综述：遗传性癫痫中的星形胶质细胞：配角还是关键参与者？

《Journal of Neuroscience Research》：Astrocytes in Genetic Epilepsies: Supporting Actor or Key Player?

　　

癫痫是全球最常见的神经系统疾病之一，影响约1%的人群。癫痫包含多种异质性疾病，涵盖获得性神经损伤导致的常见多因素癫痫，以及由高外显率遗传变异引起的罕见单基因癫痫。遗传性癫痫常与一系列神经发育及精神障碍共病，癫痫发作也是脆性X综合征、Rett综合征等神经发育障碍的典型特征。星形胶质细胞作为中枢神经系统数量最多的胶质细胞，已被证实在获得性癫痫的病理生理过程中发挥关键作用。尽管星形胶质细胞在获得性癫痫中的作用已被广泛综述，但其在罕见遗传性癫痫或神经发育障碍中的功能异常尚未得到足够关注——即便相关致病基因在星形胶质细胞中亦有表达，仅表达水平低于神经元。此外，罕见遗传性癫痫患者更易出现药物抵抗性发作，凸显了挖掘新型治疗靶点的迫切性。本文系统回顾了现有关于遗传性癫痫综合征及伴发癫痫的神经发育障碍中星形胶质细胞功能异常的研究文献。研究人员筛选出多项关键研究，明确了钙信号传导与离子稳态等核心星形胶质细胞功能的改变。本综述强调，亟需进一步研究以阐明星形胶质细胞功能异常对神经元健康及癫痫发作的贡献机制。

1 获得性癫痫中的星形胶质细胞反应性与炎症

星形胶质细胞反应性涉及多条疾病依赖性通路，其定义尚不统一。当前研究已摒弃将反应性星形胶质细胞简单二分为A1“神经毒性”与A2“神经保护性”的传统分类，同一疾病中的星形胶质细胞可同时呈现两类表型特征。大量证据表明，星形胶质细胞功能障碍显著参与多种神经系统疾病的病理进程，在各类癫痫（包括伴癫痫的神经发育障碍）中，其功能异常可能驱动痫样发作的起始（ictogenesis）及癫痫发生（epileptogenesis）。目前关于癫痫中星形胶质细胞功能障碍的认知主要源自获得性癫痫模型研究。

胶质纤维酸性蛋白（GFAP）上调是星形胶质细胞反应性的首要标志，已在多种癫痫模型及人脑组织中得到验证。钙结合蛋白S100b与S100A6在星形胶质细胞中高表达，其水平在反应性星形胶质细胞中显著升高，这一现象已在小鼠模型、人尸检组织及患者血清中被反复观测到。近期研究在颞叶癫痫（TLE）小鼠模型及患者尸检组织中鉴定出一类新型反应性星形胶质细胞亚群，其特征为载脂蛋白E（APOE）高表达及脂质过度蓄积，该类细胞可促进疾病进展。反应性星形胶质细胞的增殖增加亦是获得性癫痫模型的典型特征。在获得性癫痫中，信号转导及转录激活因子3（STAT3）、核因子κB（NF-κB）及丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等促炎通路在星形胶质细胞中特异性激活。

星形胶质细胞与微胶质细胞共同通过释放促炎细胞因子、白细胞介素等介质介导癫痫脑内的炎症反应，并表达血管内皮生长因子（VEGF）、补体C3等促炎通路相关蛋白。多种抗癫痫发作药物（ASMs）被证实可降低星形胶质细胞反应性，而遗传诱导的慢性星形胶质增生足以诱发小鼠出现痫样放电。研究显示，发作间期棘波频率随年龄增长而升高，且与星形胶质细胞表型恶化呈正相关，提示癫痫发作可通过促进胶质增生进一步加剧痫性表型。在获得性癫痫中，星形胶质细胞反应性多为脑损伤或癫痫持续状态（SE）的继发结果，而非癫痫发作的始动因素，但持续的星形胶质细胞反应性可能参与癫痫发生并促进神经元痫性活动。实验表明，诱导星形胶质细胞反应性可导致神经网络过度兴奋及突触抑制减弱，提示反应性星形胶质细胞可通过加剧兴奋-抑制失衡驱动癫痫发作。

