癫痫是一种常见的慢性神经系统疾病^[1]。尽管各类新型抗癫痫药(antiepileptic drugs, AEDs)不断研发，仍有20%~30%患者经过长期规范的、多药联合治疗，发作仍不能有效控制，成为难治性癫痫。其中颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy, TLE)是成人难治性癫痫中最常见的类型，约占所有癫痫类型30%，常合并抑郁、认知功能下降等症状严重影响患者的生活质量^[2]。目前认为，在高热惊厥、脑外伤或各种因素所致癫痫持续状态(epileptic status, SE)等初始损伤后，神经细胞重塑，神经环路改变，可能是癫痫发生发展的基础^[3]。初始损伤所致的基因表达、生长因子、相关的炎症蛋白和神经肽等的改变，可能与导致癫痫发生发展的分子和细胞机制有关。组蛋白的表观遗传调控在其中发挥重要作用。

1 组蛋白修饰

组蛋白修饰是表观遗传调控的重要形式之一。每个核心组蛋白由一个球形结构域和暴露在核小体表面的N端尾区组成，其中N端氨基末端会发生多种共价修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化和ADP核糖基化等修饰的过程。其中组蛋白乙酰化、甲基化研究较为深入。

组蛋白乙酰化多发生在核心组蛋白N-端碱性氨基酸集中区的特定赖氨酸残基，将乙酰辅酶A的乙酰基转移到赖氨酸的sNH3⁺中和掉1个正电荷。组蛋白乙酰化和去乙酰化是一组可逆的蛋白质共价修饰形式，通过改变染色质结构，在基因转录和DNA复制等方面起着重要作用。组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰化转移酶(histone acetyltransferase, HAT)催化，使染色质结构松解，有利于转录的进行。HAT可以通过乙酰化染色质的大片段(如编码和非启动子区)及特定基因启动子的核心组蛋白，影响整个基因表达。组蛋白乙酰化在维持突触及记忆功能中起关键作用，其功能失调与神经系统疾病密切相关，如Rubinstein-Taybi综合征^[4]和Huntington舞蹈病^[5]等。去乙酰化则由组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)催化，HDAC从核心组蛋白上移除乙酰基团，抑制基因转录。HDAC还可以从其它蛋白(如转录因子)移除乙酰基团，改变细胞功能。HDAC并不直接结合DNA，而是作为多蛋白复合物的一部分，识别靶基因相关的转录激活物和抑制物等其他因子发挥作用。在细胞核内，组蛋白乙酰化与去乙酰化处于动态平衡，由HAT和HDAC共同调控。HDAC主要分为4个类别，Ⅰ类：HDAC1~3、8，又称yRPD3-like，与yRPD3有60%的同源序列；Ⅱ类：HDAC4~7、9、10，与酵母的HDA1同源；Ⅲ类：SIRT1~7，与酵母的sir2同源，又称sirtuin；Ⅳ类：HDAC11^[6]。

组蛋白甲基化常发生在H3和H4组蛋白N端赖氨酸或精氨酸残基上。由组蛋白甲基化转移酶(histonemethyl transferase, HMT)完成。HMT分为赖氨酸甲基转移酶、组蛋白精氨酸甲基转移酶2个家族。组蛋白去甲基化酶可以催化组蛋白中赖氨酸和精氨酸单、双甲基化的去甲基化。组蛋白去甲基化酶主要有LSD1和JmjC家族去甲基化酶两类。组蛋白的甲基化有抑制和激活双重效应。这些效应是由组蛋白甲基化的特定模式识别和结合核小体的蛋白质共同产生的，并进一步修饰染色质或直接影响转录。

