《CNS Neuroscience & Therapeutics》：Mitochondria-Associated Endoplasmic Reticulum Membranes as Potential Therapeutic Targets in Epilepsy
1 引言
癫痫是一种常见的神经系统疾病，全球约有7000万人受其影响。药物治疗是其主要手段，但约三分之一的患者对现有抗癫痫药物产生耐药性，这凸显了寻找新治疗靶点的迫切性。近年来，研究焦点逐渐转向分子机制，其中，线粒体相关内质网膜（MAMs）作为细胞器间通讯的关键枢纽，在癫痫发病机制中的作用日益受到关注。
MAMs是内质网（ER）和线粒体紧密接触的特化区域，富含多种调控关键细胞过程的蛋白质。这些过程包括线粒体分裂与融合、自噬、脂质代谢、钙稳态和氧化应激。越来越多的证据表明，MAMs结构的破坏及其相关蛋白表达模式的改变与癫痫的发病机制密切相关。因此，深入理解MAMs在癫痫中的作用，有望为开发新的治疗策略提供宝贵见解。
2 MAMs的结构与功能
MAMs是内质网和线粒体之间的关键接触位点，作为动态枢纽，在维持细胞稳态中发挥着重要作用。MAMs富含多种蛋白质，这些蛋白质参与钙信号传导、脂质代谢和线粒体动力学等关键过程。
2.1 分子组成与关键蛋白
2.1.1 Ca2+通道复合物
Ca2+是神经元信号传导的关键离子，其稳态失衡是癫痫发病的关键因素。MAMs是Ca2+从内质网向线粒体转移的重要通道。位于内质网膜上的1,4,5-三磷酸肌醇受体（IP3R）通过葡萄糖调节蛋白75（GRP75）与线粒体外膜上的电压依赖性阴离子通道（VDAC）相互作用，形成IP3R-GRP75-VDAC复合物，调控Ca2+的定向传递。这一机制影响着细胞内Ca2+的动态平衡，并调节细胞对生理和病理刺激的反应。
2.1.2 脂质功能相关蛋白
MAMs在脂质合成和代谢中扮演着核心角色。磷脂酰丝氨酸（PS）在MAMs中合成，随后从内质网转运至线粒体内膜（IMM），在PS脱羧酶的作用下转化为磷脂酰乙醇胺（PE）。PE随后被转运回内质网，最终通过PE-N-甲基转移酶转化为磷脂酰胆碱（PC）。这一过程对于维持生物膜的结构和功能至关重要。
此外，磷酸化酸簇分选蛋白2（PACS-2）是定位于内质网-线粒体界面的多功能蛋白，在调节MAMs、Ca2+信号传导、脂质代谢和自噬中起着关键作用。PACS-2的缺失与MAMs的破坏有关，可能加剧细胞损伤。
2.1.3 MAMs连接蛋白
线粒体融合蛋白2（MFN2）是一种线粒体GTP酶，在维持线粒体功能和细胞能量代谢中起着至关重要的作用。位于内质网上的MFN2与线粒体外膜上的MFN1或自身形成同源或异源二聚体，促进线粒体融合。此外，囊泡相关膜蛋白相关蛋白B（VAPB）-酪氨酸磷酸酶相互作用蛋白51（PTPIP51）复合物也是调节内质网-线粒体连接的重要蛋白复合物。
2.2 MAMs的检测方法
随着MAMs研究的深入，其检测方法也在不断改进。常用的方法包括：
- •
共免疫沉淀（Co-IP）：利用特异性抗体捕获MAMs相关蛋白，验证蛋白复合物。
- •
荧光成像：利用荧光标记抗体标记MAMs相关蛋白，在荧光显微镜下观察内质网-线粒体接触区域。
- •
电子显微镜（EM）：特别是冷冻电镜，可以高分辨率地观察内质网-线粒体接触位点的超微结构。
- •
