李曉莉，王澍，關宇光

離子通道的選擇性擴散是電解質平衡、細胞發(fā)育和興奮性必不可少的條件，鉀離子(K+)通道是離子通道家族中最大和結構最多樣化的一類，由超過80個人類基因編碼。K+通道通過選擇性控制細胞內外K+的流動，廣泛地調節(jié)細胞功能，是生物細胞跨膜轉運機制的關鍵因素。人類K+通道主要分為鈣激活K+通道、內整流K+通道、雙孔結構域K+通道(K2P)和電壓門控K+通道等。其中，K2P是近年來發(fā)現(xiàn)的一類新型K+通道家族[1]。

癲癇是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，由腦部神經(jīng)元高度同步化異常放電所致。K+通道可通過控制神經(jīng)元靜息電位、動作電位復極、放電頻率等調節(jié)神經(jīng)元興奮性，參與癲癇發(fā)作[2]。本文對K2P通道與癲癇的研究進展作一概述，以提高K2P通道在癲癇發(fā)病機制中作用的認識。

1 K2P的結構特征、類型和生理功能

與其他K+通道相比，K2P通道家族具有獨特的四個跨膜螺旋和兩個孔域的膜拓撲結構，并以二聚體的形式存在。人類基因組中共有15個K2P通道基因，根據(jù)結構和功能特性，分為6個亞群：弱內向整流K+通道(TWIK)、TWIK相關堿性pH激活性K+通道(TALK)、TWIK相關酸敏K+通道(TASK)、氟烷抑制性K+通道(THIK)、TWIK相關花生四烯酸刺激性K+通道(TRAAK)、TWIK相關K+通道(TREK)、TWIK相關脊髓K+通道(TRESK)[2-3]。

在生理條件下，大多數(shù)K2P通道作為開放的整流器，主要向胞外介導背景鉀電流或稱“漏電流”，使膜電位低于觸發(fā)閾值，并刺激神經(jīng)元復極[4]。從遺傳學角度看，K2P通道和癲癇之間似乎沒有關聯(lián)，然而對癲癇模型的研究[4]卻發(fā)現(xiàn)其可能參與了癲癇的發(fā)生，具體機制尚不清楚。目前相關研究主要集中在TREK和TASK兩個亞家族成員。因此，本綜述著重總結TREK和TASK亞家族成員與癲癇的相關報道。

2 TREK與癲癇

2.1 TREK亞家族成員 TREK亞家族共有三個成員，包括TREK-1/K+通道亞家族K成員2(KCNK2)、TREK-2/KCNK10和TRAAK/KCNK4。自1996年被發(fā)現(xiàn)以來，TREK-1已成為迄今為止研究最多的K2P通道。活性TREK-1通道是TREK-1亞基以反向平行方式聚集的同型二聚體，相反的孔螺旋和相應孔環(huán)形成選擇性K+過濾器[5]。TREK-1還可與TREK-2和TRAAK通道形成功能性異源二聚體，可被細胞內酸化或堿化激活，并呈現(xiàn)出獨特的生物學特性。TREK亞家族成員的異質化導致了K2P通道的多樣化和多種調控功能。盡管三者之間有近80%的同源性，TREK-1的特異性阻滯劑spadin及其類似物對TREK-2和TRAAK均無影響。一些用于抗精神病藥物被證明是TREK-1通道的有效阻斷劑，但不影響TRAAK通道[6-8]。

