丙戊酸钠的药理学.doc

CNS Drugs 2002; 16(10):669-694Basic Pharmacology of Valproate A review After 35 Years of Clinical Use of the Treatment of EpilepsyWolfgang Loscher丙戊酸基础药理学丙戊酸35年来治疗癫痫的临床应用回顾内容摘要1 历史背景2 临床应用总结3 癫痫和痫样发作4 癫痫动物模型5 对癫痫和痫样发作实验模型的治疗效果5.1 早期效应与延迟效应的对比5.2 抗致痫性效应和神经保护作用5.3 致痫性作用5.4 其它药效学作用5.5 药物代谢动力学和药效学作用6 对体内和体外标本痫样放电的影响7 作用机制7.1 兴奋或者抑制作用7.2 对离子通道的作用7.2.1 对钠离子通道的作用7.2.2 对钾离子通道的作用7.2.3 对钙离子通道的作用7.3生物化学作用 7.3.1 对-氨基丁酸（GABA）系统的作用。7.3.2 对-羟丁酸、谷氨酸和天门冬氨酸的作用7.3.3 对5-羟色胺和多巴胺的作用7.3.4 其它生物学效应8 早期效应和延迟效应的可能机制9 结论摘要自从35年前丙戊酸作为一种抗癫痫药物首次在法国上市以来，它的使用逐渐遍布全世界，成为治疗成人和儿童全面和部分发作性癫痫最常用的抗癫痫药物之一。利用各种体外和体内模型，包括多种癫痫和癫痫发作动物模型进行的临床前期实验，证实了丙戊酸作为有效的抗癫痫药物临床应用范围十分广泛。单纯应用某一种药理机制并不能将丙戊酸对神经组织产生的多种作用效果完全解释清楚，而且丙戊酸治疗癫痫时表现的广泛抗癫痫活性以及对其它脑病的疗效，也不是应用简单机制就可以阐述明白的。由于导致各种类型癫痫发作的分子学和细胞学机制不同，所以将单个药物分子产生的多种神经化学和神经生理学机制共同分析，可能会对丙戊酸为什么具有广泛抗癫痫作用做出解释。而且，丙戊酸通过作用于不同区域靶器官，在多个途径中起到抗癫痫作用，因为这些靶器官与癫痫异常放电的发生和播散有关。目前多个研究证实丙戊酸可以促进GABA传导，因此增强了特定脑区GABA能抑制性神经递质的功能，而这些脑区参与了控制癫痫异常放电以及异常放电播散。而且，丙戊酸对谷氨酸受体亚型NMDA受体介导的神经元兴奋性的影响，也与它的抗癫痫疗效密切相关。通过多种机制改变抑制和兴奋之间的平衡显然是丙戊酸的优势，这同时也可能是它的广谱临床疗效的基础。尽管增强抑制性神经递质GABA活性和降低兴奋性神经递质谷氨酸/NMDA活性可以解释为什么丙戊酸会对部分性和全面痉挛性癫痫发作有治疗作用，但并不能解释它对那些无痉挛癫痫发作例如失神发作中的治疗作用。从这个角度出发，研究报导的丙戊酸降低-羟丁酸（GHB）释放可能会对此（丙戊酸治疗失神发作）作出解释，因为以往研究已经证实-羟丁酸可以对失神发作的调节起到十分关键的作用。虽然以往的观点认为阻滞电压依从性钠离子电流是丙戊酸产生抗癫痫作用的重要机制，但是在临床应用相应浓度下，丙戊酸此种效应（阻滞电压依从性钠离子电流）在抗癫痫疗效中的确切作用目前尚未清晰。本文将多个实验观察到的结果进行了总结，虽然针对丙戊酸各种作用机制的研究处于不同水平，而且许多机制仍然在实验阶段，但大多数丙戊酸的临床作用都可以获得解释。随着神经分子生物学和神经科学的迅速发展，未来的研究必定会使我们对丙戊酸的作用机制有更多的了解。作为主要的和成型的一线抗癫痫药物，丙戊酸是应用最广泛的抗癫痫药物之一，人们用它来治疗各种不同类型的癫痫发作1，2。丙戊酸是2-n-丙戊酸（也称为n-二丙基乙酸）的俗名。作为简单的支链脂肪酸，丙戊酸与其它临床应用的抗癫痫药物的结构明显不同。1. 历史背景丙戊酸在1882年由Burton首次合成，但是直到1962年Pierre Eymard 在G. Carraz实验室中偶然发现它有抗癫痫作用之前，并未有丙戊酸应用于临床的记载，正如Meunier等人所报导的那样。4在当时，丙戊酸作为一种赋型剂，在检测新化合物的抗痉挛活性时，溶解待测化合物的活性成分5。人们发现无论应用何种药物以及应用药物的剂量无论有多大，实验都得到了阳性结果，这就使人们想到了去检测丙戊酸本身的作用，检测结果证实丙戊酸可以有效的控制药物诱导的癫痫发作。Carraz等人在1964年首次对丙戊酸钠盐的临床实验作了报导6，随后于1967年，丙戊酸钠在法国首先上市。2临床应用总结丙戊酸作为抗癫痫药物已经应用了近35年，目前它已在全世界100多个国家上市。自从丙戊酸被引入临床以来，作为主要的抗癫痫药物，因其具有多种活性，用于治疗多种不同类型的癫痫发作，疗效逐渐得到全世界的公认。临床对照试验证实丙戊酸治疗失神发作的疗效与乙琥胺相似，治疗强直痉挛发作和部分性癫痫发作的疗效与卡马西平、苯妥英和苯巴比妥（鲁米那）相似7-11。而且在疗效和耐受性方面14，丙戊酸还可以与新抗癫痫药物如氨已烯酸12和奥卡西平13相媲美。