癫痫是一种常见且严重的神经系统疾病,全世界约5000万人受其影响。尽管现在已有许多AEDs,但大约三分之一的患者对目前的治疗不应答而成为难治性癫痫,需要新型作用机制的创新性AEDs来解决。
目前大多数AEDs通过抑制神经元活动来抑制癫痫发作,尚无药物能影响或改善癫痫发生(即癫痫的起病和进展)。由于癫痫会给患病家庭及社会带来沉重负担,所以寻找一种更有效、更安全的AEDs任重而道远。
在Ohno Y等人的一篇综述(CNS & neurological disorders drug targets. 2017;16(4):463-471)中我们看到了突破传统型AEDs的治疗希望,此篇文章回顾了SV2A在调节癫痫发作中的病理生理功能,并讨论了SV2A在癫痫治疗中的作用。
1 突触囊泡蛋白2(SV2)的分子结构
SV2由三种不同的亚型组成:SV2A、SV2B和SV2C。在SV2亚型中,SV2A在大脑皮质、海马和小脑中高度表达,并调节动作电位依赖性神经递质的释放。尽管SV2A的病理生理功能尚需深度研究,但SV2A敲除小鼠表现出严重惊厥发作,可表明SV2A参与癫痫发作。
编码SV2A的基因分别位于人类、大鼠和小鼠的染色体1(1q21.2),2(2q34)和3(3qF2.1)上,编码742个氨基酸。SV2A具有12个跨膜(TM)结构,在第6和第7 TM区之间有大细胞质环,在第7和第8 TM区之间有大腔内环[1-3]。
据报道,N端中的Thr84参与了SV2A与突触囊泡膜蛋白1(Syt1)的C2B结构域之间的相互作用[4],大腔内环含有多个糖基化位点(N498、N548、N573),并可作为肉毒杆菌神经毒素的结合位点,抑制神经递质从轴突末端释放[5,6]。SV2A还是左乙拉西坦的特异性结合位点。
2 SV2A在突触神经递质释放中的作用
之前的研究报道[7],SV2A通过调节可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感的融合蛋白附着蛋白受体(SNARE)复合物的形成,促进突触囊泡与轴突末端膜的对接。因此,SV2A的缺失会减少SNARE复合物的形成以及胞吐相关蛋白(例如Syt1)的水平,表明SV2影响突触囊泡融合状态的进展[7,8]。
SV2A可能通过多种机制调控神经递质的突触释放,包括对胞外机制/调控蛋白水平的调控、对“待释放囊泡库(RRP)”融合和启动过程的调控以及与Syt1的相互作用。然而,SV2A调控突触神经递质释放的分子机制尚不清楚。
3 SV2A在脑内的表达
SV2A在脑内广泛表达,包括大脑皮层、海马和小脑[3]。在人脑中,SV2A广泛的分布在大脑皮层的所有细胞层中,且与突触素(一种突触前膜标记蛋白)共定位,证明SV2A在轴突末端特异性表达。
在大鼠大脑皮层中,SV2A与谷氨酸能标记蛋白,即囊泡膜谷氨酸转运体1(VGLUT1)或VGLUT2共定位,约占所分析轴突末端的40%-80%,而其与γ-氨基丁酸(GABA)能标记蛋白,即囊泡GABA转运蛋白共定位的比率达到 95%或更高[9]。因此,SV2A似乎更倾向于调控GABA能系统中的突触释放,而不是谷氨酸能系统。
在海马中,人和动物研究均显示SV2A免疫反应性(SV2A-IR)主要在齿状回门区、CA3区的透明层以及CA1-CA3区锥体神经元周围表达[10-12]。已证明大多数SV2A与GABA能标记物谷氨酸脱羧酶67(Gad1,GAD67)共表达,但在齿状回门区中没有与谷氨酸能标记物VGLUT1共表达,说明SV2A在门区GABA能中间神经元中特异性表达[13-14]。
在大鼠小脑中,SV2A在浦肯野细胞,高尔基体和篮细胞(所有GABA能神经元)中表达[2,3]。然而,SV2A调控的神经递质系统的表达细胞类型和识别还需要进一步的分析。
4 SV2A在调节癫痫发生中的可能机制
SV2A在癫痫动物模型中的病理生理作用:
癫痫动物模型的结果表明,SV2A在癫痫发作易感性中发挥关键性的负调节作用,这不仅包括诱导癫痫发作的过程,还包括癫痫发生过程(见表1)[12-21]。
最近研发出了一种携带错义突变(L174Q)的新型大鼠模型[14],突变位点(L174Q)位于SV2A结构的第一个跨膜区,该位点是确保 SV2A结构和功能正常的重要位点[15]。