2.2 TREK-1與癲癇 TREK-1高表達于人類、大鼠和小鼠CNS，尤其是皮質、海馬和丘腦突觸前后部位，而這些部位正是癲癇發(fā)生的敏感腦區(qū)[5]。在亞細胞水平，TREK-1分布于神經(jīng)元樹突[1]，并與海馬及皮質中GABA能中間神經(jīng)元共定位，可抑制錐體細胞活性，提示其可能參與控制癲癇發(fā)作[9]。此外，TREK-1還定位于CNS的星形膠質細胞胞體和軸突上，調控星形膠質細胞谷氨酸能神經(jīng)遞質的快速釋放[10]。作為靜息膜電位的關鍵介質，TREK-1可在全部生理電壓范圍內被激活，沒有電壓及時間依賴性，通過反去極化維持細胞靜息膜電位、促進膜電位超極化、直接調節(jié)細胞的興奮性，控制動作電位發(fā)放頻率；除此之外，TREK-1還有助于各種感覺轉導過程和代謝調節(jié)[11-13]。TREK-1受多種因素調控，如機械變化、溫度、pH變化等物理刺激，多不飽和脂肪酸(如花生四烯酸等)和磷脂(如磷脂酰肌醇)等化學物質[12]。

研究[9]發(fā)現(xiàn)，TREK-1敲除(TREK-1-/-)小鼠更易出現(xiàn)海人酸(KA，谷氨酸受體激動劑)和戊四氮(PTZ，GABA能受體拮抗劑)誘發(fā)的癲癇狀態(tài)，且癲癇嚴重程度評分、死亡率和平均最大發(fā)作強度均明顯增加，EEG也提示TREK-1-/-小鼠雙側棘波放電頻率和幅度顯著提高，海馬中c-FOS(神經(jīng)元興奮性標志)表達明顯增高，說明TREK-1-/-鼠對KA和PTZ所致癲癇具有高敏感性，而TREK-1具有降低神經(jīng)元興奮性的重要作用。此外，Harinath等[14]發(fā)現(xiàn)咖啡因和茶堿的致癇作用正是通過cAMP/PKA信號通路阻斷TREK-1通道，最終使細胞膜去極化。另外，多不飽和脂肪酸和磷脂如亞麻酸和溶血磷脂，不能降低KA誘導的TREK-1-/-小鼠癲癇發(fā)作[9]，說明多不飽和脂肪酸和磷脂至少部分上是通過激活TREK-1發(fā)揮神經(jīng)保護作用的。

TREK-1突變體-TREK-M(具有更強結構活性和抗蛋白激酶降解能力)可明顯縮短鋰和匹羅卡品誘導的大鼠癲癇持續(xù)狀態(tài)時間，還可減少內嗅皮質和海馬神經(jīng)元死亡，并通過使靜息膜電位超極化和降低輸入電阻抑制神經(jīng)元放電，說明TREK-M通過沉默超興奮神經(jīng)元抑制癲癇急性發(fā)作[15]。

由于開放TREK-1對癲癇發(fā)作具有神經(jīng)保護作用，因此阻斷該通道后可能產(chǎn)生有害作用。然而給予TREK-1拮抗劑spadin的小鼠并未出現(xiàn)KA或PTZ所致癲癇發(fā)作增強。更有趣的是，給予spadin的小鼠發(fā)生全身痙攣和后繼死亡的幾率降低[8,13]，其具體機制有待進一步探討。

2.3 TREK-2與癲癇 目前為止，有關TREK-2與癲癇的報道仍十分有限。研究[16-17]發(fā)現(xiàn)，去甲腎上腺素通過激活TREK-2通道使錐體細胞超極化，從而抑制內嗅皮質及其海馬投射區(qū)神經(jīng)元興奮性，提示TREK-2可能是單胺類藥物抗癲癇的分子基礎。

Haenisch等[18]發(fā)現(xiàn)電誘導顳葉癲癇持續(xù)狀態(tài)后，大鼠海馬中TREK-2表達明顯上升。由于缺乏TREK-2在癲癇機制中的研究，基于目前在腦缺血方面的研究結果，推測有可能是非編碼RNA所涉及的轉錄后機制在TREK-2調控中發(fā)揮重要作用，且癇性損傷后上調的TREK-2可能對星形細胞鉀和谷氨酸水平穩(wěn)態(tài)的維持發(fā)揮保護功能。實際上，癲癇發(fā)作后腦內花生四烯酸、細胞體積和pH值等的改變，均會引起TREK-2表達的變化，其具體作用仍有待更深入的研究。