分裂GFP接触位点传感器：利用分裂GFP检测细胞器相互作用，具有高灵敏度和实时活细胞成像能力。
- •
邻近连接技术（PLA）：检测蛋白质-蛋白质相互作用，灵敏度高，可检测弱或瞬时相互作用。
- •
钙成像：利用钙指示剂观察细胞内钙离子浓度的动态变化，间接评估MAMs的功能状态。
3 MAMs在癫痫中的潜在作用
3.1 MAMs在Ca2+稳态失衡中的作用
Ca2+稳态受损是癫痫发病的关键因素，导致神经元过度兴奋和癫痫发作后的损伤。MAMs功能障碍会破坏Ca2+信号传导，导致兴奋性毒性，其特征是谷氨酸受体过度激活和神经元损伤。
家族序列相似性134，膜B（FAM134B）介导的内质网自噬在平衡癫痫海马神经元中的线粒体Ca2+水平和调节细胞死亡中起着关键作用。因此，增强内质网自噬可能是预防癫痫神经元凋亡的治疗策略。
此外，星形胶质细胞通过其与MAMs的相互作用调节神经元Ca2+动力学。星形胶质细胞在维持细胞外离子平衡和调节突触活动中起着关键作用。星形胶质细胞的异常反馈可导致神经元放电模式的病理改变，从而促进癫痫发作。
3.2 线粒体功能障碍
线粒体功能障碍在癫痫发病机制中起着关键作用，影响能量代谢、氧化应激、Ca2+稳态和遗传突变。神经元严重依赖线粒体能量产生，线粒体功能受损可导致能量缺乏，从而破坏神经元活动和存活。
内质网-线粒体相互作用的破坏可能导致线粒体功能障碍，其特征是氧化磷酸化受损和活性氧（ROS）产生增加。氧化应激会加剧神经元损伤，通过增强兴奋性毒性和神经炎症，可能促进癫痫的发展。
在癫痫中，线粒体功能障碍与影响神经元存活和功能的能量代谢紊乱有关。线粒体生物能量学的变化可导致ATP产生减少，这对于维持神经元兴奋性和突触传递至关重要。自噬受损导致受损线粒体堆积，可激活凋亡途径，导致神经元死亡和癫痫易感性增加。
3.3 内质网应激与炎症
内质网应激和神经炎症显著促进癫痫的发病机制。它们共同破坏神经元功能，破坏神经网络的稳定性，并影响胶质细胞反应。
内质网应激激活促进炎症的信号通路。内质网应激期间，需肌醇酶1α（IRE1α）通路的激活可增加促炎细胞因子的产生，可能加剧癫痫中的神经炎症和神经元损伤。白细胞介素（IL）-17A可增强巨噬细胞中内质网应激介导的炎症，表明炎症细胞因子可能加剧神经元组织中的应激反应。
MAMs功能障碍与神经系统疾病的发展有关。MFN2是一种维持MAMs完整性的蛋白质，调节线粒体功能和内质网应激反应。在癫痫中，MAMs完整性的丧失可能导致神经元对兴奋性毒性和炎症的脆弱性增加，从而增加癫痫易感性。
外周炎症与癫痫易感性之间的关系也已得到探索。外周炎症可引发海马体的神经炎症和氧化应激，海马体是癫痫发生的关键区域。因此，全身性炎症反应可能对大脑功能产生局部影响，可能导致癫痫发作频率和严重程度增加。
3.4 脂质代谢异常
MAMs对于脂质转运和膜组成调节至关重要，这两者对于细胞稳态都至关重要。脂质不仅是膜的结构成分，还作为神经元兴奋性的信号分子。例如，膜脂质组成可以影响离子通道的功能，包括那些参与产生动作电位的离子通道。MAMs脂质谱的变化可能导致这种活动的失调，这是癫痫发作的一个标志。
此外，MAMs在脂质转运中的作用对于髓鞘和轴突周围保护鞘的合成至关重要。髓鞘完整性对于正确的神经元信号传导至关重要，脂质代谢紊乱会损害髓鞘形成，可能导致包括癫痫在内的神经系统疾病。鞘脂和磷脂等特定脂质类别对于维持髓鞘结构和功能至关重要。