研究证实[14,18],Sv2aL174Q大鼠对戊四唑(PTZ)反复给药或杏仁核刺激诱导的点燃发展高度敏感。Sv2aL174Q突变对SV2A的表达水平或分布无影响,但显著破坏了海马和杏仁核中去极化诱导的GABA释放,但并未改变这些区域中去极化诱导的谷氨酸释放。
SV2A在海马与杏仁核GABA能神经元中的优先表达,证实了其调节GABA释放的特异性。此外,Sv2aL174Q突变对GABA释放的抑制与Syt1水平降低有关。结果显示了边缘结构的SV2A-GABA系统在调节点燃癫痫发生中的关键作用,暗示由于Sv2aL174Q错义突变导致的SV2A功能障碍可损害突触GABA释放,同时降低Syt1水平并促进点燃发展(见图2)。
SV2A在人类癫痫中病理生理学变化:
虽然信息非常有限,但有多项临床研究表明癫痫患者大脑中SV2A的表达减少,且大多数研究是从顽固性癫痫患者身上切除的脑样本进行的分析(见表2)。
综上所述,难治性颞叶癫痫、局灶性皮质发育不良和结节性硬化症患者的临床研究表明,癫痫患者SV2A表达在大脑皮质和海马中下调,支持了SV2A与人类癫痫的发生密切相关的观点。
SV2AR383Q的纯合错义突变可引起难治性癫痫、不自主运动、小头畸形和发育迟缓,表明SV2A基因的错义突变可能是人类癫痫的病因之一。
总结
一直以来,人们普遍认同SV2A与癫痫的发病机制和治疗有关,并且是癫痫创新性调节治疗中具有吸引力的潜在靶点。因此,刺激SV2A功能的新型AEDs或许可以有效对抗难治性癫痫。
左乙拉西坦选择性地结合SV2A并且在点燃动物或遗传性癫痫模型中显示出有效的抗癫痫活性,表明左乙拉西坦不仅具有抗惊厥作用,而且还具有阻断癫痫发生的活性。医学进步需要突破,让我们共同期待未来更多新型AEDS研究的开展,为医师临床用药开创更多的可能。
参考文献:
[1] Bajjalieh SM, Peterson K, Shinghal R, et al. SV2, a brain synaptic vesicle protein homologous to bacterial transporters[J]. Science. 1992 Aug 28;257(5074):1271-3.
[2] Bajjalieh SM, Peterson K, Linial M, et al. Brain contains two isoforms of synaptic vesicle protein 2[J]. Proc Natl Acad Sci USA. 1993 Mar 15;90(6):2150-4.
[3] Bajjalieh SM, Frantz GD, Weimann JM, et al. Differential expression of synaptic vesicle protein 2 (SV2) isoforms[J]. J Neurosci. 1994 Sep;14(9):5223-35.
[4] Zhang N, Gordon SL, Fritsch MJ, et al. Phosphorylation of synaptic vesicle protein 2A at Thr84 by casein kinase 1 family kinases controls the specific retrieval of synaptotagmin-1[J]. J Neurosci. 2015 Feb 11;35(6):2492-507.
[5] Dong M, Yeh F, Tepp WH, et al. SV2 is the protein receptor for botulinum neurotoxin A[J]. Science. 2006 Apr 28;312(5773):592-6.
[6] Dong M, Liu H, Tepp WH, et al. Glycosylated SV2A and SV2B mediate the entry of botulinum neurotoxin E into neurons[J]. Mol Biol Cell. 2008 Dec;19(12):5226-37.
[7] Xu T, Bajjalieh SM. SV2 modulates the size of the readily releasable pool of secretory vesicles[J]. Nat Cell Biol. 2001 Aug;3(8):691-8.