2.4 TRAAK與癲癇 由于膜電位在細胞興奮性、神經(jīng)遞質釋放、激素分泌和電解液轉運等多種過程中發(fā)揮關鍵作用，所以當編碼K+通道的基因過度激活或突變失活，使K+流動異?；蚴軗p后，機體出現(xiàn)相關多種疾病類型，影響神經(jīng)傳導、CNS功能、心臟電生理、激素分泌和腎臟功能等。2018年，Bauer等[19]報道了3例KCNK4全新錯意突變導致患者出現(xiàn)一種獨特的神經(jīng)發(fā)育綜合征-FHEIG綜合征，主要表現(xiàn)為面部畸形、多毛癥、癲癇、智力障礙、發(fā)育遲緩、牙齦過度生長，且KCNK4突變患者臨床表型的特征是隨著年齡的增長顱面特征有顯著的進化，因此在與其他疾病的鑒別診斷中應考慮到這種情況。與其他K2P通道不同，KCNK4幾乎只在中樞和外周的神經(jīng)元及視網(wǎng)膜中表達[20]，因此KCNK4突變后造成的多方位影響是始料未及的。膜片鉗結果證實KCNK4通道突變體的功能顯著增加，K+通道持續(xù)性開放，基礎K+電流明顯增加，去極化電流顯著加大，導致細胞內K+枯竭和間質K+濃度增加，同時造成鄰近細胞去極化，對機械刺激和花生四烯酸的敏感性受損，從而出現(xiàn)一系列嚴重后果[19]。有趣的是，KCNK4-/-小鼠未表現(xiàn)出明顯的發(fā)育異常和對癲癇敏感性的增加，且無認知、觸覺、視覺和聽覺方面的缺陷，推測KCNK4功能可能由K2P家族的其他成員所代償，或其相關性僅限于像腦缺血這樣的病理生理狀況[9,21]。Bauer等[19]認為持續(xù)高水平的K+胞外電流導致顯著去極化電位是負責FHEIG綜合征的臨床特征和癥狀出現(xiàn)的原因。

3 TASK與癲癇

3.1 TASK通道的分布和作用 TWIK相關酸敏K+通道可能是大腦中表達最強的“漏”通道，尤以TASK-1和TASK-3最豐富，幾乎存在于整個CNS[22]。在人類正常海馬錐體神經(jīng)元和齒狀回顆粒細胞均有TASK-1、TASK-2與TASK-3表達。在亞細胞水平，TASK-1表達在人類海馬錐體神經(jīng)元和齒狀回顆粒細胞的樹突和核周圍；而TASK-3定位于錐體細胞和顆粒細胞的細胞核而非樹突中。TASK-1和TASK-3還表達在海馬非錐體層和齒狀回多形層的中間神經(jīng)元中。在大鼠海馬中，不同腦區(qū)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞中TASK通道的表達存在差異：TASK-1表達在錐體細胞、中間神經(jīng)元和星形膠質細胞，TASK3只表達在神經(jīng)元中[23]。TASK2在海馬錐體細胞、齒狀回顆粒細胞和血管周圍星形膠質細胞中均有表達[16,22,24]。