此外，MAMs与其他细胞器（如脂滴和高尔基体）之间的相互作用证明了神经元中脂质代谢的复杂性。这些相互作用促进了膜生物发生和修复所需的脂质的有效转运和分布。这些通路的破坏会加剧与癫痫相关的病理状况。
3.5 MAMs在自噬和线粒体自噬中的作用
MAMs功能障碍可破坏自噬流，可能加剧癫痫发作期间的神经元损伤。暴露于有毒物质会破坏MAMs完整性，导致线粒体功能障碍和随后的神经元凋亡，这通常伴随着自噬相关标志物水平的增加；因此，虽然自噬最初可能作为一种保护机制，但其失调可能有助于癫痫中的神经元死亡。
雷帕霉素机制靶点（mTOR）通路是自噬的关键调节因子，与MAMs功能密切相关。mTOR过度激活与癫痫发展有关，因为它抑制自噬并增加神经元兴奋性。抑制mTOR信号传导可增强自噬活性，可能对癫痫发作提供神经保护作用。
MAMs与自噬之间的相互作用因各种信号通路而变得复杂，包括与氧化应激和炎症相关的信号通路。例如，MAMs参与Ca2+信号传导的调节，这对于自噬启动至关重要。Ca2+稳态失调可导致自噬受损和癫痫发作期间神经元脆弱性增加。
4 MAMs的潜在治疗靶点
4.1 Ca2+离子复合物
靶向VDAC的小分子药物对于调节细胞内Ca2+流和线粒体功能至关重要。在癫痫中，Ca2+稳态失调可导致神经元过度兴奋和癫痫发作。VDAC与抗凋亡蛋白Bcl-xL之间的相互作用增强了线粒体对Ca2+的摄取，从而影响癫痫事件期间的神经元存活和功能。研究表明，调节IP3R活性可以影响Ca2+释放，并可能作为癫痫的治疗靶点。例如，靶向IP3R介导的Ca2+信号通路可能有助于通过稳定神经元Ca2+稳态和防止过度神经元放电来降低癫痫发作频率和严重程度。
4.2 线粒体动力学调节
靶向MFN2在线粒体疾病相关癫痫中显示出潜力。研究性小分子治疗药物EPI-743降低了线粒体疾病相关癫痫的发作频率，表明通过MFN2调节是一种潜在的治疗策略。MFN2的表观遗传调控，包括DNA甲基化，已在与脑外伤引起的线粒体功能障碍相关的研究中得到研究，表明MFN2基因启动子的高甲基化可下调其表达，导致随后的线粒体功能障碍。因此，去甲基化剂可以恢复MFN2功能并改善认知缺陷，为癫痫治疗提供了一条潜在的治疗途径。
在毛果芸香碱诱导的癫痫持续状态大鼠模型中，线粒体分裂抑制剂1（mdivi-1），一种动力相关蛋白1（Drp1）的选择性小分子抑制剂，显著减弱了海马中的神经元死亡，表明抑制Drp1可以通过抑制细胞色素c释放、阻止凋亡诱导因子易位和抑制线粒体凋亡通路来保护细胞免受癫痫相关的细胞死亡。因此，靶向Drp1和MFN2可能是癫痫管理的新治疗策略。
4.3 内质网应激
靶向PERK和IRE1通路为治疗内质网应激相关疾病（如癫痫）提供了一种有前景的方法。例如，选择性抑制PERK可防止糖尿病心肌病中内质网应激诱导的细胞凋亡，表明其具有减少癫痫中神经元死亡的潜力。同样，靶向IRE1通路可减轻内质网应激并改善各种模型中的细胞存活率，包括与代谢紊乱相关的模型。PERK和IRE1通路之间的相互作用也会影响内质网应激反应的结果。IRE1信号传导可以在长期内质网应激期间维持PERK表达，说明这些通路的相互关联性及其对细胞命运的联合影响。这种相互作用表明，针对PERK和IRE1的联合治疗方法可能更有效地管理内质网应激相关疾病，如癫痫。