大量临床试验结果显示, 在所有治疗儿童和成人癫痫的抗癫痫药物中，丙戊酸可能是抗癫痫活性范围最广的。15,16除了治疗部分性和全面性癫痫发作外，研究证实，丙戊酸还能有效控制非常难治的癫痫综合征，例如Lennox-Gastaut综合征17,18和West综合征19。正因为如此，在治疗症状难控制的复杂类型癫痫发作患者方面，丙戊酸有十分突出的优势。14此外，由于丙戊酸的抗癫痫活性范围广，不同于许多其它类型的抗癫痫药物，因此任何类型的痫样发作和癫痫都在丙戊酸的治疗范围内（都是其适应症）。大多数患者应用丙戊酸后，耐受性良好。20即使出现了不良反应，大多数不良反应都是轻度至中度的，而且过敏反应很少见。一个以其它广泛应用抗癫痫药物为对照的研究显示，与苯妥英、苯巴比妥和扑痫酮相比，丙戊酸可较少引起神经系统不良反应和皮疹；同时，丙戊酸的耐受性和安全性与卡马西平相似。20丙戊酸应用最主要的问题是致畸性和特质的肝脏毒性。在致畸性方面，有一些为计划怀孕妇女提供的建议，例如应用最低有效剂量单药治疗，这些建议降低了致畸性危险，所以如果采用这些建议，丙戊酸引起先天畸形的几率并不比其它抗癫痫药物大。20在特质的肝脏毒性方面，找出高危患者，例如小于两岁的严重癫痫患者和接受多种药物治疗的精神发育迟滞的患者，可以明显降低此种不良反应的发生率。20本文对丙戊酸的主要药理学作用，也就是与其特定抗癫痫活性密切相关的作用，进行了总结。至于其它更多有关丙戊酸作用的说明，包括丙戊酸不良反应和药物代谢动力学方面的相关信息，已经在先前的综述和药物手册中列出。1,2,15,21,22此外，Perucca的综述23中谈到丙戊酸临床应用的主要特点、其优点和局限性，以及它们与药理学发现的相关性，也在本文的中枢神经系统药物的关于此方面问题的部分中列出。3癫痫和痫样发作癫痫，作为一种常见的神经系统疾病，以反复发生的自发癫痫发作为特征，是影响全世界1-2人口的主要健康问题24。除了对癫痫和痫样发作发病机制的研究有一些进展之外，25人类癫痫症的细胞学机制目前仍然不完全清晰。在不完全了解特定病因的前提下，采用何种药物治疗癫痫，必须以症状被控制住（例如，抑制痫样发作）为基本原则。长期给予抗癫痫药物是治疗癫痫的首选方法。抗癫痫药物的选择首先要以药物对某种特定类型癫痫的有效性为基础，癫痫类型参照癫痫发作的国际分类26。在国际分类中，两种主要的癫痫类型为全面性发作和部分性发作，按照癫痫发作是否局限于大脑半球的某一部位区分这两种发作：发作限于大脑半球某一部位（多数为颞叶）为部分性发作，发作对称发生于双侧大脑半球而不是局部发作为全面性发作。而且根据发作类型、病因、发病年龄和脑电图不同特点，可以将癫痫发作的此种分类、各种癫痫类型或者癫痫综合症鉴别开来。24目前，人们已经认识了40多种癫痫综合征，这也使癫痫成为一种多变的疾病。局限癫痫大约占所有癫痫发作类型的60，而全面性癫痫大约占所有癫痫类型的40。24癫痫和癫痫综合征可以是原发的（存在可能的遗传学基础）、症状性的（例如：继发于已知的脑部疾病）或者隐源性的（不知道病因）。已知潜在病因的癫痫占所有癫痫发作的三分之一，这些病因包括脑肿瘤、中枢神经系统感染、头部外伤、发育畸形、围产期损伤、脑血管疾病、高热惊厥和癫痫持续状态。274癫痫动物模型在癫痫研究中，根据研究者目的不同癫痫和痫样发作动物模型发挥了至关重要的作用。28首先，它们被用于抗癫痫新药的研究中。第二，如果一种新化合物被检测出存在抗痉挛活性，那么人们就会应用动物模型来评估这种化合物在治疗不同癫痫和痫样发作方面，可能会出现的特殊疗效。第三，动物模型被用来评估一种新化合物在长期给药中的临床前期疗效。这种长期研究可以提供多种不同用途，例如明确药物疗效是否会在长期应用中发生改变（例如耐受性增加），或者检测药物是否存在抗致痫性效果（也就是说它是一种真正的抗癫痫药物）。第四，动物模型被用于明确老的和新的抗癫痫药物的作用机制。第五，特定的动物模型被用来研究癫痫患者对抗癫痫药物的抗药机制。第六，考虑到长期脑功能紊乱，例如癫痫发作，可能会引起对药物不良反应的敏感性改变，应用癫痫动物来研究致痫因素是否能改变所用药物的潜在不良反应。最后，癫痫动物模型被用来研究癫痫和痫样发作的病理生理学机制（与癫痫发病机制和隐源性癫痫相关的病理生理过程）。在抗癫痫新药的研究中最常用的动物模型是最大电休克诱导的癫痫发作（MES）实验和戊四唑（PTZ）诱导的癫痫发作实验。28一般认为通过双侧角膜或经耳电刺激诱导产生强直性下肢癫痫发作的最大电休克（MES）试验，可以预测药物对全面强直痉挛发作的抗痉挛效力。与之不同的是，通过全身给予（通常应用皮下注射）致癫痫剂量戊四唑（PTZ）诱导全面性肌痉挛和痉挛性癫痫发作的PTZ实验，通常被看作是代表人类全面失神发作和/或肌痉挛发作的有效动物模型，但是它对疗效的预测能力还不够理想。