AMPA受体棕榈酰化抑制海马硬化患者致痫灶中的癫痫发作生成

《Biochemical Pharmacology》：AMPA receptor palmitoylation restrains ictogenesis in the epileptogenic lesion of patients with hippocampal sclerosis

本研究针对难治性癫痫中致痫灶突触调控失常导致癫痫突然发作的机制难题，聚焦AMPA受体(AMPAR)棕榈酰化这一关键蛋白修饰，通过对海马硬化患者手术样本的生物化学分析，首次发现致痫灶中AMPAR棕榈酰化水平显著降低，揭示了其作为抑制神经网络过度兴奋、抵御癫痫发生的新机制，为开发靶向AMPAR棕榈酰化的抗癫痫药物提供了重要理论依据。

　　

癫痫，作为一种常见的神经系统疾病，困扰着全球数千万患者，其核心特征在于大脑神经元的异常同步放电，导致反复的、不可预测的癫痫发作。在众多类型的癫痫中，源自大脑颞叶内部的颞叶癫痫尤为常见，而海马硬化（Hippocampal Sclerosis）是其重要的病理基础。患者的大脑颞叶，特别是海马区域，会出现神经元丢失和胶质增生等结构性改变，这片区域也因此成为“致痫灶”——癫痫发作的“策源地”。尽管临床上已有多种抗癫痫药物（Anti-Seizure Medications, ASMs），但仍有约三分之一的患者对药物不敏感，发展为药物难治性癫痫，其生活质量受到严重影响。因此，深入揭示致痫灶内分子水平的异常变化，是开发更有效疗法的关键。

长期以来，科学家们认识到，大脑内主要的兴奋性神经递质——谷氨酸（Glutamate）及其受体在癫痫的过度兴奋中扮演了核心角色。其中，α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸受体（AMPA受体或AMPAR）就像是神经元之间信息传递的“加速器”，它负责介导快速的兴奋性突触传递。AMPA受体在突触表面的数量被精确地调控，过多会导致网络过度兴奋，诱发癫痫；过少则可能导致基础脑功能低下。这种调控主要通过两种可逆的蛋白质翻译后修饰来实现：磷酸化（Phosphorylation）和棕榈酰化（Palmitoylation）。磷酸化好比是蛋白质的“开关”，而棕榈酰化则像是在蛋白质上安装一个“脂质锚”，这个锚可以影响蛋白质在细胞内的运输和定位。此前的研究已经发现，在癫痫患者的致痫灶中，包括AMPA受体在内的多种突触蛋白的表达及其磷酸化水平是降低的，这与临床上观察到的致痫灶基础活动低下（低代谢）相一致，被认为是癫痫发生（Epileptogenesis）的基础。然而，AMPA受体的棕榈酰化修饰在人类癫痫中究竟发生了怎样的变化，以及这种变化对癫痫发作（Ictogenesis）有何影响，尚不清楚。

为了解决这一科学问题，由日本国立先进工业科学技术研究所（AIST）生物医学研究所的Takashi Hayashi和Masaki Iwasaki共同领导的研究团队，在《Biochemical Pharmacology》上发表了一项开创性的研究。他们利用药物难治性颞叶癫痫伴海马硬化患者手术切除的脑组织样本，进行了一系列精细的生物化学分析，首次在人类大脑中系统揭示了AMPA受体棕榈酰化在抑制癫痫发作中的关键作用。

为了开展这项研究，作者们主要运用了几个关键技术方法。首先是建立了珍贵的人类脑组织样本库，样本来源于12名接受前颞叶切除术和杏仁核海马切除术的难治性内侧颞叶癫痫伴海马硬化患者。研究人员同时获取了每个患者的致痫灶（海马病变组织）和相对非致痫的对照组织（前颞叶新皮层尖端组织），这为在同一患者体内进行自身对照研究提供了理想条件。其次，研究核心采用了酰基-生物素交换（Acyl-Biotinyl Exchange, ABE）法这一成熟的生化技术来特异性地、定量地检测蛋白质的棕榈酰化水平。该方法通过一系列化学反应，能够将连接在蛋白质半胱氨酸残基上的棕榈酰基替换为带有生物素标签的分子，进而通过链霉亲和素珠进行亲和纯化，最终通过蛋白质免疫印迹（Western Blotting）技术对纯化得到的棕榈酰化蛋白进行定量分析。最后，研究人员将检测到的棕榈酰化水平与患者的详细临床资料（如性别、发热惊厥病史、所服用的抗癫痫药物种类和剂量等）进行关联性统计分析，以期发现潜在的临床规律。