生酮饮食（KD）是一种高脂肪、低碳水化合物的饮食方案，在神经系统疾病的研究中引起了广泛关注。首先，在一项使用颞叶癫痫（TLE）大鼠模型的研究中，生酮饮食显著减少了自发性复发性癫痫发作，同时改善了学习和记忆能力。研究结果表明，生酮饮食抑制了癫痫诱导的内质网应激过度活跃，保护了神经元内质网超微结构，优化了突触超微结构，并增加了海马中的树突棘密度。其次，生酮饮食在内质网应激和线粒体代谢中的作用也得到了验证。研究表明，生酮饮食可以通过抑制Drp1介导的线粒体分裂和内质网应激，同时抑制NLRP3炎症小体的激活来增强脑缺血耐受性。在中脑动脉闭塞/再灌注损伤小鼠模型中，生酮饮食显著减少了内质网应激和TXNIP/NLRP3炎症小体的激活，从而发挥神经保护作用。
4.4 脂质代谢调节
磷酸化酸簇分选蛋白2（PACS-2）对脂质代谢至关重要，其缺陷可导致脂质相关的神经损伤。PACS-2功能障碍可能加重癫痫，因为它在脂质代谢和神经元活动中起着重要作用。此外，PACS-2中与脂质代谢相关的基因在癫痫患者中差异表达，表明PACS-2通过调节脂质代谢通路在癫痫发病和进展中发挥作用。因此，靶向PACS-2的脂质代谢不仅可以提高对癫痫病理生理机制的理解，还可能为其治疗提供新的策略和方向。
胆固醇24-羟化酶是一种细胞色素P450（CYP46A1），选择性地在大脑中表达，负责中枢神经系统中大部分胆固醇的更新。24-羟化酶位于内质网，分布于各种神经元的胞体和树突中。研究发现，缺乏24-羟化酶的小鼠表现出学习障碍和海马长期功能障碍，表明该酶对胆固醇的代谢对于学习和记忆形成至关重要。在用Soticlestat（一种新型胆固醇24-羟化酶抑制剂）治疗期间，癫痫发作次数比用载体治疗的小鼠少约三倍。Soticlestat抑制CYP46A1的药理学机制可能涉及多种分子通路。例如，与癫痫发生相关的多种机制之一是TrkB信号传导，它涉及CYP46A1。另一个有趣的例子是24S-羟基胆固醇对NMDA受体的正变构调节。
4.5 自噬和线粒体自噬作为MAMs的靶点
囊泡相关膜蛋白相关蛋白B-酪氨酸磷酸酶相互作用蛋白51（VAPB-PTPIP51）连接复合物对于内质网-线粒体相互作用至关重要，对于细胞稳态以及Ca2+信号传导和自噬等过程的调节至关重要。该复合物的破坏与神经退行性疾病有关，如额颞叶痴呆和肌萎缩侧索硬化，通过Ca2+稳态和突触功能。
通过VAPB-PTPIP51复合物调节内质网-线粒体连接为癫痫提供了一种潜在的新治疗策略。该复合物在Ca2+信号传导中起作用，这与癫痫相关，因为Ca2+失调有助于癫痫活动。因此，增强VAPB-PTPIP51相互作用可能稳定Ca2+信号传导并降低神经元兴奋性，从而减轻癫痫发作。
此外，调节VAPB-PTPIP51复合物可以影响自噬，自噬因其神经保护作用和对神经元健康的影响而日益受到认可。自噬功能障碍与癫痫有关；因此，恢复自噬流的干预措施可能提供治疗益处。调节VAPB-PTPIP51连接可以增强自噬过程，从而减少有助于癫痫发病机制的蛋白质和受损细胞器的病理积累。
5 展望