2 获得性癫痫中的细胞信号传导异常

星形胶质细胞内钙信号传导异常是包括神经退行性疾病与神经发育障碍在内的多种神经系统疾病的典型表型。在获得性癫痫中，钙信号改变被认为参与异常神经元活动、痫样发作起始及癫痫生成过程。海人酸（KA）诱导的癫痫发作小鼠模型研究显示，星形胶质细胞内显著的钙瞬变发生于局部高同步神经元活动之前，提示其在早期痫样发作起始中的作用。但也有研究指出，在4-氨基吡啶（4-AP）诱发的局灶性癫痫发作模型中，星形胶质细胞钙信号滞后于神经元激活，且非痫样发作起始所必需。这种差异可能源于癫痫模型的异质性。反应性星形胶质细胞在多种癫痫模型中均表现出异常的钙信号传导，星形胶质细胞过度兴奋被视为癫痫发生的核心标志之一。部分研究发现癫痫发作后星形胶质细胞内钙信号持续升高，这可能与反应性胶质增生相关，亦可能是刺激依赖性或疾病阶段特异性的表现。钙介导的星形胶质细胞-神经元相互作用可能通过形成兴奋性反馈环路维持神经元过度兴奋状态。

缝隙连接通讯异常亦是癫痫中星形胶质细胞信号异常的重要机制。连接蛋白（connexin）是构成缝隙连接与半通道的四跨膜蛋白，未配对的连接蛋白六聚体可作为半通道介导星形胶质细胞信号传递。星形胶质细胞间通过缝隙连接实现胞质直接连通，调控突触活动与脑血管血流，并通过星形胶质细胞合胞体在神经元高能量需求时（如癫痫发作期）分配营养物质。连接蛋白43（Cx43）是星形胶质细胞高表达的连接蛋白，也是脑内及海马区含量最丰富的连接蛋白。Cx43在癫痫中发挥复杂且矛盾的作用：一方面可通过将高钾区域的多余K⁺再分布以抑制癫痫发作；另一方面，短暂的痫样放电可导致缝隙连接解偶联，削弱K⁺清除能力。亦有研究提示Cx43缝隙连接可通过增强钙波的播散促进癫痫发作，进而触发星形胶质细胞释放胶质递质，加剧神经元兴奋性。值得注意的是，星形胶质增生可影响Cx43的表达与功能，而癫痫发作后的炎症反应可通过增强连接蛋白半通道活性加重痫性发作。人类Cx43编码基因GJA1的致病性变异与眼齿指发育不良（ODDD）相关，约30%的ODDD患者可出现癫痫发作等神经系统症状。获得性癫痫患者的脑组织研究显示，星形胶质细胞Cx43表达上调，但神经元连接蛋白无显著变化，亦有研究报道不同癫痫模型中Cx43表达无改变。功能修饰（如磷酸化状态改变）可能比单纯的mRNA或蛋白水平变化更具病理意义，例如Cx43磷酸化被证实参与轻度创伤性脑损伤后的癫痫易感性调控。抑制连接蛋白半通道已成为潜在的治疗策略，卡苯氧乙酸等广谱连接蛋白通道阻滞剂及选择性半通道肽类抑制剂均被证实可减轻癫痫发作。

