T型钙离子通道在癫痫发生中的作用研究进展☆

吕楠 肖波

T型钙离子通道为一种低电压依赖性钙通道，通过改变细胞内外钙离子浓度及神经元的兴奋性发挥其独特的生物学特性。T型钙离子通道结构及功能的异常与特发性癫痫，特别是失神癫痫密切相关。本文对特发性癫痫动物模型及不同人群中T型钙离子通道的基因变异及其所导致的电生理变化进行综述，希望对癫痫发病机制的研究提供思路，并为特发性癫痫的治疗提供依据。

1 电压依赖性钙通道的分类及结构

电压依赖性钙通道（voltage-gated calcium channels，VGCCs）是Ca2+内流的主要途径，参与钙离子的细胞内兴奋作用及多种钙离子依赖过程,在癫痫发生机制中占有重要地位。VGCCs分为高电压依赖性（high-voltage-activated，HVA）和低电压依赖性（low-voltage-activated，LVA）钙通道。HVA钙通道由α1、β、α2δ、γ亚基构成，其中α1为功能亚基，β、α2δ、γ为辅助亚基。LVA钙通道仅由α1亚单位组成。依据生理学特性将VGCCs分为L-、N-、P-、Q-、R-、T-型钙通道，其中T-型钙通道是低电压依赖性的。依据不同的α1亚基将VGCCs分为Cav1、Cav2、Cav3三个系列，其中，Cav3系列又包括Cav3.1、Cav3.2、Cav3.3，均属于T型钙通道，分别由CACNA1G、CACNA1H、CACNA1I基因编码。

2 T型钙通道的生物学特性

T型钙通道在接近静息电位时很容易兴奋和失活。由于T型钙通道失活恢复时间缓慢，激活和失活相互重叠，使这些通道具有改变神经元兴奋性的能力。T型钙离子通道的重要电生理特性：①T型钙离子通道参与低域值钙棘波（low threshold calcium spike，LTCS)的形成——由NMDA受体诱导的低幅度去极化可产生瀑布效应，使大量T型钙通道开放，形成LTCS[1],引发棘慢波（spike-and-wave discharges，SWDs）发放[2]；②T型钙通道参与丘脑—皮层神经元同步化震荡——丘脑—皮层神经元同步化震荡生理情况下可在睡眠中出现，异常的超同步化放电与儿童失神癫痫（childhood absence epilepsy，CAE）密切相关[3]；③T型钙通道可引发“窗口电流”——T型钙通道激活及失活曲线重叠的膜电位下，可引发“窗口电流”，增加稳态下细胞内钙离子浓度[4]。总之，T型钙通道通过控制细胞内外钙离子浓度及调控膜电位发挥生物学作用。

3 Cav3.1在癫痫中的作用

3.1 Cav3.1在癫痫动物模型中的研究 丘脑表达3种T型钙通道：α1G在丘脑中继核大量表达，α1H、α1I主要在丘脑网状核表达。在诱导基因缺陷大鼠模型及自发癫痫动物模型均可观察到痫性发作中的促放电[5]，尤其在丘脑网状核及中继核中可以检测到高同步的促放电，脑电图上表现为SWDs[6]。HVA的功能缺陷大鼠模型（α1A-/-）表现为失神发作，在其丘脑皮层中继神经元上可检测到由Cav3.1介导的钙电流增加[7]。脑电图上可记录到明显的3HzSWDs，这与人类失神癫痫发作极为相似[8]。GABA受体激动剂可诱发野生小鼠产生双侧3～4HzSWDs，但很难诱发CACNA1G基因敲除小鼠产生失神癫痫，推测丘脑缺乏CACNA1G表达时，可以特异性抵抗由GABA受体介导的SWDs发放。近期研究发现大鼠CACNA1G基因剪切突变体可以影响钠离子通道变异所致癫痫的严重程度[9]。

