间聚集性,与儿童和青少年NT1突然发作有关。
- •受影响个体中细胞毒性CD8+ T细胞、干扰素-γ和白介素-6水平升高。
然而,缺乏一致的食欲素特异性自身抗体以及下丘脑免疫细胞浸润的直接组织学证据削弱了这一假说。尽管如此,2025年的T细胞受体测序研究显示,高达43%的新诊断NT1病例中存在克隆性扩增的自身反应性CD4+ T细胞,提示抗原特异性反应。
此外,携带HLA-DQA1 * 01:02和DQB1 * 06:02单倍型的个体患NT1的风险似乎高出40-200倍。然而,只有少数人发病,表明遗传易感性 alone 是不够的,必须与环境或随机因素相互作用。
也出现了没有可识别感染或自身免疫触发因素的NT1病例,并且一些患者不携带DQB1 * 06:02等位基因。这些例外情况表明疾病机制存在异质性或免疫-遗传相互作用的 incomplete penetrance。同时,NT2提出了诊断挑战,因为一些患者后来转变为NT1,引发了关于NT2是否是NT1的前驱或较温和形式的疑问。食欲素-A检测的技术变异性和腰椎穿刺的侵入性进一步使 consistent diagnosis 复杂化。CSF食欲素测量方案的标准化仍然是2025年的一个研究重点。
NT1的定义病理是食欲素神经元的选择性丢失(以CSF食欲素-A衡量),并且与HLA-DQB1 * 06:02强相关。虽然自身免疫假说令人信服,但并非定论。NT2的发病机制仍然不明确,存在一些重叠但也有显著差异。未来的工作必须解决NT2是否是一种 distinct condition 还是 transitional state,以及可靠、非侵入性的食欲素生物标志物是否能提高诊断精度。
食欲素(下丘脑泌素)在协调觉醒、调节REM睡眠和维持自主神经稳定性方面起着至关重要的作用。其缺乏表现为一系列特征性症状,在NT1中最为明显。NT1的标志是EDS,存在于超过98%的病例中,通常伴有突然转入REM睡眠和异常的肌张力调节。
在正常生理状态下,食欲素通过向单胺能神经元(如去甲肾上腺素能的蓝斑、血清素能的中缝核和组胺能的结节乳头体核)提供兴奋性输入来维持觉醒。没有食欲素,这些觉醒系统就会失灵,导致快速发生的“睡眠发作”、微睡眠和无法通过意志力或兴奋剂克服的持续性疲劳。
NT1的一个定义性特征是猝倒,大约70%–80%的确诊病例会发生。它是由强烈情绪(如大笑、愤怒或惊讶)触发的突然、双侧肌张力丧失。猝倒被认为是由于食欲素介导的对脑桥REM中枢的抑制失败,导致REM atonia不恰当地侵入觉醒状态。
- •睡眠瘫痪(40%–50%的患者):入睡或醒来时暂时无法移动。
- •入睡前或半醒前幻觉(35%–45%):睡眠转换期间生动的、梦一般的体验。
- •SOREMPs:在多导睡眠图(PSG)和多次睡眠潜伏期试验(MSLT)上记录到,通常在睡眠开始后15分钟内发生。
这些现象是食欲素缺失导致无法维持预期的REM timing and boundaries 的直接后果。
尽管经历了严重的日间嗜睡,NT1患者通常报告夜间睡眠质量差,其特征是频繁觉醒、睡眠效率降低和 vivid dreams。这种碎片化反映了睡眠-觉醒稳定性受损——这是食欲素的关键功能之一。
- •心血管不稳定:NT1中常见心率变异性减弱、夜间血压下降异常和体温调节受损。
- •
- •体重增加:高达30%的NT1患者表现出无法解释的体重增加和基础代谢率降低,尽管热量摄入正常或减少。
这些症状突出了食欲素在能量稳态和交感神经调节中的 broader role。
食欲素缺乏触发的症状级联清楚地说明了食欲素缺乏在发作性睡病及相关疾病病理生理中的核心作用。食欲素的缺失破坏了多个神经生理系统,导致EDS、REM睡眠失调、碎片化夜间睡眠和自主神经功能障碍。这些 primary disruptions 级联产生一系列症状,包括猝倒、幻觉、睡眠瘫痪、突然睡眠发作、睡眠质量差以及生理失衡(如心血管不规则、体温调节异常和代谢变化)。这些相互关联的通路强调了食欲素在维持稳定觉醒、调节REM睡眠和促进自主神经稳态方面的关键作用。理解这些关系对于准确诊断和开发靶向治疗(如食欲素受体激动剂)至关重要。
4.4 比较症状学:NT1 vs. NT2 vs. 特发性嗜睡症(IH)
NT1、NT2和IH被统称为中枢性嗜睡障碍,但它们在病因、食欲素状态和症状 profile 上有所不同。食欲素(下丘脑泌素)系统的功能状态是区分NT1、NT2和特发性嗜睡症(IH)的关键因素。
在NT1中,下丘脑外侧的食欲素产生神经元大量丢失,导致这种神经肽几乎完全缺乏。这种缺陷在该疾病的病理生理中起着核心作用,表现为主要症状,如猝倒、REM睡眠结构失调(包括SOREMPs)和碎片化的夜间睡眠模式。