因此正如表I所示，虽然拉莫三嗪在戊四唑（PTZ）实验中未表现出疗效，但它对患有失神发作和肌阵挛癫痫的患者有保护作用。氨已烯酸和替加宾在戊四唑（PTZ）实验中是有效的，但是并不能治疗患者的失神发作或者肌阵挛发作癫痫。应用具有与人类失神发作相似行为学和脑电图特征的遗传动物模型例如嗜睡鼠模型，可以比戊四唑（PTZ）实验更能预示抗癫痫药物治疗失神发作，这种非痉挛性癫痫发作的疗效。28除了原来广泛应用的癫痫发作动物模型外，激发（kindling）动物模型被广泛用作部分性（局部）癫痫发作的动物模型。激发（kindling）动物模型可以正确预示治疗部分发作性癫痫的所有常用抗癫痫药物的临床疗效。5丙戊酸对癫痫和痫样发作的实验模型的疗效丙戊酸在所有癫痫发作动物模型中，都表现出了抗痉挛疗效，包括各种类型全面性发作和局部性癫痫发作的动物模型。2表I列出了丙戊酸与其它抗癫痫药物相比，在治疗最大电休克（MES）、戊四唑（PTZ）和激发（kindling）动物模型，以及临床癫痫发作方面的疗效。通过这种对比可以看出，与丙戊酸具有相同广活性范围的唯一其它抗癫痫药物为苯二氮卓类药物。但是由于苯二氮卓类药物在长期应用中疗效丧失，所以苯二氮卓类药物作为抗癫痫药物的应用受到了限制。丙戊酸并不存在这种疗效丧失，而是会在长期应用中疗效增强（见下）。表1列出了各种临床应用的抗癫痫药物，在MES（最大电休克诱导的癫痫发作实验）、戊四唑（PTZ）（戊四唑诱导的癫痫发作实验）和激发（kindling）动物模型中，以及临床癫痫发作方面，治疗各种类型癫痫发作的疗效29,30药物 实验动物模型中表现出的抗痉挛活性 临床疗效 MES实验 戊四唑（PTZ）实验 杏仁核激发（kindling）实验 部分性发作 全面性发作 （小鼠或大鼠 （小鼠或大鼠 （鼠，部分性发作） 强直-痉挛 失神发作 肌阵挛强直发作） 痉挛发作）丙戊酸 卡马西平NENE NE苯妥英NENE NE苯巴比妥 NE（鲁米那） NE苯二氮卓a乙琥胺NENENE NE 拉莫三嗪NE Topiramate NE 奥卡西平? ? ?非氨酯 氨已烯酸NE ?NENE替加宾NENENE加巴潘丁 ? NENE左乙拉西坦NENE? ? ?唑尼沙胺? a 长期应用疗效丧失（耐受性增加）NE代表没有疗效；+代表存在疗效；代表数据不能重复；？代表未提供相关资料。在癫痫动物模型中，丙戊酸的抗痉挛活性强烈依赖应用动物种类、诱导癫痫发作方式、癫痫发作类型、给药方式，以及诱导癫痫和开始给药之间的时间间隔。由于丙戊酸能快速透过血脑屏障，且在大多数物种中具有极短的半衰期，所以在经胃肠外（例如腹膜内注射）给药后，极短的时间即可以达到最明显的效果（2至15分钟）。2因为受到药物剂型的影响，31口服给药的起效时间相对推迟。在大多数实验模型中，丙戊酸抗痉挛持续时间很短，所以癫痫发作持续时间长和反复发作的癫痫动物，需要应用高剂量的丙戊酸进行治疗。2通常来说丙戊酸的抗痉挛作用随着动物体积的增大而增加。在啮齿动物中，存在遗传易患癫痫倾向的种类，例如伴有自发尖波放电的沙鼠和大白鼠应用丙戊酸治疗后获得到了最大的抗痉挛效应，而应用丙戊酸治疗苯二氮卓类受体拮抗剂甲基-6,7-diurethoxy-4-乙基-咔啉-3-羧酸盐（DMCM）诱导的小白鼠癫痫发作，效果并不理想。2除了应用全面性和部分性发作的癫痫动物模型外，人们还应用癫痫持续状态动物模型来评估丙戊酸的效果。正如Honack和Loscher32应用小鼠全面强直痉挛发作（癫痫大发作）癫痫状态动物模型进行研究显示的那样，丙戊酸静脉注射的起效时间同苯二氮卓抑制强直痉挛发作的起效时间一样快，这是因为按照此种方法（静脉注射）给药后丙戊酸迅速透过血脑屏障的缘故。因为丙戊酸治疗各种类型癫痫时具有不同的抗癫痫作用机制，所以丙戊酸对此种动物模型（癫痫大发作持续状态动物模型）的效果，并不能推广于其它类型癫痫持续状态，因为并不是丙戊酸产生的所有细胞效应在给药后都迅速起效。多年积累的胃肠外应用丙戊酸治疗各种类型（例如：痉挛性或者非痉挛性）癫痫持续状态的临床经验也支持这一结论。235.1 早期效应和延迟效应虽然大多数针对丙戊酸抗痉挛活性进行的动物实验目的都是检测丙戊酸单次给药后短期的抗癫痫活性，但仍然有几个实验对长期给予丙戊酸的疗效进行了研究。在杏仁核激发（kindled）鼠治疗最初几天内，丙戊酸抗痉挛活性明显升高，而这种升高与脑内和血浆内药物和代谢物的浓度改变没有关系。33,34同样地，当利用定时静脉输入戊四唑（PTZ）检测丙戊酸的抗痉挛活性时也发现延长小鼠的丙戊酸治疗时间，虽然在癫痫每次发作阈值检测所测量出的血药浓度没有明显变化，但却可以使丙戊酸抗痉挛活性在给药第二天明显升高，并可以与一次给药的疗效相媲美。35丙戊酸的这种延迟效应与所应用的给药方案（每天一次、每天三次和持续输液）并不相关。