3 获得性癫痫中星形胶质细胞谷氨酸转运体的作用

谷氨酸摄取与信号传导异常是癫痫中反应性星形胶质细胞的常见表型，TLE患者及临床前TLE模型中均检测到细胞外谷氨酸水平升高。星形胶质细胞通过钠依赖性转运体——谷氨酸天冬氨酸转运体（GLAST，人同源蛋白为EAAT1）与谷氨酸转运体-1（GLT-1，人同源蛋白为EAAT2）调控细胞外谷氨酸浓度。GLAST缺失虽不导致自发性癫痫发作，但可延长并加重实验诱导的癫痫发作。多数获得性癫痫模型中GLAST水平无显著变化，亦有研究报道其表达上调。GLT-1主要由突触周围星形胶质细胞表达，条件性敲除GLT-1可显著降低星形胶质细胞的谷氨酸摄取能力，并诱发自发性癫痫发作。多项癫痫模型研究证实GLT-1表达下调，但不同研究中转运体表达变化的异质性可能源于样本脑区差异、癫痫发作后取材时间点不同、神经元丢失与胶质增生的程度及缺血诱导的组织蛋白水解等因素。

星形胶质细胞还表达G蛋白偶联的代谢型谷氨酸受体（mGluRs），包括mGluR3与mGluR5，二者参与突触调制。发育脑中，mGluR5参与谷氨酸转运、星形胶质细胞迁移及突触包裹过程。mGluR5激活可调节GLT-1活性并增强谷氨酸清除，但慢性激活反而会降低GLT-1与GLAST水平，抑制谷氨酸摄取。TLE患者及小鼠模型中发现星形胶质细胞mGluR5上调，SE或mGluR5激动剂处理后，星形胶质细胞重新获得通常仅存在于发育早期的mGluR5依赖性钙瞬变，提示mGluR5激活可通过增强星形胶质细胞钙信号提高神经元兴奋性。mGluR3受体的激活则可上调GLT-1与GLAST表达，促进谷氨酸清除并发挥神经保护作用，但TLE模型中mGluR3的表达变化尚无一致结论。

星形胶质细胞不仅调控兴奋性神经传递，亦参与抑制性调控。多种癫痫类型中，反应性星形胶质细胞可过量合成γ-氨基丁酸（GABA），推测其为代偿性机制以弥补抑制性神经元的丢失。GABA通过突触前释放介导的相位性抑制，或作用于突触外膜GABA受体介导的紧张性抑制调控神经元兴奋性。星形胶质细胞来源的GABA由单胺氧化酶B合成，经Best1通道释放，可调节多个脑区的紧张性抑制。小鼠癫痫模型研究显示，Best1介导的紧张性抑制可抑制CA1区神经元放电，从而减轻癫痫发作；而在Best1^-/-小鼠中，星形胶质细胞特异性回补Best1可恢复紧张性抑制，但同时也增加了癫痫易感性。尽管颞叶癫痫啮齿类模型中存在中间神经元丢失，但紧张性抑制无明显改变，这归因于星形胶质细胞的紧张性信号代偿。反应性星形胶质细胞中GABA的积累源于合成增加而非摄取增强，可能是对抗过度兴奋的适应性反应。

谷氨酸与GABA的合成均依赖谷氨酰胺，谷氨酰胺合成酶（GS）是唯一可大量合成谷氨酰胺的酶，在氮代谢、酸碱平衡及细胞信号传导中发挥关键作用，且在脑内主要由星形胶质细胞高表达。多项获得性癫痫啮齿类模型中发现星形胶质细胞内GS呈区域特异性降低。海马区局灶性抑制GS可触发癫痫发生，且发作严重程度随时间进展。星形胶质细胞中GS受抑可导致胞内谷氨酸浓度升高，其释放至细胞外间隙后可诱发癫痫发作及神经元丢失。

值得注意的是，星形胶质细胞在体外模型中亦表现出神经保护作用，例如体外模型中星形胶质细胞数量与致痫剂的反应潜伏期呈正相关。近期研究还发现，光遗传学激活星形胶质细胞可减轻新皮质啮齿类模型的癫痫发作。综上，星形胶质细胞在获得性癫痫的发生与进展中发挥重要作用，是重要的潜在治疗靶点。然而，其在遗传性癫痫发病机制中的贡献尚未得到充分阐明，本文将系统梳理相关研究证据，并探讨星形胶质细胞作为该类疾病治疗靶点的潜力。

