周亮，杜孙兵，韩雁冰*

(1.昆明医科大学第一附属医院神经内科，云南 昆明650000；2.镇雄县人民医院神经内科，云南 昭通 657200)

0 引言

虽然CaMKII 早已被认为是突触可塑性和学习的关键，但最近的研究揭示CaMKII 在神经系统中发挥着更多的新功能，CaMKII 不仅通过Ca2+触发自身磷酸化延长其活性来为长期可塑性(long-term potentiation, LTP)和学习提供分子记忆，而且还代表了多方面蛋白质对接功能的自激活机制[1]。CaMKII的两个主要的亚型CaMKIIα 与CaMKIIβ 各自独立的功能逐渐被认知，在神经疾病诸如癫痫中，CaMKIIα 的缺失直接影响了性兴奋电流的强度和正常突触可塑性，和癫痫发病机制密切相关。深入了解CaMKII 与癫痫发病的关系有助于我们对癫痫发病具体机制的认知，因此，本文针对CAMK Ⅱ参与突触可塑性的相关机制，以及与癫痫发病的相关性进行介绍。

1 CAMK Ⅱ与突触可塑性

1.1 CAMK Ⅱ生物学特点

CaMKII 是一种极不寻常的激酶，占总脑蛋白的1%～2%，含量与其它少数细胞骨架、蛋白质相当[2]。CaMKII 由12 个催化活性亚基形成，四种不同的基因(CaMK2A，CaMK2B，CaMK2G，CaMK2D)分别编码CaMKIIα—CaMKIIδ，CaMKIIα和CaMKIIβ 在 脑 中 含 量 最 高。CaMKII 占 突 触 后 致 密区(postsynaptic density，PSD)总蛋白的2%～6%，蘑菇状树突棘中较大的PSD 多达240 个十二聚体，超过突触后支架蛋白PSD-95 总的含量[3-4]。

CaMKII 通过Ca2+ /钙调蛋白激活自身磷酸化，它能保持超过初始刺激的催化活性，构成分子记忆装置，有助于LTP，是突触可塑性和学习记忆的关键[5],CAMKII 的缺失将导致严重的神经缺陷疾病，起主要作用的是CaMKIIα 和CaMKIIβ两个亚型，但两者的一些功能具有重叠性[6]。对CaMKIIα和CaMKIIβ 的研究已有30 多年，两者结构显示出高度同源性，但在一些关键功能上存在相互补偿，增加了在突触传递中各自具体功能认知的难度。近来研究发现，CaMKIIα 与CaMKIIβ 在神经突触中分工不同，CaMKIIβ 对维持树突棘的形状以及稳定性起着关键作用，而CaMKIIα 似乎在突触传递可塑性上起着主导作用[7]。随着研究的深入，发现除参与神经记忆功能外，CaMKII 可能参与癫痫、自闭症、精神分裂症等神经精神疾病发生[8]。

1.2 CAMK Ⅱ参与突触可塑性调节

突触可塑性是指对突触强度的调节性，是人类适应环境变化的基础，突触强度的调节对于学习以及记忆过程十分重要[9]。突触传递的增强(LTP)和减弱(long-term depression，LTD)对学习和长期记忆均有不同的影响，突触可塑性的异常也是许多精神和神经疾病公认的原因[10-11]。

CaMKII 通过多种方式参与突触可塑性的调节，但主要的是通过离子型谷氨酸受体进行调节，尤其是α-氨基-3-羟基-5- 甲基4- 异恶唑丙酸受体(a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid receptors，AMPAR) 和N甲基-D- 天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)介导的信号转导[12]。CAMKII 与NMDAR 的结合并调节AMPAR 膜插入和活性的能力对于调节突触强度至关重要[13-14]。CaMKII 在休眠条件下是不活跃的，当Ca2+涌入时，通过NMDAR 触发Ca2+/钙调蛋白结合到CaMKII 的伪饱和区，从而减轻了自身的抑制作用，当Ca2+/钙调蛋白与两个相邻亚基结合时T286(CaMKIIβ 则为T287)自身磷酸化，导致激酶持续存在的活性[15]，从而将短暂的Ca2+信号转换为持久的酶促变化，发挥生物学功能。干扰PSD 的钙调蛋白结合位点或者降低CAMKII 活性后，均观察到严重的学习或者突触可塑性缺陷[16-18]。

2 CAMK Ⅱ突触可塑性与癫痫

2.1 癫痫

癫痫(epilepsy)是一种常见的、以反复癫痫发作为共同特征的慢性脑部疾病，全世界已有6500 万癫痫患者[19]。随着时间推移，这个数据还在不断递增，癫痫不仅给患者带来身心的痛苦，也给家庭以及社会来沉重的负担。