长期应用后丙戊酸抗痉挛活性增强的这种现象在癫痫患者15身上也可以见到，因此当动物模型中丙戊酸单纯抗痉挛剂量或者血浆浓度达到长期接受丙戊酸治疗的癫痫患者的用药剂量和血药浓度时，应该想到这一点。换言之，单次给药后已经无效的用药剂量和血药浓度，在长期给药中，可以变为有效。丙戊酸早期（例如在初次给予有效剂量后立即出现效果）和延迟（在长期给药中出现的）抗痉挛效应的相关机制将在本文第八部分中阐述。关于此点值得重视的是丙戊酸的早期和延迟效应在体外标本中也被观察到。36,375.2 抗致痫性效应和神经保护作用除了利用癫痫和痫样发作动物模型进行的丙戊酸短期和长期抗痉挛活性相关研究外，激发（kindling）动物模型提供的资料显示丙戊酸可能具有抗致痫性效应。与此结论一致的是，丙戊酸可以防止红藻氨酸诱导的颞叶癫痫动物模型的癫痫发作，此大鼠模型利用致痉药红藻氨酸诱导癫痫持续状态，后自发出现反复的癫痫发作。39在此方面苯巴比妥是无效的。39丙戊酸是否能防止人类痉挛性癫痫持续状态后出现癫痫发作，目前尚未知晓，但是现有的研究表明丙戊酸不能预防严重脑外伤后的癫痫发作。40有趣的是丙戊酸不仅可以预防红藻氨酸诱导大鼠颞叶癫痫模型的癫痫发作，而且与单纯给予红藻氨酸的大鼠相比，接受丙戊酸治疗大鼠的脑组织损伤范围要小的多，这表明丙戊酸具有神经保护作用。39研究显示丙戊酸可以防止皮层神经元发生谷氨酸盐诱导的兴奋性毒性损伤、41人SY5Y成神经瘤细胞发生钾内流导致的细胞损伤和凋亡，42以及小脑颗粒细胞发生低钾诱导的凋亡，这些都支持丙戊酸具有保护效应。43丙戊酸可以使小鼠缺氧后存活时间延长一倍，此发现也证实了丙戊酸具有神经保护作用。44丙戊酸参与调节与细胞生存途径相关的多种细胞因子的功能，这些因子包括环磷腺苷（cAMP）、反应元件结合蛋白（CREB），脑源神经营养因子、bcl-2和有丝分裂原激活蛋白激酶（MAP），这些因子可能是丙戊酸具有神经保护作用和神经营养作用的基础。455.3 致痫性作用临床上存在一些互相矛盾的现象：某些抗癫痫药物可以通过药效学机制导致癫痫发作加重，即治疗癫痫药物有致痫作用。46当应用某种抗癫痫药物时，原本有效控制的癫痫发作加重，或者出现了新类型癫痫发作，都说明有致痫性作用发生。这种不可预知致痫性不良反应通常在开始应用非中毒剂量抗癫痫药物治疗不久后出现。即使在高的超治疗剂量下，丙戊酸也不会导致任何致痫性作用。2这点与其它抗癫痫药物不同，例如苯妥英、卡马西平和氨已烯酸，高剂量下的这些药物在动物模型体内都表现出致痫性活性，也可以加速和加重癫痫患者的癫痫发作。465.4 其它药效学作用除了抗痉挛活性外，通过动物实验发现丙戊酸还表现出其它药理学作用，包括抗焦虑作用、抑制攻击性、减少刺激行为、缓解肌张力障碍、止痛、镇静/催眠、免疫应激和抗高血压作用。2这些临床前期作用中有几个与丙戊酸治疗作用有关，而与癫痫发作本身无关。1,2,475.5 药物代谢动力学和药效学作用丙戊酸在脑内和血浆中的起效浓度主要依赖实验应用的动物模型。当应用一种丙戊酸敏感动物模型，例如应用通过向小鼠静脉注入戊四唑（PTZ）检测强直性癫痫发作阈值的模型时，给予有效剂量后检测到的脑组织内药物浓度与癫痫患者脑组织活检检测到的药物有效浓度相近，为40-200微摩尔/升（见表II）。2然而，需要注意的是丙戊酸的药物代谢动力学在啮齿动物和人类之间有明显的差别（啮齿动物对丙戊酸的清除比人类大约快10倍2），大鼠或者小鼠脑组织内丙戊酸浓度要达到此水平，所给予的丙戊酸剂量分别要比人类高许多。进行这种脑组织内丙戊酸血药浓度检测对于阐释丙戊酸的体外研究资料十分重要，因为只有在体内达到抗痉挛药物浓度（非中毒剂量）时发生体外研究发现的丙戊酸神经化学和神经生理学效应，才是人们关注的焦点。由于丙戊酸在体内迅速代谢为多种药理活性产物，49故当丙戊酸的作用机制有争议时，这些活性代谢产物也被考虑进来。在不同物种，包括人类的血浆和中枢神经系统中，丙戊酸的一种主要活性代谢产物是2-en丙戊酸的反式异构体（反式-2-en丙戊酸）。这种化合物作用最强，也是研究最广泛的丙戊酸活性代谢产物。2,50,51在相同的动物模型中，反式-2-en丙戊酸与丙戊酸同样有效，而且往往具有比本源药物具有更强的作用。也正是因为如此，在大多数神经化学和神经生物学实验中，反式-2-en丙戊酸都表现出比丙戊酸更强的作用。2然而给予丙戊酸后，各物种（包括人类）脑组织内反式-2-en丙戊酸的浓度如此之低，对于丙戊酸本身作用而言已经不会产生明显的影响。2丙戊酸与其它抗癫痫药物之间存在许多值得注意的相互作用。52在动物实验中，丙戊酸可以叠加苯妥英、卡马西平、乙琥胺和非氨酯的抗痉挛作用，而不增加它们的毒性作用，而拉莫三嗪和加巴潘丁可以增强丙戊酸的抗痉挛作用。52与动物模型获得的资料相一致，丙戊酸与卡马西平、乙琥胺、非氨酯和拉莫三嗪合用治疗癫痫患者时抗癫痫疗效增加。52然而，首先由Brodie和Yuen53报导的丙戊酸与拉莫三嗪在药理学上相互作用，可以增加拉莫三嗪诱导皮疹的危险。