相比之下,诊断为NT2的个体通常表现出正常或仅 slightly diminished 的食欲素水平。尽管他们经历EDS,但食欲素信号的保存解释了猝倒的缺失以及与NT1相比REM相关 disturbances 的 milder expression。
IH呈现为一个 distinct clinical entity。尽管共享 persistent daytime sleepiness 这一核心症状,但它与食欲素缺乏无关。IH的潜在病因仍然知之甚少。然而,它的特点是夜间睡眠时间过长且深沉、早晨醒来困难,并且缺乏发作性睡病中典型的REM侵入。这些差异强调了评估食欲素功能对诊断的重要性,并突出了其为个体化治疗 approach 提供信息的价值。
所有这些障碍都以EDS为核心症状,但它们在病理生理、症状复杂性和食欲素 involvement 方面存在显著差异。NT1是最 distinct 的,以猝倒、低或缺失的CSF下丘脑泌素、碎片化睡眠、REM相关异常和一系列相关症状(如幻觉、REM行为障碍/RBD和睡眠相关饮食行为)为标志,所有这些都源于食欲素缺乏和REM失调。NT2表现相似但缺乏猝倒并保持正常的食欲素水平,导致较轻的REM相关特征和较少的辅助症状。IH则与众不同,表现为 prolonged, unrefreshing sleep 和 frequent sleep drunkenness,但没有REM侵入或食欲素功能障碍。
2024年的近期研究表明,一些NT2和IH患者可能表现出 intermediate 食欲素水平(110–200 pg/mL),促使重新评估食欲素诊断 cutoff。虽然完全缺乏(<110 pg/mL)对NT1高度特异,但 borderline levels 可能代表一种过渡表型或食欲素功能的部分丧失。此外,大型注册数据表明,从症状出现到诊断延迟6-8年在NT1中仍然常见,强调需要提高认识并开发更广泛的诊断工具。
食欲素缺乏 creates a multidimensional clinical picture,不仅包括睡眠-觉醒不稳定,还包括REM侵入、代谢失衡和自主神经功能障碍。虽然NT1提供了完全食欲素丢失的最直接模型,但相关疾病如NT2和IH反映了不同程度的失调。准确解释食欲素的临床 footprint 对于精确诊断、分层和治疗选择至关重要,尤其是在食欲素靶向治疗 gaining momentum 之际。
尽管食欲素缺乏是NT1的一个定义性特征,但越来越多的证据表明食欲素系统 dysfunction 可能在更广泛的精神病学、神经学和代谢疾病中 play a pivotal role。这些包括抑郁症、焦虑症、成瘾、帕金森病(PD)、阿尔茨海默病(AD)甚至某些免疫相关疾病。食欲素能投射 across the limbic system, brainstem, and cortical regions 的广泛分布支持了食欲素不仅仅是一种睡眠肽,而是一种调节觉醒、情绪、奖赏和稳态的 global neuromodulator 的观点。
近年来,食欲素的生理作用 beyond classical sleep regulation 日益得到认可。这些疾病涵盖多个领域,包括神经退行性变、精神病学和代谢综合征,强调了食欲素多样化的神经生物学 reach。
在神经退行性疾病如PD和AD中,食欲素水平 often reduced,与 disrupted circadian rhythms, fragmented sleep, and altered REM latency 相关。食欲素能投射到蓝斑和基底前脑 known to influence attention and cognition systems,这些系统在这些疾病中逐渐受损。新兴证据表明,食欲素激动作用可能有助于巩固睡眠和 counteracting early fatigue in Parkinsonian syndromes,尽管这仍然是 investigational。
相反,在成瘾和暴食障碍中,经常观察到食欲素 overactivation,尤其是在中脑边缘多巴胺系统内。VTA中的OX1R信号传导增强 reward-seeking and reinforcement behavior,表明OX1R拮抗作用可以减弱 compulsive drug and food cravings。这提出了使用食欲素拮抗剂不仅用于失眠,还可用于 impulse control disorders 的行为调节的可能性。