T型钙电流的上调是否是失神癫痫发作的关键？Sonq等[10]用α1A-/-鼠与α1G-/-鼠杂交，筛选3种不同基因型的小鼠：α1A-/-α1G-/-、α1A-/-α1G+/+、α1A-/-α 1G-/+；与野生型小鼠（α1A+/+α1G+/+）比较，α1A-/-α 1G+/+鼠丘脑中继核钙电流上调60%；α1A-/-α1G-/+鼠产生的T型钙电流只有野生型的75%；α1A-/-α1G-/-没有产生明显T型钙电流。推断T型钙电流的增加可能由于α1A基因的缺失引起，且受到α1G基因的影响。行脑电图监测发现：T型钙电流减少的α1A-/-α1G-/+鼠记录到明显的SWDs，程度与T型钙电流明显上调的α1A-/-α1G+/+鼠相当；α1A-/-α1G-/-鼠未记录到SWDs。由此推断丘脑T型钙电流在产生SWDs是不可缺少的[11]。Ernst等[12]建立了两系BAC转基因小鼠（α1G-Tg1低拷贝组和α1G-Tg2高拷贝组）均过度表达α1G钙通道并可记录到规律的SWDs。与非转基因小鼠比较，BAC鼠脑内CACNA1G mRNA及蛋白表达相应增高，丘脑中继核神经元T型电流密度持续增加；α1GTg2较α1G-Tg1组mRNA及蛋白表达均明显增高。该实验首次表明：α1G钙通道的增加足够引起棘波振荡，诱发失神癫痫。

相反的，在WAG/Rij癫痫鼠模型中应用选择性T型钙通道阻滞剂可以有效控制癫痫发作[13]。在活体应用乙琥胺及阻断T型钙通道可以明显减少丘脑皮质环路的振荡。近期研究新钙通道拮抗剂Z941和Z944可以高选择性结合T型钙离子通道，可以显著抑制失神癫痫发作[14]。以上实验表明Cav3.1基因缺失不能诱发癫痫，Cav3.1基因敲除甚至可以起到“治疗”癫痫的作用。Cav3.1过度上调是失神癫痫产生的重要原因，可以独立诱发小鼠失神发作，但T型钙电流的上调不是引发失神癫痫发生的必要条件。

3.2 Cav3.1在癫痫人群中的研究 在汉族人群中，CACNA1G变体与CEA的相关性试验结果未见阳性报道。Singh等[15]分析了123例日本及西班牙的特发性癫痫患者，并与360名健康个体进行对照。发现13个突变体，其中5个包括氨基酸替换。c.1709C＞T（Ala570Val）主要在青少年肌阵挛性癫痫（juvenile myoclonic epilepsy，JME）及早期CEA患者中零散出现，且对照组中没有发现相应变体。c.3265G＞T(Ala1089Ser)在3个JME家系中出现，并在对照组中发现1个相应变体。c.2968G＞A在2例JME患者及3名对照个体中出现。目前认为CACNA1G是特发性癫痫的一个潜在易感基因。

4 Cav3.2在癫痫中的作用

4.1 Cav3.2在癫痫动物模型中的研究 T型钙通道基因CAC⁃NA1H编码Cav3.2。Strasbourg大鼠癫痫失神发作模型与对照组相比T型电流上调55%，Cav3.2mRNA增加16%[16]。匹罗卡品致痫大鼠在长期癫痫发作后，其海马CA1区椎体细胞上可检测到Cav3.2表达上调及T型钙电流的增加[17]。Graef等[18]对该模型丘脑中线核内T型钙通道的改变进行研究，发现在癫痫持续状态时丘脑内T型钙离子通道的基因表达改变不明显，但在发作后10天及31天时Cav3.2 mRNA明显增加。进一步研究发现反复痫性发作并不能诱导CaV3.2基因敲除鼠的T型钙电流及促放电增加，且CaV3.2基因敲除鼠海马CA1及CA3区的神经细胞损伤较自发癫痫大鼠减轻[19]。引起钙电流增加导致边缘系统同步化放电的原因并不十分清楚，推测可能是由于T型钙电流上调诱导的促放电活动加强边缘系统的同步化震荡，从而诱发边缘叶癫痫。