2 癫痫中的组蛋白乙酰化修饰

癫痫发作可导致癫痫相关基因的乙酰化修饰。在匹鲁卡品(pilocarpine, Pilo)诱导的癫痫大鼠模型中发现，大鼠海马脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)上游启动子P2组蛋白高度乙酰化，并与BDNF mRNA表达上调有关，可能促进癫痫的发生发展^[7]。急性电惊厥模型中也发现，BDNF表达的上调与BDNF的P2启动子H4乙酰化水平的增加有关^[8]。癫痫发作促进谷氨酸受体2(glutamate receptor 2, GluR2)AMPA受体亚基启动子区的组蛋白H4分子去乙酰化，导致GluR2表达减少、AMPA受体Ca⁺通透性增加、神经细胞持续去极化^{[7, 9]}。HDAC抑制剂(HDI)曲古抑菌素A(Trichostatin A, TSA)可逆转启动子区组蛋白去乙酰化，阻止GluR2水平降低^[7]。HAT蛋白——转录共激活因子p300和环腺苷磷酸反应元件结合蛋白结合蛋白(CBP)，其与p300/ CBP相关因子(PCAF)相互作用。有报道发现大鼠SE促进了H4高度乙酰化，增加CBP的表达。KA模型中发现SE促进c-fos、c-jun基因H4乙酰化水平增加，增加c-fos、c-jun表达。姜黄素——CBP/p300特异性的HAT抑制剂，能抑制癫痫大鼠H4乙酰化和c-fos、c-jun的表达，改善SE的严重程度^{[10, 11]}。

除上述兴奋性因素外，抑制性γ-氨基丁酸(GABA)在癫痫的发病中发挥重要作用，GABA能神经元的乙酰化修饰与癫痫密切相关^[12-14]。GABA由谷氨酸脱羧酶(GAD)合成，研究发现TLE患者和Pilo诱导癫痫模型GAD蛋白和mRNA水平的抑制，海马GAD67/GAD65(+)神经元H3低乙酰化。第二代HDI(JNJ-26481585)能逆转这一现象，并诱导GABA能神经元GAD67/GAD65 mRNA水平增加，缓解癫痫发作^[15]。

临床研究发现TLE患者的颞叶HDAC2表达显著增高^[16]。Pilo诱导的大鼠模型中也发现海马区HDAC2表达在急性及慢性期均增高，并在1 d、60 d时最高，呈U型增高曲线^[16]。Jagirdar等^[17]的研究却发现，KA注射后2~6 h海马颗粒细胞和锥体细胞层HDAC 1、2和11表达明显下降(达75%)，12~ 48 h海马所有主要细胞层的所有Ⅰ类HDAC mRNA表达增加。慢性期(14 d、28 d)HDAC1、2 mRNA表达仅在颗粒细胞和锥体细胞轻微增加。Pilo模型中也得到了相似的结果，但在28 d时HDAC 2、3、8表达减少^[13]，与Huang等^[16]的结果并不一致。HDAC5、HDAC9 mRNA在KA模型的海马CA1、CA3区表达增加，并与慢性期(14~28 d)海马颗粒细胞分散区域相吻合，提示其在癫痫发生、颗粒细胞分散中的作用^[17]。在电惊厥模型中也发现大鼠额叶皮质HDAC2 mRNA表达及蛋白水平的上调，且HDAC靶基因(NMDA受体信号通路相关基因，如erg1、Nr2a、Nr2b等基因mRNA)表达下降，H3、H4组蛋白水平下降，HDI则可逆转该现象^[18]。HDAC2是重要的认知功能负向调节剂，抑制突触可塑性和记忆形成相关基因(erg1、creb1、BNDF、NMDA受体亚单位、grin1、grin2a、grin2b和c-fos)的表达^[19]，提示HDAC2对癫痫相关认知障碍的调控作用。

3 癫痫中的组蛋白甲基化修饰

组蛋白甲基化在癫痫发挥潜在作用。JARID1C(也称SMCX或KDM5C)是一种组蛋白去甲基化酶，与癫痫及X连锁智力迟钝密切相关^{[20, 21]}。KDM5C通过调节限制性沉默因子(neuron-restrictive silencing factor, NRSF; 或称repressor element 1-silencing transcription factor, REST)和共阻遏因子(CoREST、HDAC1和-2、G9A)的相互作用，从而发挥表观调控和基因沉默作用。值得注意的是，KDM5C促进靶基因，如BDNF和钠通道2A型(SCN2A)的REST依赖的抑制作用^[22]。KDM5C的失活突变导致神经基因(如BDNF和SCN2A)REST依赖沉默的受损，加剧癫痫发作并导致X-连锁智力低下。