在抑郁和焦虑中,情况更为复杂。一些研究表明食欲素缺乏可能导致 anhedonia and fatigue,而另一些研究则提出在 stress-related anxiety phenotypes 中存在 hyper-reactive orexin signaling。这种 duality 可能反映了 region-specific and receptor-specific dynamics,其中OX1R与情绪反应性有关,OX2R与睡眠相关的情绪调节有关。因此,个性化的食欲素调节可能对治疗抵抗性情感障碍有益,尽管必须仔细监测安全 profile。
在代谢方面,如发作性睡病中所见的食欲素缺乏,使个体易患体重增加、胰岛素抵抗和 thermogenic responses 减少。这突出了食欲素在能量稳态中的作用,并支持了食欲素靶向治疗有一天可能治疗肥胖和代谢综合征 beyond their sleep indications 的观点。
总之,食欲素信号传导的方向性、定位和受体特异性 governs its influence across clinical domains。这些见解不仅拓宽了我们对食欲素生理学的理解,而且为跨学科的、基于机制的治疗方法开辟了转化途径。
超过40%的NT1患者符合共病重度抑郁障碍(MDD)的标准,近30%存在焦虑障碍。食欲素信号失调与HPA轴功能障碍、快感缺失和 poor stress resilience 有关。2024年的功能性MRI研究表明,具有抑郁症状的食欲素缺乏个体下丘脑和前额叶皮层之间的连接性降低,进一步表明该系统参与情绪调节。
从机制上讲,食欲素神经元投射到单胺能核团和边缘结构,包括杏仁核、海马体和前扣带皮层。这些回路的 disruption 损害了动机和情绪的神经化学基质。虽然尚不清楚食欲素缺乏是导致抑郁的原因还是慢性嗜睡的后果,但动物模型的证据表明,中枢输注食欲素可以逆转食欲素缺乏小鼠的抑郁行为。
神经退行性疾病 frequently involve disturbances in sleep–wake regulation,导致研究人员探索食欲素能丢失在疾病进展中的作用。在PD中,死后研究显示下丘脑食欲素神经元减少高达50%,与EDS和RBD相关。此外,一项2023年的PET成像研究发现,有睡眠问题的早期PD患者下丘脑和丘脑的食欲素受体密度显著降低。在AD中,β-淀粉样蛋白和tau蛋白沉积 disrupt orexin-related neural circuits。在一些AD患者中 paradoxically observed 到CSF食欲素水平升高,可能反映了在神经退行过程中为保持觉醒而进行的 compensatory hyperactivity。然而,睡眠碎片化——部分由食欲素不稳定驱动——可能加速β-淀粉样蛋白聚集,形成认知能力下降的 feed-forward loop。亨廷顿病(HD) also features circadian instability and loss of hypothalamic orexinergic tone,尽管食欲素参与HD进展的时间线和机制仍在调查中。
食欲素神经元广泛投射到多巴胺奖赏中枢,包括VTA和伏隔核。这些投射调节线索诱导的 drug-seeking behavior 恢复。临床前研究表明,OX1R拮抗剂 reduces cocaine, nicotine, and opioid self-administration in animal models。有趣的是,在药物渴求和复发期间,食欲素活性增加,而OX1R拮抗作用减弱了动机驱动和奖赏显著性。这导致人们对食欲素靶向治疗物质使用障碍(SUDs)的兴趣日益增长。2024年的一项荟萃分析报告称,选择性食欲素拮抗剂在可卡因和酒精依赖试验中 reduced craving intensity and delayed relapse in 60%–70% of subjects。虽然食欲素系统可能不是成瘾的原因,但它 amplifies reward salience,表明其阻断可以作为预防复发的治疗辅助手段。
食欲素功能障碍 also contributes to disorders beyond narcolepsy。在原发性失眠中,食欲素水平可能异常高,导致皮层过度兴奋和碎片化睡眠。这导致了DORAs(如suvorexant和lemborexant)获得FDA批准,它们平均减少睡眠潜伏期15-30分钟,增加总睡眠时间45-60分钟。相反,在IH中,一些患者表现出 intermediate or fluctuating orexin levels,表明存在部分食欲素 tone imbalance。尽管这些水平通常保持在NT1诊断阈值以上,但与发作性睡病的临床相似性支持了嗜睡症存在于一个食欲素功能谱上的 hypothesis。