TASK通道可被細胞外酸化、缺氧、局部麻醉藥和內源性大麻素等抑制，可被吸入麻醉藥激活，中間神經(jīng)元上TASK-1的超極化效應可能抑制錐體細胞內在的起搏和激活，同時還會影響一些特定類型細胞對酸化的特異敏感性[22]，因此推測TASK可能參與細胞增殖、缺血和癲癇等多個生理及病理過程。某些類型的額葉癲癇、全面性癲癇和嬰兒癲癇綜合征與編碼離子通道蛋白亞基的基因突變、異常突觸傳遞、跨膜K+梯度的調節(jié)和細胞外pH值的活動-依賴轉換有關[16]。有趣的是，pH值在癲癇發(fā)作機制中發(fā)揮重要作用，而且決定著癲癇海馬的病理生理特點，如癲癇發(fā)作導致雙相pH值轉換，包括最初的細胞外堿化及隨后酸化延遲，而一些抗癲癇藥物也會導致神經(jīng)元pH值的波動。由于TASK通道受到pH值的高度調控，目前其在癲癇發(fā)作中的作用正逐漸受到重視。

3.2 TASK-1與癲癇 研究[23]發(fā)現(xiàn)，海馬硬化的顳葉癲癇患者因神經(jīng)元丟失導致海馬錐體神經(jīng)元和齒狀回顆粒細胞TASK-1減少，然而非海馬硬化的顳葉癲癇患者盡管海馬錐體細胞和齒狀回顆粒細胞的形態(tài)正常，但TASK-1表達仍明顯降低，而星形膠質細胞TASK-1表達顯著增高。

Kim等[24]發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)典遺傳性癲癇沙鼠模型中，TASK-1不僅在海馬神經(jīng)元表達，還在星形膠質細胞中表達，齒狀回中也可見少量TASK1陽性星形膠質細胞。在幼齡期，癲癇抵抗和癲癇易感沙鼠海馬中TASK-1和TASK-2通道表達無差異；但成年后癲癇易感沙鼠TASK-1陽性星形膠質細胞明顯高于癲癇抵抗組；當癲癇發(fā)作后，TASK-1陽性星形膠質細胞數(shù)量明顯下降。癲癇易感沙鼠星形膠質細胞中TASK-1的上調可能通過增加K+向外整流導致細胞外K+水平升高，增加了細胞興奮性；癲癇發(fā)作后，星形膠質細胞中TASK-1的快速下調是快速適應過程的一部分，通過減少星形膠質細胞K+外流而抑制癲癇活動。

值得注意的是，一些抗癲癇藥物如加巴噴丁、拉莫三嗪、托吡酯和丙戊酸均可減少海馬中10%～25%的TASK-1陽性星形膠質細胞，卡馬西平和維加巴特林可減少約50%TASK-1陽性星形膠質細胞的數(shù)量；而TASK-1陽性神經(jīng)元數(shù)量不受任何抗癲癇藥物的影響；研究[25]亦發(fā)現(xiàn)在顳葉癲癇患者的海馬星形膠質細胞內向/外向的K+電導比率顯著降低。這些結果均提示星形膠質細胞TASK-1的下調可起到抗癲癇效應。

3.3 TASK-2與癲癇 TASK-2在海馬和齒狀回各層結構中均有表達，是一種非失活性通道。TASK-2電流對細胞外pH高度敏感(通過TASK-2的K+電流被酸性pH抑制，被堿性pH激活，估計pKa為7.6～8.6)[26]。

Kim等[26]報道大鼠顳葉癲癇與海馬和齒狀回中TASK-2表達增加有關。癲癇持續(xù)狀態(tài)后，齒狀回顆粒細胞層、CA3錐體細胞層及血管周圍區(qū)域的TASK-2免疫反應性增強，而CA1錐體細胞層的TASK-2免疫反應性減弱，說明癲癇后TASK-2在腦區(qū)中的定位并不均勻，pH波動與神經(jīng)元活性的差異可能是導致區(qū)域性差異的原因。TASK-2陽性神經(jīng)元增加可能反映了一種快速的適應，從而導致癲癇活動減弱，以應對早期癲癇相關的堿化；血管周圍TASK-2免疫反應性增強由該處TASK-2陽性星形膠質細胞增加引起，這種上調可能導致血流量異常和/或血-腦屏障異常，從而導致海馬損傷[16,24,26]。