中枢神经系统组蛋白甲基化机制在突触可塑性和记忆形成中发挥重要作用，组蛋白甲基化缺陷动物模型，可塑性基因下调，前脑兴奋性神经元记忆功能缺失，长期巩固情境记忆缺陷^[23-25]。组蛋白甲基化在癫痫发病机制及认知障碍等共患病的作用有待进一步研究。

4 AEDs的组蛋白调控机制

HDI主要的临床前研究集中在短链脂肪酸、丙戊酸(valproic acid, VPA)、异羟肟酸(如TSA和saberoylanilidehydroxamic acid, SAHA)、环形四肽和苯甲酰胺类。癫痫动物模型中证实SAHA和TSA促进神经元存活^{[7, 26]}。SAHA增加癫痫相关GABAA受体蛋白稳态^[27]，通过组蛋白乙酰化调节抑制KA发作诱导的TLR4/MYD88信号传导并抑制TLR4基因表达，该通路在激活小胶质细胞和触发神经元凋亡中起关键作用，提示SAHA可以防止癫痫发作的脑损伤^[28]。

VPA临床用于控制癫痫发作已数十年。既往认为其通过增加GABA合成、减少GABA降解，降低神经元兴奋性，抑制癫痫发作。VPA现已被证明是有效的Ⅰ型HDI^{[29, 30]}，直接抑制HDAC。VPA通过增加组蛋白乙酰化，诱导成年海马神经前体细胞分化，抑制星形胶质细胞和少突胶质细胞分化。此外，VPA上调神经源性转录因子NeuroD基因表达，促进神经元分化、抑制胶质细胞分化^[31]。而在新生小鼠中，VPA抑制神经干细胞活性，抑制神经发生^[32]。在癫痫模型中，VPA被证明能通过调节NRSF基因及其靶基因GluR2、BDNF和synapsin I等表达，抑制癫痫发作介导的神经发生。癫痫发作会促进齿状回神经祖细胞的增殖，与长期的认知功能障碍有关。而VPA可以通过抑制组蛋白去乙酰化阻断这一异常的神经祖细胞发生过程，改善认知障碍的作用^[33]。长期VPA治疗的癫痫患者及健康对照组外周血单个核细胞组蛋白H3乙酰化显著增加，DNA甲基化水平降低，并与VPA血药浓度相关^[34]。以上研究均提示HDI在癫痫发生的可能机制，可能成为防治如异常神经发生、认知缺陷等癫痫共病全新的治疗靶点。

另一方面，VPA能上调正常大鼠皮质细胞BDNF外显子I-IX mRNA和GABAAα4亚基受体的表达，下调GABAARγ2、GAD65、GAD67和K⁺/Cl^-共转运体KCC2等负责GABA能抑制性神经元发育的基因表达，直接通过HDAC作用，使上调基因启动子组蛋白H3和H4乙酰化水平增加，破坏兴奋性和抑制神经元平衡^[35]，这可能参与了AEDs的致痫机制。最近研究也提示，VPA可能通过调控非典型的钙蛋白酶依赖性神经细胞凋亡级联，诱导凋亡相关组蛋白H2AX的磷酸化，发挥神经毒性作用^[36]。此外，VPA和其它广谱HDI可引起DNA全面去甲基化^[37]，导致细胞死亡。在新发癫痫的患者中给予3个月VPA治疗后，全基因组测序发现心血管、血液系统的发育及功能的基因改变^[38]。这就要求未来开发特异性更高的HDI以降低其神经毒性。

在育龄期女性，VPA宫内暴露后的副作用值得关注，如先天性畸形、智力和注意力降低。Semmler等^[39]的研究提示VPA暴露与新生儿脑组织中组蛋白乙酰化、全身DNA甲基化的变化无关，可能与CA1/2和CA3区域以及叶酸代谢中海马细胞数的变化有关，其机制尚待进一步研究。

5 总结与展望

癫痫是一种复杂的疾病，可能受到遗传、环境等多方面因素作用。过去的研究集中在癫痫的致病基因上，但目前仍有许多癫痫类型及癫痫综合征难以锁定特异性基因，且AEDs的治疗效果个体化差异较大。组蛋白修饰调控基因转录，调控癫痫及认知等共患病过程，这将是癫痫机制及药物治疗的全新研究方向。