几十年的实验研究已经证实，兴奋和抑制失衡是脑功能失调，容易出现癫痫发作的主要机制。虽然通过依赖活性的生物标记物、光遗传学等新技术的对癫痫这种转变的时机有更准确的掌控，并通过基因突变的病例拓展癫痫的遗传病因分类[20-21]，对癫痫发作的分子机制及治疗有更深入了解。然而，耐药性癫痫的治疗仍然是人们面临的一个挑战。在一项前瞻性研究中，对332 名接受抗癫痫药物治疗的13-19 岁青少年患者进行长达30 年随访，发现最终仅67%的患者癫痫发作得到很好控制，接近三分之一的患者抗癫痫药物治疗失败，这说明癫痫依然存在尚未被了解的发病及耐药机制，需探索新型抗癫痫治疗靶点[22]。

2.2 CAMK Ⅱ突触可塑性与癫痫的关系

近来关于癫痫发病机制的研究已经不再局限于单纯的神经元放电，而是拓展到突触功能失调导致的神经环路[23]，癫痫反复发作和配体以及电压门控通道的功能异常有关，其中涉及NMDA 和AMPA 受体以及突触内的细胞信号分子，这些变化被认为可能导致癫痫脑的重塑和神经元异常放电的扩布[24-25]。

种种证据有力地表明，CAMK Ⅱ对突触可塑性的调节与癫痫发病密切相关。多项研究显示各种癫痫模型中反复的癫痫发作或者癫痫发作之后CaMKII 的活性降低，CaMKII 底物的磷酸化减少[26-27]。最近发现，抑制CaMKII 的自身磷酸化降低引起神经元后超极化及重复的尖峰放电，导致神经元兴奋性延长，提示CaMKII 的丧失与癫痫发生之间可能存在机械联系[32]。缺乏CaMKIIα 的小鼠表现出癫痫样活动[28]，CaMKIIα 基因突变导致严重癫痫脑病以及癫痫综合征[29-31]。

CAMKII 活性丧失导致癫痫发病的机制很可能与谷氨酸受体激活和下游信号转导相关的突触重塑有关。首先，多方面证据均表明CaMKII 定位于神经元的兴奋性突触。Liu[33]等研究提供第一个表明CaMKIIα 定位于啮齿动物大脑皮层和丘脑中兴奋性的突触连接明确的证据。使用抗CaMKIIα和 或γ- 氨 基 丁 酸GABA(γ-aminobutyric acid，GABA) 抗 体的免疫染色共定位清楚地显示，在整个前脑以及脑干和脊髓的细胞核中抑制性GABA 阳性细胞中不存在CaMKIIα[34-35]。CaMKIIα 特异性兴奋性突触定位可能是其参与癫痫发病的分子结构基础。其次，CaMKIIα 在突触塑性的作用也是可能的参与癫痫发病机制的原因。CaMKIIα 的过表达可以影响树突棘的稳定性，从而降低突触数量[35]，在解离的海马培养物中显著降低微小兴奋性突触后电流(miniatureexcitatorypostsyna pticcurrents, mEPSCs)频率[36]，而突触传递由CaMKIIα 的持续作用决定[7]。相反，CaMKIIα 的功能缺失将导致突触数量的增加，微小兴奋性突触后电流的增强，这些可以解释为什么癫痫中CaMKIIα 的功能是降低的。至于癫痫的发生为什么会使CAMKII 功能或者活性降低呢？目前认为可能因为蛋白磷酸酶PP1 和PP2A 能够调节CaMKII 的磷酸化，癫痫发作后PP1 和PP2A 活性增高，而导致CaMKII 磷酸化的丧失和癫痫发作后的后续活动[37]，但具体机制目前仍不明朗。

总之，CaMKIIα 在兴奋性突触的特定分布，以及其对突触兴奋性后电流的影响，都是CAMK Ⅱ突触可塑性参与在癫痫发病的重要环节。虽然目前仍对CAMK Ⅱ在癫痫活性降低原因不完全了解，但是，癫痫发病使得CAMK Ⅱ活性或者功能的降低是明确的，CaMKIIα 降低能通过增加突触数量，改变mEPSCs 等促使兴奋性传导增加，促进癫痫发病，这些发现有助于进一步探索耐药癫痫的具体发病机制。

3 总结与展望

CaMKII 具有特殊的分子记忆装置构造，在神经记忆与学习中起着至关重要的作用。随着研究的不断深入，CaMKII 突触可塑性的功能逐渐被认知，Ca2+触发的CaMKII 自身磷酸化不仅通过延长CaMKII 活性在突触长期可塑性(LTP)和学习中提供分子记忆，还参与CaMKII 多方面蛋白质对接功能的自激活机制，体现在被逐渐认知的CaMKIIα 和CaMKIIβ 各自明确分工上，CaMKIIα 主要影响突触的传导功能，CaMKIIβ偏向于对树突棘稳定性的调节。两者功能障碍与许多神经精神疾病发病相关[38-40]。CaMKIIα 主要定位兴奋性神经元，活性的降低可以增加突触数量以及mEPSCs，促进癫痫的发病，这可以解释为什么在癫痫发病中CaMKII 功能的降低。总之，通过对CaMKII 功能的挖掘，对CaMKIIα 和CaMKIIβ 作用的深入了解，明确CaMKII 通过突触可塑性在癫痫中的发病机制，将有助于寻找治疗耐药性癫痫的新方法。