54当拉莫三嗪以极低初始剂量合用丙戊酸治疗癫痫时，可以最大程度减少这种危险的发生。55除了药效上相互作用外，丙戊酸可以通过取代血浆蛋白和或抑制肝脏代谢影响其它抗癫痫药物的血浆浓度，这些药物包括苯妥英、卡马西平、乙琥胺、非氨酯和拉莫三嗪。15例如，丙戊酸可以使拉莫三嗪消除半衰期（26-70小时）增加2-3倍，这至少可以部分解释当丙戊酸和拉莫三嗪合用时出现的不良反应增加的现象。55表II 给予抗痉挛剂量后，实验动物和癫痫患者血浆和脑组织内丙戊酸起效浓度。通过腹膜注射特定剂量丙戊酸后，检测出小鼠血浆和脑组织内药物浓度，此剂量丙戊酸使戊四唑（PTZ）诱导强直发作的阈值增加50（TID50）。2癫痫患者的血浆和脑组织内药物浓度检测在他们口服抗癫痫药-丙戊酸后的癫痫手术中进行48丙戊酸剂量（毫克/公斤体重）【常规给药】丙戊酸浓度血浆浓度（微克/毫升）【微摩尔/升】脑内浓度（微克/毫升）【微摩尔/升】小鼠80-100（腹膜内注射） 120-150830-104025-40170-280癫痫患者15-20（口服）40-100280-6906-2742-190像其它许多抗癫痫药物一样，丙戊酸或其代谢产物的确切作用机制目前尚不清晰。注意的焦点多集中在丙戊酸对-氨基丁酸的作用上，后者是中枢神经系统主要抑制性神经递质。然而，大量丙戊酸实验室研究结果和临床应用多种疗效，以及丙戊酸钠对神经组织的影响，均不能单纯的应用某种机制来解释。6. 丙戊酸对体内和体外标本痫样放电的影响多种体外标本被用于研究丙戊酸抗痉挛作用对痫样放电的影响。用豚鼠大脑制备的标本显示，丙戊酸可以预防青霉素诱导的癫痫尖波发放。56相反，海马CA3区癫痫活动由戊四唑（PTZ）体外诱导时，丙戊酸既不能减少也不能增加癫痫活动的爆发频率和癫痫波振幅，这表明用不同化学方法诱导的海马区癫痫活动对抗癫痫药物的敏感性有所不同。57丙戊酸可以减少大鼠杏仁体切片上荷苞牡丹碱诱导的癫痫爆发。58当共同应用荷苞牡丹碱和4-氨基-嘧啶（4-AP）诱发大鼠嗅皮层（EC）/海马切片癫痫放电时，丙戊酸和其它常规抗癫痫药物都可以抑制这种痫样放电，59而4-AP单独诱导的痫样放电被丙戊酸强烈的抑制住。60一些实验将丙戊酸抗痉挛作用年龄相关性对4-AP诱导海马切片上痫样放电的影响进行了研究，结果发现丙戊酸可以阻滞青年和成年大鼠切片上的突发放电，而丙戊酸只能阻滞青年大鼠切片上的间断发作的痫样放电。61通过青年大鼠海马切片研究发现，丙戊酸对4-AP诱导癫痫发作的作用效果受细胞外镁浓度的调节。62当通过去除灌注液中镁离子诱发嗅皮层/海马联合切片癫痫发作时，丙戊酸可以有效抑制嗅皮层早期强直痉挛放电和海马CA3区间断发作的痫样活动，然而丙戊酸不能对嗅皮层晚期反复发作的强直放电产生影响，但这种晚期痫样放电对N-甲基-D-天门冬氨酸盐（NMDA）受体拮抗剂仍然敏感。63随后的研究显示，通过延长暴露于低镁状态时间诱导的嗅皮层晚期反复发作癫痫，给予所有主要抗癫痫药物都没有效果，表明它们可以代表一种难治性癫痫持续状态模型。64除了降低细胞外镁离子浓度可以诱导癫痫事件外，细胞外钙离子浓度降低或者细胞内钾离子浓度增高也可以诱导嗅皮层出现这样的痫样放电，但与细胞外离子诱发的癫痫活动相比，代谢类型有所不同。65研究显示丙戊酸及其主要代谢产物反式-2-en丙戊酸可以阻滞除了晚期重复放电外，嗅皮层发生的所有类型癫痫发作。65在这些实验中丙戊酸代谢物表现出比丙戊酸更强的疗效。与嗅皮层/海马切片相似，利用不含镁介质也可以诱导啮齿动物丘脑皮层切片出现不同类型的自发癫痫活动。研究发现丙戊酸可以有效控制这种体外模型的主要全面癫痫发作。66研究证实丙戊酸与苯妥英和卡马西平一样，治疗浓度下可以抑制培养的小鼠中枢神经系统（大脑和脊髓）神经元的活动，即抑制这些神经元中钠通道激活导致的高频放电。67沿着青霉素诱发的皮层癫痫病灶的皮层下通路可以检测出这种高频电活动激活。68限制这种激活可能对防止癫痫播散起到十分重要的作用。最近，为了明确丙戊酸对高频放电的影响，将丙戊酸及其代谢产物反式-2-en丙戊酸对培养小鼠中枢神经元细胞持续重复激活（SRF）的影响进行了对比。37在浓度依赖、电压依赖、速度依赖和时间依赖方式中，两种化合物都可以抑制高频电活动激活。有趣的是在暴露期间，两种化合物的浓度依赖限制明显偏向左侧，而随着暴露时间延长，丙戊酸的作用稍强于反式-2-en丙戊酸。虽然丙戊酸（及其代谢产物）减少持续重复激活的生物学机制目前尚不清晰，但有研究表明这种效应可能与丙戊酸存在苯妥英样作用和阻滞电压依赖钠离子通道有关。69本文第7.2部分详细描述了丙戊酸对钠离子电流影响的电压钳实验。体内研究发现丙戊酸可以抑制电诱导的猫海马70感觉性后发放，并明显升高了大鼠杏仁核后发放阈值和增高了大鼠杏仁核后发放时间。71丙戊酸还可以升高由电刺激猫中央外侧核核和大鼠网状核诱发的丘脑后发放阈值，但并不改变这两个物种后发放的时间。