[8] Yao J, Nowack A, Kensel-Hammes P, et al. Cotrafficking of SV2 and synaptotagmin at the synapse[J]. J Neurosci. 2010 Apr 21;30(16):5569-78.
[9] Bragina L, Fattorini G, Giovedí S, et al. Analysis of Synaptotagmin, SV2, and Rab3 Expression in Cortical Glutamatergic and GABAergic Axon Terminals[J]. Front Cell Neurosci. 2012 Jan 10;5:32.
[10] Toering ST, Boer K, de Groot M, et al. Expression patterns of synaptic vesicle protein 2A in focal cortical dysplasia and TSC-cortical tubers[J]. Epilepsia. 2009 Jun;50(6):1409-18.
[11] van Vliet EA, Aronica E, Redeker S,et al. Decreased expression of synaptic vesicle protein 2A, the binding site for levetiracetam, during epileptogenesis and chronic epilepsy[J]. Epilepsia. 2009 Mar;50(3):422-33.
[12] Ohno Y1, Ishihara S, Terada R, et al. Preferential increase in the hippocampal synaptic vesicle protein 2A (SV2A) by pentylenetetrazole kindling[J]. Biochem Biophys Res Commun. 2009 Dec 18;390(3):415-20.
[13] Ohno Y, Okumura T, Terada R, et al. Kindling-associated SV2A expression in hilar GABAergic interneurons of the mouse dentate gyrus[J]. Neurosci Lett. 2012 Feb 29;510(2):93-8.
[14] Tokudome K, Okumura T, Shimizu S, et al. Synaptic vesicle glycoprotein 2A (SV2A) regulates kindling epileptogenesis via GABAergic neurotransmission[J]. Sci Rep. 2016 Jun 6;6:27420.
[15] Crowder KM, Gunther JM, Jones TA, et al. Abnormal neurotransmission in mice lacking synaptic vesicle protein 2A (SV2A)[J]. Proc Natl Acad Sci USA. 1999 Dec 21;96(26):15268-73.
[16] Janz R1, Goda Y, Geppert M, et al. SV2A and SV2B function as redundant Ca2+ regulators in neurotransmitter release[J]. Neuron. 1999 Dec;24(4):1003-16.
[17] Kaminski RM, Gillard M, Leclercq K, et al. Proepileptic phenotype of SV2A-deflcient mice is associated with reduced anticonvulsant efficacy of levetiracetam[J]. Epilepsia. 2009; 50: 1729-40.
[18] Tokudome K, Okumura T, Terada R, et al. A missense mutation of the gene encoding Synaptic Vesicle Glycoprotein 2A (SV2A) confers seizure susceptibility by disrupting amygdalar synaptic GABA release[J]. Front Pharmacol. 2016 Jul 14;7:210.
[19] Hanaya R1, Hosoyama H, Sugata S, et al. Low distribution of synaptic vesicle protein 2A and synaptotagimin-1 in the cerebral cortex and hippocampus of spontaneously epileptic rats exhibiting both tonic convulsion and absence seizure[J]. Neuroscience. 2012 Sep 27;221:12-20.
[20] Matveeva EA, Vanaman TC, Whiteheart SW, et al. Asymmetric accumulation of hippocampal 7S SNARE complexes occurs regardless of kindling paradigm[J]. Epilepsy Res. 2007; 73: 266-74.
[21] Matveeva EA, Vanaman TC, Whiteheart SW, et al. Levetiracetam prevents kindling-induced asymmetric accumulation of hippocampal 7S SNARE complexes[J]. Epilepsia. 2008; 49: 1749-58.
[22] Feng G, Xiao F, Lu Y, et al. Down-regulation synaptic vesicle protein 2A in the anterior temporal neocortex of patients with intractable epilepsy[J]. J Mol Neurosci 2009; 39: 354-9.
[23] Serajee FJ, Huq AM. Homozygous Mutation in Synaptic Vesicle Glycoprotein 2A Gene Results in Intractable Epilepsy, Involuntary Movements, Microcephaly, and Developmental and Growth Retardation[J]. Pediatr Neurol. 2015; 52: 642-6.
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