4 遗传性癫痫

由单核苷酸致病性变异或拷贝数变异（包括微缺失/微重复）引起的遗传性癫痫虽单个病种罕见，但总体患病率较高。发育性癫痫性脑病（DEEs）的研究推动了新生致病性变异的发现，患者常表现为神经发育迟缓或倒退。但与获得性癫痫相比，星形胶质细胞等非神经元细胞类型如何参与神经表型、神经元功能障碍及癫痫发作的机制仍不明确。星形胶质细胞在神经发育中发挥关键作用，包括调控突触回路的形成、成熟与重塑，其突触周突起包裹突触，调控突触形成与回路可塑性，单个星形胶质细胞可通过高度分支的突起接触数千个突触。出生后突触成熟期的突触发育伴随星形胶质细胞的快速生长与结构重塑，星形胶质细胞对突触形成与消除的调控是精细突触连接构建的核心环节，该过程的异常与神经发育异常密切相关。

星形胶质细胞在K⁺稳态维持中起核心作用，可将K⁺从高浓度区域向低浓度区域转运，这一过程由膜电位与K⁺平衡电位的空间梯度驱动。痫样放电可削弱星形胶质细胞的合胞体偶联，损害K⁺的空间分布。多种编码钾通道的基因致病性变异是DEEs的主要病因，包括编码K_V7.2亚基的KCNQ2。人类RNA测序数据显示，KCNQ2在胎儿期星形胶质细胞（孕17-20周）或星形胶质前体细胞中高表达，但在成熟星形胶质细胞中表达极低，提示其作用可能局限于神经发育早期。携带KCNQ2患者变异的条件性转基因小鼠模型可自发癫痫发作，研究人员在该模型成年小鼠中观察到星形胶质细胞数量增加及GFAP广泛上调，符合反应性星形胶质细胞表型，且GFAP阳性细胞中也检测到K_V7.2表达，尽管水平低于神经元。

内向整流钾通道（Kir）在星形胶质细胞中高表达，其中Kir4.1是小鼠与人类海马星形胶质细胞的主要亚基。Kir4.1通道具有弱整流特性，允许K⁺双向移动，参与空间K⁺缓冲，并维持星形胶质细胞-85 mV的负静息膜电位。EAST综合征（又称SeSAME综合征）是由KCNJ10基因（编码Kir4.1通道）致病性变异引起的常染色体隐性遗传病，临床表现为癫痫、共济失调、感音神经性耳聋、发育迟缓及电解质紊乱。KCNJ10致病性变异多导致Kir4.1功能丧失，斑马鱼功能缺失模型可复现该表型，但也有研究提示存在功能获得机制。鉴于Kir4.1在星形胶质细胞中的关键作用，KCNJ10变异极可能导致星形胶质细胞钾缓冲功能异常。表达野生型（WT）或突变型Kir4.1的星形胶质瘤细胞系研究显示，突变细胞的全细胞电流密度显著升高，K⁺内流增强；野生型Kir4.1主要分布于胞体周围，而突变通道则定位于细胞膜，且总表达量高于野生型，伴随α-肌营养蛋白上调。Kir4.1在星形胶质细胞特定亚区的正确分布与密度是其介导K⁺缓冲、维持细胞外K⁺浓度稳态及保障突触功能的基础，其异常可直接影响突触功能。星形胶质细胞条件性Kir4.1^-/-小鼠模型中，星形胶质细胞全细胞电流模式改变，膜电位较野生型去极化，钡离子（Ba²⁺）阻断Kir通道可引起野生型星形胶质细胞类似的去极化效应；同时，Kir4.1^-/-星形胶质细胞的K⁺与谷氨酸摄取能力受损。该模型急性海马切片显示，CA1锥体神经元自发性活动减少，基线突触传递无显著改变，但长时程增强幅度在初始脉冲后20分钟内显著升高，提示Kir4.1主要在突触活动增强后参与K⁺清除，而非调控基础突触传递。EAST综合征患者中亦观察到髓鞘内水肿等离子-水稳态异常，推测源于星形胶质细胞终足处Kir4.1通道功能异常。此外，颞叶癫痫患者中检测到Kir4.1的单核苷酸多态性（SNPs），小鼠Kir4.1致病性变异可增加癫痫易感性。获得性癫痫中广泛报道Kir通道功能改变与表达下调，多种抗癫痫药物被证实可上调星形胶质细胞Kir4.1表达。未来仍需深入研究EAST综合征中癫痫发作的驱动机制，以及携带Kir4.1变异的星形胶质细胞如何影响神经元功能。