72在局部癫痫发作方面，丙戊酸可以抑制由于钴聚集在猫海马区引起的癫痫活动，并可以阻滞从海马到新皮质自发放电的播散和电诱发的痫样放电。70Mutani和Fariello73发现丙戊酸可以抑制由于钴聚集在皮质交叉部位导致的猫突发和间断发作的痫样放电。给予丙戊酸后，电刺激钴聚集部分不会再产生癫痫活动。同样的作者74还发现将铝凝胶皮层下注射到猫感觉运动皮层可以导致局部皮层出现癫痫活动和头部肌阵挛样抽动；这种局部癫痫活动可以泛化，同时丙戊酸可以防止继发全面发作出现，但不影响局部致痫灶。除此之外，van Duijn和Beckmann75也注意到丙戊酸并不能减少局部注射钴诱发的猫清醒状态下感觉运动皮层的局部放电，但是可以有效抑制癫痫活动从病灶向周围播散。当应用青霉素在大鼠感觉运动皮层同伦区形成两种致痫中心时，丙戊酸可以阻滞局部放电，以及这些放电继发的全面性发作。76在大鼠杏仁核刺激模型中，人们发现丙戊酸可以增加电诱导的后发放阈值，并可以降低癫痫发作的严重程度、减少发作时间以及阈值升高时记录到的后发放阈值，这些表明在此动物模型中，丙戊酸可以抑制局部癫痫活动的产生和播散。77当将节律性电刺激皮层下结构诱导的皮层自-持续后发放模型作为主要全面癫痫发作-失神发作的动物模型时，丙戊酸几乎可以完全阻滞所有这些类型的癫痫放电。78同样的，丙戊酸可以抑制表现为失神样发作的遗传性大鼠模型的自发尖波放电。在这些大鼠中，反式-2-en丙戊酸阻滞自发尖波放电的能力强于丙戊酸。80总之，研究证实除了少数例外，丙戊酸可以有效抑制所有体内和体外检测模型的痫样放电，这与临床应用时发现的丙戊酸抗癫痫活性范围十分广相一致。7作用机制大量有关丙戊酸对癫痫放电和神经元兴奋性播散影响的文献报导促使人们着手进行这些效应产生的相关基础生理学机制研究。然而，无论丙戊酸是通过突触后作用影响神经递质功能起作用，还是通过影响离子通道起作用，或是通过突触后生物化学效应起作用，目前都尚无定论。表III列出了与丙戊酸抗癫痫活性密切相关的那些作用。7.1 兴奋作用和抑制作用Macdonald和Bergey81首次描述了丙戊酸可以通过突触后作用，增强神经元对GABA的敏感性。然而在他们的研究中，丙戊酸浓度是在应用微电离子透入法后进行检测的，因此局部药物浓度（细胞外浓度）并不知晓。随后的体外研究显示只有丙戊酸浓度极高的条件下才可以增强突触后GABA反应。2据我所知，仅有一个体外研究82证实治疗浓度下的丙戊酸可以增强GABA功能。作者在他们的实验中应用coeruleus定位神经元表明，他们结论与其他人不同的原因是由于这些研究所检测的脑标本部位不同。事实上，Baldino和Geller也提出根据神经生理学资料，丙戊酸在大脑内的不同部位存在特殊作用。83体内实验显示丙戊酸在200-400毫克/公斤剂量范围下，可以增强突触后GABA功能。2由于给予此剂量后脑内丙戊酸浓度明显低于体外增强GABA功能需要的丙戊酸浓度，所以丙戊酸体内效应并不像是丙戊酸直接作用于突触后膜，而似乎更是药物突触后效应（例如促进GABA更新）的结果。见下应用培养的小鼠神经元细胞进行的实验显示，与临床应用浓度相当的丙戊酸并不能改变甘氨酸或者兴奋性氨基酸，例如谷氨酸盐引起的神经元效应。2然而，有一个研究84显示丙戊酸可以抑制谷氨酸盐反应，同时可以更强烈抑制NMDA激发的大鼠新皮质一过性去极化。作者提出减少NMDA受体（调节神经元兴奋性）数目，是丙戊酸抗癫痫效应主要机制之一。应用多种不同标本，对谷氨酸盐受体亚型NMDA调节的突触反应进行大量实验的结果支持了这一观点。在所有的研究中，丙戊酸都可以阻滞这些突触反应，说明拮抗NMDA受体（调节神经元兴奋性）的作用是丙戊酸非常重要的作用机制。在这方面存在一个有趣的现象：丙戊酸可以阻滞N-甲基-D,L-天门冬氨酸诱导的啮齿动物癫痫发作，而苯妥英、苯巴比妥和乙琥胺都不能。85与其对NMDA受体的作用相反，丙戊酸对红藻氨酸或者quisqualate（-氨基-3-羟-5-甲基-4-异唑-丙酸盐；AMPA）受体调节的膜反应没有影响。86通常高剂量或者高浓度的丙戊酸才可以抑制神经元自发激活。87然而，体内实验发现腹膜内给予低剂量，即每公斤体重50-100毫克的丙戊酸可以引起大鼠黑质网状部（SNR）的GABA能神经元激活速度持续快速降低。88-90丙戊酸对黑质网状部神经元的这种抑制作用可能由于它选择性促进了大鼠黑质91神经元GABA的传递。正如丙戊酸相关研究所见，抑制黑质网状部激活激活，可以有效控制各种癫痫动物模型的癫痫发作，这种现象可以应用黑质网状部对癫痫发作播散起至关重要作用来解释。92,93因此，丙戊酸对黑质网状部细胞激活的抑制效应与丙戊酸抗癫痫作用密切相关。表 III 可能与丙戊酸抗癫痫活性相关的细胞效应。