MAMs的治疗靶向为癫痫治疗的未来带来了重大希望。正在进行的研究可能会带来更有效的疗法，基因组学和个性化医学的进步可能会识别出影响癫痫中MAMs功能的基因突变或变异。基于遗传和分子谱分析的定制疗法可以最大限度地提高MAMs靶向治疗的疗效和安全性。高通量筛选可用于识别特异性调节MAMs相关蛋白的小分子或生物制剂，这可能为癫痫患者，特别是对传统疗法耐药的患者提供新的治疗选择。将MAMs靶向疗法与现有的抗癫痫药物或其他治疗方式（如神经刺激或基因治疗）相结合，可能会产生协同效应，从而可能改善治疗结果，并有助于减少通常导致不良副作用的多种药物治疗的需要。
6 结论
MAMs在细胞Ca2+稳态、脂质代谢、氧化应激、能量代谢和细胞凋亡中起着关键作用。这些功能与癫痫的病理生理机制有着内在联系。MAMs研究具有改变癫痫治疗的潜力。虽然MAMs功能障碍可能会增加神经元兴奋性，但调节Ca2+信号传导，例如使用IP3R靶向，可以减轻癫痫发作的频率和严重程度。靶向MAMs的药物，例如那些稳定VDAC-IP3R-GRP75复合物以减少异常Ca2+转移的药物，可能比传统的Ca2+通道阻滞剂提供更高的精确度。
癫痫发作通常导致线粒体功能障碍和ROS增加，导致细胞损伤和炎症。MAMs连接内质网和线粒体，是管理氧化应激反应的关键中心。MAMs调节抗氧化蛋白（例如超氧化物歧化酶2）和氧化还原通路（例如核因子红细胞2相关因子2[Nrf2]通路）。靶向MAMs中的抗氧化通路（例如激活Nrf2通路）可以通过调节MAMs中的氧化应激相关蛋白（例如C/EBP同源蛋白）来减少癫痫诱导的神经元损伤，从而减轻神经元中的炎症和细胞凋亡。
癫痫患者经常经历能量代谢紊乱，特别是大脑中ATP产生不足和代谢异常，这对能量代谢至关重要，从而影响线粒体功能、ATP合成和代谢物转运，包括腺嘌呤核苷酸转运蛋白（ANT）和丙酮酸脱氢酶激酶4。开发靶向MAMs代谢蛋白（例如ANT或类固醇生成急性调节蛋白3[StARD3]）的药物可能会改善神经元能量供应。饮食干预，例如增强线粒体代谢的生酮饮食，可能会影响MAMs功能，提供更有针对性的治疗方法。
脂质代谢异常与神经炎症和细胞信号传导中断有关，可能加剧癫痫。MAMs是胆固醇、磷脂和鞘脂的代谢中心，从而调节神经元膜的稳定性和功能。靶向脂质转运蛋白，如StARD3或VAPB，可以减少脂质代谢紊乱引起的神经炎症。调整MAMs的功能以优化脂质代谢可能会改善神经元信号传导的稳定性。
复发性癫痫发作会诱导过度的神经元凋亡和损伤。MAMs对于整合凋亡信号和控制线粒体外膜通透性以及与凋亡相关的蛋白质（如Bcl-2、Bax和Bcl-2拮抗剂/杀伤剂）至关重要。靶向MAMs内的Bcl-2家族蛋白以开发新型抗凋亡药物可以抑制MAMs介导的凋亡信号，从而促进神经元存活。
癫痫病理生理过程的异质性限制了抗癫痫药物等传统治疗的有效性。MAMs的功能可能因患者的遗传和代谢因素而异。MAMs相关蛋白（例如VAPB和VDAC1）可能作为癫痫的早期诊断生物标志物。根据患者的MAMs功能状态量身定制的精准医疗策略可以显著改善治疗结果。
总之，MAMs提供了内质网和线粒体之间的重要界面，在Ca2+信号传导、脂质代谢和细胞凋亡调节中发挥着重要作用。MAMs功能的破坏与癫痫的发病机制日益相关，突出了它们作为新治疗靶点的潜力。通过调节Ca2+稳态、增强线粒体功能、恢复脂质代谢和防止神经元自噬，MAMs靶向疗法可能为治疗癫痫提供一种新方法。然而，需要进一步的研究来阐明癫痫中MAMs功能障碍的精确机制，并开发安全有效的疗法。将MAMs靶向策略纳入临床实践可能会显著推进治疗选择，特别是对于耐药性癫痫患者。