溶质载体家族6成员1（SLC6A1）基因编码GABA转运体1（GAT-1），其致病性变异与儿童失神癫痫、肌阵挛失张力癫痫及Lennox-Gastaut综合征等多种神经发育障碍相关。GAT-1在抑制性神经元与星形胶质细胞中均有表达，星形胶质细胞GAT-1缺陷与失神癫痫发作存在直接相关性。研究显示，转染患者SLC6A1变异的原代小鼠星形胶质细胞、SLC6A1敲入小鼠来源的原代星形胶质细胞及患者诱导多能干细胞（iPSC）分化的星形胶质细胞中，GABA摄取能力均显著降低，4-苯基丁酸处理可恢复GABA摄取功能。上述模型还观察到GAT-1表达下调及亚细胞分布异常：突变GAT-1在细胞核周围聚集，细胞边缘表达极少，提示其滞留于内质网（ER）；突变GAT-1在星形胶质细胞中呈聚集状态，糖基化修饰异常可能导致成熟蛋白在细胞表面表达量减少。野生型GAT-1在携带变异的iPSC中与ER共定位，提示存在显性负效应。星形胶质细胞介导的紧张性抑制在生理与病理条件下均发挥重要作用，GAT-1缺陷导致的星形胶质细胞GABA摄取减少可能引起细胞外GABA蓄积，增强紧张性抑制。丘脑区紧张性抑制增强已在多种动物模型中被证实可诱发失神癫痫及棘慢波放电。未来通过星形胶质细胞特异性表达SLC6A1变异，有望进一步明确紧张性抑制改变在SLC6A1相关癫痫发病中的作用，以及星形胶质细胞对癫痫与神经发育表型的贡献权重。

SLC13A5是内向电生钠耦合三羧酸盐底物转运体，其致病性变异可导致柠檬酸转运障碍，引发伴釉质发育不全的发育性癫痫性脑病。SLC13A5在成人星形胶质细胞中高表达，对柠檬酸具有高亲和力（表达水平低于神经元）。患者血浆、脑脊液及尿液中柠檬酸升高及三羧酸循环中间代谢产物紊乱，提示线粒体三羧酸（TCA）循环失调。由于柠檬酸由星形胶质细胞释放并经SLC13A5被神经元摄取，星形胶质细胞在该代谢轴中起核心作用。SLC13A5^-/-小鼠脑脊液中柠檬酸水平升高、乳酸水平降低，提示柠檬酸蓄积可能抑制星形胶质细胞糖酵解。

Dravet综合征（DS）是一种严重的发育性癫痫性脑病，90%以上的病例由SCN1A基因单倍剂量不足引起，该基因编码电压门控钠通道α亚基Na_V1.1。尽管SCN1A主要在神经元中高表达，其在包括星形胶质细胞在内的胶质细胞中亦有表达。DS敲入小鼠视网膜组织中观察到反应性星形胶质细胞与小胶质细胞活化。携带杂合致病性变异、可复现癫痫发作等表型的DS小鼠模型中，星形胶质细胞GFAP荧光强度及GFAP⁺/S100b⁺双阳性星形胶质细胞数量显著增加，且星形胶质细胞形态复杂性提升，符合反应性星形胶质细胞特征。值得注意的是，部分研究显示GFAP上调等反应性表型在癫痫发作前即可出现，提示其可能为细胞自主性改变。另有研究在SCN1A^+/-小鼠原代星形胶质细胞培养模型中观察到ATP诱导的钙峰斜率升高，提示钙信号传导存在细胞自主性异常。此外，在神经元特异性表达SCN1A变异的小鼠模型中仍出现星形胶质细胞反应性，提示神经元异常活动亦可诱导星形胶质细胞继发性改变。上述证据共同表明，DS中星形胶质细胞功能异常可能兼具细胞自主性与非自主性特征。