3.4 TASK-3與癲癇 TASK-3通道參與多種病理生理過程，包括睡眠/清醒控制、認知和癲癇[27]。TASK-3通道編碼基因KCNK9位于8號染色體8q24位點。最近對不同家系的相關研究[28]證實，染色體8q24與特發(fā)性全面癲癇(包括兒童和青少年失神癲癇)和家族性成人肌陣攣性癲癇相關。

Bonaglia等[29]對1例嚴重精神運動遲緩、特發(fā)性癲癇和生長遲緩患兒的核型分析發(fā)現(xiàn)，其8q24.3染色體位點出現(xiàn)2.3 Mb的反向重復。TASK-3通道在遺傳性失神癲癇大鼠模型(GAERS)中發(fā)生了突變-C端胞內結構域中的聚丙氨酸道出現(xiàn)一個額外丙氨酸殘基。雖然突變體TASK-3通道在丘腦和皮質區(qū)表達水平未出現(xiàn)明顯異常，但這種沉默突變仍被認為是導致該模型多基因起源表型的潛在因素[27]。

TASK-3在海馬硬化和非海馬硬化顳葉癲癇患者的錐體細胞和顆粒細胞中降低；而大鼠癲癇發(fā)作1 d后，TASK-3免疫反應在海馬神經(jīng)元中減少，在小膠質細胞中上調，提示這可能是癲癇發(fā)作的結果，而非導致癲癇的原因。顆粒細胞和錐體細胞中TASK-3免疫反應的下降可能使神經(jīng)元發(fā)生持久去極化(可能發(fā)生在細胞外堿化期間)，導致癲癇長時間發(fā)作[23]。Brickley等[30]報道敲除TASK-3而非TASK-1，可降低小腦顆粒細胞動作電位閾值，導致靜息膜電位去極化增強，細胞的興奮性增加。因此，TASK-3減少可降低動作電位閾值，導致顳葉癲癇患者海馬神經(jīng)元的興奮性延長。雖然癲癇發(fā)生后小膠質細胞中TASK-3表達上調的確切生物學意義及調控機制還不完全清楚，但目前已知TASK上調在小膠質細胞的轉化/分化中發(fā)揮重要作用[23]。因此，星形膠質細胞和小膠質細胞上TASK通道可能是癲癇治療的潛在靶點。

內嗅皮質接收來自中縫核的5-羥色胺(5-HT)能輸入，抑制神經(jīng)元興奮性。在內嗅皮質GABA能中間神經(jīng)元中，5-HT通過抑制TASK3通道和增加動作電位點燃產(chǎn)生膜去極化作用，增加中間神經(jīng)元興奮性，因此GABA釋放增加、錐體細胞活性下降，抑制癲癇發(fā)作，提示5-HT介導的GABA釋放增加和神經(jīng)元興奮性抑制是其在內嗅皮質中發(fā)揮抗癲癇作用的原因[31]。

綜上，TASK通道具有抗癲癇和促癲癇的雙重潛能，而通道本身既無保護作用，也無損害作用，其相關作用的發(fā)揮取決于病理生理情況下表達的細胞類型和環(huán)境。基于這些發(fā)現(xiàn)，對TASK通道的認識已從單純的背景通道發(fā)展成為病理生理條件下的關鍵調節(jié)因子[16]。

4 總結與展望

在過去十幾年里，K2P通道的重要性已越來越清晰。除癲癇外，它們已成為心血管疾病、抑郁癥、記憶障礙及各種疼痛障礙和偏頭痛的重要潛在治療靶點。然而，雖然其生理作用的相關研究正快速發(fā)展，但目前對K2P通道門控和調控的結構基礎和分子機制仍然知之甚少，特別是在癲癇領域，仍有多種K2P家族成員的作用未得到證實。因此，未來需要進行更深入、更詳細的探討，為理解疾病機制、篩選和開發(fā)新型藥物提供更多證據(jù)。