可参照文章中的内容参考指标丙戊酸效果内容电生理研究神经元GABA活性神经元NMDA反应黑质网状部神经元激活运动电位的重复持续激活电压依赖性钠离子流生物化学研究脑GABA水平脑脊液GABA水平GABA合成GABA降解GABA释放GABA摄取突触后GABAA受体复合物GABAB受体GHB5-羟色胺多巴胺氨神经保护/神经营养蛋白（例如：CREB、BDNF、bcl-2、MAP激酶）增强减弱抑制（全身给予丙戊酸后）抑制降低？增加增加增加抑制增加GABA转运下调增加与苯二氮卓结合增加配体结合减少GHB释放脑细胞外水平增加大脑细胞外水平增加血氨水平增加激活体外，只有在高浓度下才存在（大于1毫摩尔/升）不同大鼠和小鼠标本都显示出已知用于调节丙戊酸治疗不同类型癫痫发作的抗痉挛活性。在培养的神经元中显示出；用于不能清晰检测的常规标本。资料重复性差；效果通常仅在高浓度时出现，除了对持续钠离子内流的有力影响外。脑内和细胞内GABA水平存在明显差异在实验动物和患者身上都有显示不同脑区之间有明显差异只有在高浓度时出现，但神经末梢GABA-T对抑制更加敏感。在高浓度（中毒剂量）时降低显示在海马GAT-1和GAT-3部只有在全身给药时才可以观察的到只有在全身给药时才可以观察的到可能与丙戊酸治疗失神发作的机制有关与丙戊酸抗痉挛作用关系不大与丙戊酸抗痉挛作用关系不大脑血氨水平升高增加GABA能抑制可能与丙戊酸神经保护作用相关BDNF=脑源性神经营养因子；CREBcAMP反应元件结合蛋白；GABA-氨基丁酸；GABA-TGABA转氨酶；GATGABA转运；GHB-羟丁酸；MAP有丝分裂激活蛋白；NMDAN-甲基-D-天门冬氨酸；SNR黑质网状部；？表明可能效果。7.2 对离子通道的作用研究显示在比那些抑制正常神经元活性的浓度低许多的药物浓度下，丙戊酸可以消除培养的中枢神经元电活动的高频重复激活94。研究显示此种效应与丙戊酸治疗全面强直痉挛发作的机制密切相关。94丙戊酸对持续重复激活（SRF）的影响与苯妥英和卡马西平对持续重复激活（SRF）的影响相似。947.2.1 钠离子通道丙戊酸此种作用最适宜的解释就是降低激活性的钠离子内流。94然而，在时至今日进行的大部分研究中，人们都推测丙戊酸对钠离子通道的作用，是间接改变了钠离子依从动作电位增加的最大速率。事实上一个应用大鼠海马神经元进行的电生理研究95发现丙戊酸可以明显延缓失活钠离子通道的恢复，从而持续降低钠离子电传导。应用非脊椎动物标本进行的研究也同样显示丙戊酸可以直接抑制电压敏感性钠离子通道。2然而最近有人对丙戊酸通过延缓失活的电压依从钠离子通道复活起到抗痉挛作用的理论提出了置疑，因为当应用大鼠海马切片来研究丙戊酸的神经生理学效应时，得出的结论与培养的神经元相反，丙戊酸对细胞不应期没有影响，因此也就不会对神经元的激活产生影响。96后一个研究的作者认为丙戊酸主要抗癫痫机制不能应用其对电压依从钠离子通道的作用来解释，至少在海马切片上是如此。在以培养的成神经瘤细胞和大鼠脑突触小体为标本的研究发现，丙戊酸不能通过苯妥英敏感钠离子通道影响钠离子的内流。97而且，丙戊酸也不会对电压依从性钠离子通道上的苯妥英结合部位产生影响98。另外有研究报导在培养的大鼠新皮层神经元中，丙戊酸（0.2-2毫摩尔/升）可以减少电压依从性钠离子电流。99最近一些研究应用电压钳测量大鼠和药物治疗无效颞叶癫痫患者的CA1区神经元钠离子电流，结果显示在2.5毫摩尔/升（大鼠）或者1.6毫摩尔/升（人）药物产生50（EC50）最大效应浓度下，丙戊酸可以引起电压依从性通道超极化方向发生改变。100,101考虑到产生这些效应的浓度很高，而且丙戊酸又是一种脂肪酸，所以丙戊酸通过影响钠离子通道周围膜的生物物理活性，而起到调节钠离子通道作用的可能性很大，正如许多游离多聚不饱和脂肪酸曾经被证实具有这样的作用。102然而，这并不能解释Taverna等人103最近报导的丙戊酸可以强烈抑制被迅速分离的大鼠新皮层神经元的钠离子内流现象。丙戊酸这种高强效作用是否可以应用它对持续重复激活（SRF）的作用来解释，目前尚无定论。除了作用于钠离子通道外，丙戊酸对持续重复激活（SRF）的影响还可能应用钙离子依从的钾离子通道激活来解释。1047.2.2 钾离子通道作为丙戊酸抗癫痫作用的电生理机制，丙戊酸对钾离子通道的激活效应已经在以往研究中进行过重复多次的讨论，104-106虽然研究证实只有在高浓度下可以出现这种效应。先前应用来源于Xenopus laevis卵母细胞表达的脊椎动物大脑的多种钾离子通道亚型进行的实验证实，丙戊酸对钾电流的影响如此之小，而不能在丙戊酸抗痉挛机制中起到重要的作用。1077.2.3钙离子通道钙离子通道相关研究显示，治疗失神发作的抗癫痫药物乙琥胺和dimenthadione（三甲恶唑烷二酮主要活性代谢产物）可以阻滞丘脑神经元应用依赖的T型钙离子通道激活，丘脑与失神发作时尖波的产生有关。108然而，丙戊酸并不能影响丘脑神经元中这种T亚型通道引起的钙电流，虽然丙戊酸治疗失神发作同乙琥胺一样有效109。