食欲素相关性的扩展 raises key questions:其功能障碍是因果性、相关性还是补偿性的?在NT1中,食欲素丢失无疑是因果性的。在情绪、成瘾和神经退行性疾病中;然而,食欲素可能 serve as a modulating or reactive factor rather than a primary driver。
尽管如此,CSF食欲素水平正日益被研究作为诊断或预后生物标志物。虽然目前仅限于NT1,但外周检测(如血液或唾液检测)的未来进展可能会 broaden their clinical applicability。
食欲素系统处于睡眠、情绪、奖赏和自主神经调节的交叉点。其功能障碍 far beyond narcolepsy,并可能影响情绪障碍、神经退行性疾病和成瘾行为的轨迹。无论是作为治疗靶点还是生物标志物,食欲素正迅速成为转化神经科学的 central focus。下一个前沿在于理解其 context-specific roles 并利用其潜力在 diverse clinical domains 中实现个性化医疗。
发作性睡病,尤其是NT1的治疗,历来侧重于症状管理而非疾病修饰。传统疗法改善EDS和控制猝倒,但并未解决根本原因:食欲素缺乏。然而,一场范式转变正在进行中。治疗 landscape 现在包括食欲素受体激动剂、基因编辑方法和血脑屏障(BBB)穿透递送系统,所有这些都旨在恢复功能性食欲素网络。
目前NT1和NT2批准的药物疗法靶向 either wake promotion or REM suppression:
- •莫达非尼/阿莫达非尼:约70%的NT1患者使用;通过多巴胺再摄取抑制增加觉醒。
- •羟丁酸钠:对EDS和猝倒都有益处;改善夜间睡眠巩固。
- •索林非妥:一种多巴胺/去甲肾上腺素再摄取抑制剂,在Epworth嗜睡量表上使EDS评分降低约40%。
- •匹妥兰斯特:组胺H3受体反向激动剂;在临床试验中将猝倒频率降低约35%。
尽管有其益处,这些药物并不改变疾病进程,并且通常需要终身使用,随着时间推移收益递减。副作用——如焦虑、心血管 strain 和情绪障碍——在长期使用中并非无关紧要。
最令人兴奋的治疗进展是选择性食欲素受体激动剂的开发,特别是靶向OX2R亚型。
- •Danavorexton (TAK-925):一种静脉注射的OX2R激动剂,在输注后30分钟内恢复NT1患者的觉醒,并维持警觉>4小时。
- •ALKS 2680:一种口服生物可利用的OX2R激动剂,目前处于II期试验;在NT1和NT2中显示日间小睡潜伏期 statistically significant reductions。
- •TAK-994:最初有希望,但在Ib期试验后因肝毒性 discontinued。
在2024年的一项多中心试验中,danavorexton在维持觉醒测试(MWT)上产生了平均11.1分的改善,在NT1患者中的表现优于莫达非尼近40%。这些激动剂直接作用于OX2R受体, bypassing the need for endogenous orexin 并提供受体水平的睡眠-觉醒周期恢复。
天然的食欲素肽大且亲水,这阻止了其被动扩散通过BBB。食欲素-A的外周注射对CNS的渗透可忽略不计,除非通过脑室内或侵入性方法输送。鼻内给药正在研究中,但存在吸收不一致和持续时间短的问题。
- •纳米封装:基于脂质体和聚合物的纳米载体,以增强CNS生物利用度。
- •受体介导的转胞作用:利用转铁蛋白或胰岛素受体通路进行靶向脑部递送。
- •
食欲素替代的未来可能取决于小分子模拟物的开发,而不是直接使用肽类。基因疗法通过恢复内源性食欲素生产代表了一种潜在的治愈性方法:
- •AAV介导的基因递送:用于将前原食欲素插入下丘脑神经元的病毒载体;小鼠临床前研究显示部分逆转猝倒和改善觉醒。
- •CRISPR基因编辑:仍处于早期研究阶段,但可以允许纠正自身免疫反应位点,如HLA-DQB1 * 06:02。
- •干细胞衍生的食欲素神经元:在2023年的动物模型中,移植的食欲素能细胞在下丘脑外侧 demonstrated engraftment,并在约60%的受试者中恢复了觉醒状态。
临床转化的障碍包括免疫排斥、靶向递送以及伦理/监管问题。尽管如此,这些方法为一次性干预疗法提供了路线图。
生物通微信公众号
生物通新浪微博
今日动态 |
人才市场 |
新技术专栏 |
中国科学人 |
云展台 |
BioHot |
云讲堂直播 |
会展中心 |
特价专栏 |
技术快讯 |
免费试用
版权所有 生物通
Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved
联系信箱:
粤ICP备09063491号