3.1. 癫痫诱导的AMPA受体棕榈酰化降低

研究人员首先定量分析了致痫灶（海马）和对照区（前颞叶新皮层）中AMPA受体两个主要亚基GluA1和GluA2的棕榈酰化水平。结果非常明确：与对照区相比，致痫灶中GluA1和GluA2的棕榈酰化水平均显著降低。这意味着在癫痫患者大脑的“问题区域”，AMPA受体上的“脂质锚”变少了。作为对比，研究人员也检测了突触后致密区核心蛋白PSD95的棕榈酰化。PSD95的棕榈酰化有助于AMPA受体锚定在突触表面，增强兴奋性突触强度。有趣的是，PSD95的棕榈酰化在致痫灶中并未呈现一致性降低，甚至在多数患者中表现出与AMPA受体相反的变化趋势（即AMPA受体棕榈酰化降低时，PSD95棕榈酰化升高）。对12名患者的个体分析显示，有10名患者的致痫灶中AMPA受体棕榈酰化平均水平是降低的。这些结果表明，AMPA受体棕榈酰化的特异性减少，而非所有突触蛋白棕榈酰化的普遍改变，是海马硬化致痫灶的一个突出分子特征。

3.2. 患者的临床和病理学特征

接下来，研究团队深入分析了这种分子改变与患者临床特征之间的关联。他们发现，AMPA受体棕榈酰化的降低程度与患者的年龄、病程、智力水平等因素没有显著相关性。然而，一个非常引人注目的发现出现了：当按性别分组时，AMPA受体棕榈酰化的降低几乎完全体现在女性患者中！在男性患者中，致痫灶的AMPA受体棕榈酰化水平变化不一，有升有降；而在所有7名女性患者中，其致痫灶的AMPA受体棕榈酰化均明显低于对照区。此外，有发热惊厥病史的患者，其致痫灶中AMPA受体棕榈酰化的降低更为显著。这些发现提示，女性海马硬化患者的致痫灶可能具有更集中、更特异的分子病理改变。

3.3. 抗癫痫药物的差异性效应

研究人员还探讨了患者服用的不同抗癫痫药物是否影响AMPA受体的棕榈酰化。他们将药物大致分为两类：一类是直接作用于突触的药物，如作用于GABA_A受体的氯巴占（CLB）、作用于突触小泡蛋白2A（SV2A）的左乙拉西坦（LEV）、直接拮抗AMPA受体的吡仑帕奈（PER）以及多重作用的唑尼沙胺（ZNS）；另一类是主要作用于电压门控离子通道的药物，如卡马西平（CBZ）、苯妥英（PHT）和拉莫三嗪（LTG）。分析结果显示，那些直接靶向突触、抑制兴奋性传递的药物，其剂量的增加与致痫灶中AMPA受体棕榈酰化水平的回升（或PSD95棕榈酰化的下降）存在一定的正相关趋势。而主要作用于电压门控钠通道的药物则未观察到这种明显的剂量依赖性关联。这暗示，某些抗癫痫药物可能部分通过调节AMPA受体的棕榈酰化状态来发挥其疗效。

综合以上结果，这项研究得出了明确的结论：在人类海马硬化致痫灶中，AMPA受体的棕榈酰化这一关键的翻译后修饰发生了特异性、显著性的降低。这种降低削弱了大脑抑制神经网络过度兴奋的内在能力，从而降低了癫痫发作的阈值，使得致痫灶更容易在受到某些刺激时突然爆发，即促进了癫痫发作（ictogenesis）的发生。研究者提出了一个生动的模型（如下图所示）：在健康大脑中，AMPA受体的棕榈酰化就像一个“分子刹车”或“防御系统”，能够通过促进受体从突触表面内吞等方式，防止兴奋性过度增强，维持神经网络的稳定。而在癫痫致痫灶中，这个“刹车”失灵了（棕榈酰化水平降低），导致“加速器”（AMPA受体）更容易失控，最终引发癫痫发作。

这项研究的重大意义在于：首先，它首次在人类癫痫脑组织中确立了AMPA受体棕榈酰化作为抑制癫痫发作的关键内源性机制，为理解癫痫发生的分子基础提供了全新视角。其次，研究揭示了显著的性别差异，表明女性海马硬化患者可能具有独特的病理生理机制，这为未来开展个体化、性别特异性的精准治疗提供了重要线索。最后，研究发现某些直接作用于突触的抗癫痫药物可能部分通过影响AMPA受体棕榈酰化来起效，这提示增强AMPA受体棕榈酰化或许可以成为一个全新的药物研发策略，为攻克药物难治性癫痫带来了新的希望。总之，这项研究不仅深化了我们对癫痫机制的认识，也开辟了潜在的新治疗方向，具有重要的理论价值和临床转化前景。