研究显示丙戊酸并不作用丘脑神经元，而是阻滞于周围神经节神经元的低阈值T型钙离子通道。丙戊酸并不能改变脑切片中藜芦碱刺激产生的钙离子内流，却可以在5毫摩尔/升的浓度下，降低NMDA或者quisqualate诱导的钙离子内流。106,110在如此高的毫摩尔浓度下，丙戊酸作为一种脂溶性化合物，可能通过融入细胞膜而干扰膜的功能。111,112这可能是为什么丙戊酸会在如此高浓度下可以出现多种神经化学和神经生理学效应的原因。7.3 生物化学效应因为早期研究发现丙戊酸可以引起啮齿动物脑中GABA水平113升高，而且GABA水平升高的程度与丙戊酸抗癫痫的效果一致，114,115导致人们为明确丙戊酸对GABA系统的影响进行了大量的研究。2然而，研究结果却显示丙戊酸并不像GABA能药物一样选择性作用于GABA受体，而是通过多种机制起到广泛的抗癫痫作用。此结论通过表1列出的丙戊酸抗癫痫范围与GABA能药物替加宾和氨已烯酸有明显不同，而得到进一步证实。除了丙戊酸对GABA代谢有明确的影响外，这些影响与丙戊酸抗癫痫作用机制的关系还有待争论。7.3.1 对-氨基丁酸（GABA）系统的影响GABA是哺乳动物脑内主要的抑制性神经递质，GABA功能改变可以导致包括癫痫在内的多种大脑疾病的发生。116人们通常认为损伤抑制性神经递质GABA的功能可以导致癫痫发作，而增加GABA能神经递质可以控制癫痫发作。117,118GABA与三种不同类型受体相互作用：GABAA、GABAB和GABAC。GABA水平许多临床应用的抗癫痫药物都是类GABA功能药物，它们通过抑制GABA降解（氨已烯酸）或再摄取（替加宾）增加GABA水平，或者与突触后膜的GABAA受体复合物直接起作用（苯二氮卓和苯巴比妥），从而增强了GABA神经递质的活性起到了抗癫痫作用（见图1）。所以当最初研究显示丙戊酸113,119可以引起GABA水平升高时，并不奇怪为什么人们会认为增加GABA神经递质功能是丙戊酸治疗癫痫的机制。虽然此种GABA理论在1968年首次被提出，但是之后一直被提起，而且现在仍然是文献中经常争论的问题。例如，有人认为只有高浓度的丙戊酸才可以引起啮齿动物脑内GABA水平升高，而低浓度丙戊酸并不能改变GABA水平，却仍然可以控制癫痫发作。104,105同时，一些应用癫痫动物模型进行的研究显示丙戊酸引起的脑内GABA水平升高滞后于抗癫痫作用的出现，使人们对丙戊酸引起GABA水平升高的相关问题提出了置疑.104然而，在大多数检测丙戊酸对脑内GABA水平影响的实验中，研究人员检测的都是全脑神经递质或者少数脑区所有组织的神经递质水平，忽略了不同脑区以及相同脑区GABA能细胞间隔中GABA代谢存在明显差异的事实，因此导致了这些研究的结果存在显著差异。2大鼠脑区域性研究显示，丙戊酸对GABA水平的影响在不同脑区存在很大差异，它可以明显增高中脑区域的GABA水平，例如增加黑质内的GABA水平，通常认为后者与癫痫病灶的产生和播散密切相关。123,124在黑质网状部，丙戊酸诱导的GABA水平增加主要发生于神经末梢（例如发生在GABA神经递质池中）。123-125丙戊酸对脑内突触前（突触体的）GABA水平的影响发生十分快（仅在给药5分钟后就可以观察到GABA水平有明显升高），同时丙戊酸抗癫痫作用持续时间也与神经末梢GABA水平的变化有关。124突触前端GABA转运子GABA转运子释放GluA：谷氨酸盐GAD：谷氨酸脱羧酶GABA：-氨基丁酸GABA-T：GABA氨基转移酶SSA：琥珀酸半醛SSADH：琥珀酸半醛脱氢酶SA：琥珀酸GABA transporter：GABA转运子Release：释放Uptake：摄取Glial cell：胶质细胞Postsynaptic neuron：突触后神经元GABAA receptor：GABAA受体Cl：氯离子神经类固醇作用部位：Ganaxolone巴比妥类药物作用部位：鲁米那（苯巴比妥）非氨酯木防己苦毒素作用部位：木防己苦毒素戊四唑GABA作用部位：GABA，muscimol荷包牡丹碱苯二氮卓作用部位：地西泮氯硝安定甲酮氮平图1：脑内-氨基丁酸抑制性突触示意图，同时显示GABA在突触前后代谢和转运过程。在突触前端，谷氨酸经谷氨酸脱羧酶（GAD）的作用生成GABA。GABA在GABA氨基转移酶（GABA-T）的作用下降解为琥珀酸半醛（SSA），后者在琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）的作用下生成琥珀酸。GABA被突触小泡包被，当突触前钙离子内流，可反应性使突触小泡释放GABA。GABA还可以通过神经元转导子（GABA再摄取载体）逆向转运从细胞质内释放。在突触后膜，GABA作用于GABAA受体，后者是由、和三种异构体组成的五聚体结构。五聚体GABAA受体被G