5 伴癫痫的神经发育障碍

脆性X综合征（FXS）是由FMR1基因变异导致的神经发育障碍，常伴癫痫发作风险升高。多项研究在FMR1^-/-小鼠模型及患者iPSC分化的星形胶质细胞中观察到细胞自主性表型：包括ATP诱导的钙信号增强、胆固醇代谢异常、嘌呤能信号缺陷等。条件性星形胶质细胞特异性FMR1敲除小鼠模型显示，星形胶质细胞中FMRP缺失可导致皮质过度兴奋及行为异常。共培养实验证实，FMR1^-/-星形胶质细胞可增加神经元兴奋性，而补充S100b可纠正其异常放电。机制研究发现，FMR1^-/-海马星形胶质细胞中Kir4.1表达下调，Kir4.1电流峰值幅度降低，导致活动依赖性细胞外K⁺清除障碍；通过病毒载体回补Kir4.1可恢复星形胶质细胞的K⁺摄取能力，并纠正FMR1敲除小鼠的神经元兴奋性异常。

Rett综合征是由MECP2基因变异引起的神经发育障碍，癫痫是其常见共病。患者尸检组织及iPSC分化星形胶质细胞研究显示，MECP2变异可导致广泛的转录组改变，涉及突触成熟相关基因表达异常及炎症通路激活。星形胶质细胞特异性MECP2敲除模型中观察到线粒体代谢异常、胆固醇水平升高、谷氨酸清除能力下降（EAAT1/EAAT2表达改变）、Kir4.1 mRNA及蛋白表达下调、钙信号活动异常及GAT3介导的电流增强等多重表型。共培养实验提示，MECP2缺陷星形胶质细胞可通过上调IL-6表达干扰神经元突触形成，而抑制IL-6可部分挽救突触表型。值得注意的是，星形胶质细胞中MECP2的表达缺失既可通过细胞自主性机制发挥作用，亦可通过缝隙连接介导的非细胞自主性方式影响邻近细胞，提示其在神经环路调控中的复杂作用。

15q重复综合征是由染色体15q11.2-q13.1区域重复引起的神经发育障碍，患者常出现癫痫发作。果蝇模型研究显示，胶质细胞特异性过表达该区域的人类同源基因可导致细胞内K⁺水平降低，并引发机械刺激诱发的“击倒”癫痫发作，提示胶质细胞离子稳态异常在该病癫痫发生中的作用。

6 总结与展望

现有研究已明确星形胶质细胞在获得性癫痫中的多重病理作用，包括反应性增生、炎症激活、钙信号异常、缝隙连接功能紊乱及神经递质稳态失调等。相比之下，遗传性癫痫及伴癫痫的神经发育障碍中星形胶质细胞的功能异常研究仍处于起步阶段。现有证据显示，KCNQ2、KCNJ10、SLC6A1、SCN1A、MECP2等多个致病基因的表达产物在星形胶质细胞中具有细胞自主性功能，其变异可导致离子稳态失衡、神经递质转运缺陷、钙信号异常及代谢障碍等表型，这些改变可能通过破坏神经元-星形胶质细胞交互作用，直接参与癫痫发生与神经发育异常。然而，目前多数研究聚焦于单一基因或疾病模型，缺乏跨疾病的系统性比较，且星形胶质细胞表型与癫痫发作的时间因果关系、细胞自主性与非自主性机制的权重、以及针对星形胶质细胞靶点的干预策略仍需深入探索。未来研究需结合多组学技术、细胞类型特异性基因操作及人源化模型，系统解析遗传性癫痫中星形胶质细胞的病理机制，为开发靶向多细胞类型的新型治疗手段提供理论基础。