在自发性反复多次癫痫发作中，T型钙通道的电流强度增加。丘脑神经元的突然放电表现为全细胞电流的增强，推断癫痫持续状态可诱发丘脑中线核神经元离子通道的重建，这可解释自发性癫痫反复多次发作中神经元兴奋性增高的特征性变化[20]。

4.2 Cav3.2在儿童失神癫痫中的研究 在CAE患儿中，共发现有68个CACNA1H基因核甘酸多态，其中29个只在CAE患儿中出现。在这29个位点中包含12个不同的错义突 变（F161L、C456S、G499S、P648L、R744Q、A748V、G773D、G784S、R788C、V831M、D1463N），随后又陆续发现CACNAlH基因3个新的错义突变位点（H515Y、P314S、P492S）。其中3例有G773D的患者在同一等位基因均含有R788C。CAE患儿CACNAlH基因变异可以诱导神经元超兴奋，失活向反超极方向移动，激活向超极化方向移动，单通道电导增加，通道开放速率增加，通道失活速率及通道从失活的恢复过程减慢[21]，进一步提示CACNA1H是CEA的重要易感基因。其它研究表明CACNA1H的突变体与颞叶癫痫、青少年肌阵挛癫痫、家族性遗传性癫痫综合征、孤独症谱系障碍等有关[22]。

4.3 CaV3.2 I-II loop在癫痫中的作用 在一些特发性癫痫的患者中可以发现Cav3.2的变体，连接Cav3.2Ⅰ、Ⅱ结构域的环（loop）结构改变，进而诱导Cav3.2在细胞膜上的表达增加。CaV3.2 I-II loop有两个不同的功能区，最接近IS6和IIS1跨膜片段的基序调节门控，中间基序调节CaV3.2通道的表达。研究表明该区域缺失可导致CaV3.2表达增加3倍[23]。IS6后的62个氨基酸(a.a.429–491)不仅调节门控，而且加速通道的激活和失活。CAE患者编码III loop的基因序列发生改变，导致Cav3.2的表达增加,引发失神癫痫[24]。共聚焦显微镜下可观察到：该Cav3.2变体在细胞膜系统钙离子通道表达均增加，导致细胞内钙离子浓度增高，进一步影响转录及翻译。

4.4 CaV3.2在颞叶癫痫中的作用

在颞叶癫痫中，海马CA1区T型电流上调。研究发现，匹罗卡品致痫大鼠模型CA1区神经元更有自发放电的倾向。最近利用Cav3.2（-/-）小鼠模型人为建立Cav3.2，观察Cav3.2在癫痫发生中的作用[25]，发现在颞叶癫痫模型中CA1区神经元的突触传入量改变，在依靠海马直接联系通路的嗅皮层，突触传入量明显增加，并且在电点燃海马区T型电流增加。目前认为海马CA1区Cav3.2的上调是导致远端树突兴奋性突触后电位增强的原因[26]。颞叶癫痫与神经元内T型电流的上调有关。

5 结语

综上，在动物模型及癫痫患者中均可发现T型钙离子通道基因CACNA1G、CACNA1H的变异，钙离子通道的改变促使丘脑皮质及边缘系统的钙电流增加，使神经细胞兴奋性改变，增加癫痫易感性。在人群中T型钙离子通道基因变异的研究还很局限，新发现的突变位点不多，而且还需在不同的人群中大样本验证，有些“阴性”位点在其它人群中可能为“阳性”位点。特发性癫痫是一种多基因遗传病[28]，目前研究主要集中在点突变。为阐明钙离子通道在癫痫中的发病机制，需要采用多种技术综合研究，如采用新一代测序技术，外显子测序、基因拷贝数变异（copy number variations，CNV），比较基因组杂交（comparative ge⁃nomic hybridization，CGH）以及表观遗传修饰等方法。

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