大脑皮质发育由一系列基因表达调控。某种基因的表达水平的变化或者突变会导致大脑皮质发育障碍(disorders of cortical development， DCDs)。研究发现哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR) 信号通路的异常激活会产生DCDs，雷帕霉素作为mTOR的特异性抑制剂对大脑皮质发育异常治疗具有一定的效果。
哺乳动物mTOR广泛存在于生物体的各种组织细胞中，是一类保守的蛋白激酶家族。mTOR属于磷脂酰肌醇3激酶蛋白激酶类的家族成员，是PI3K/AKT反应信号通路下游的一个通路点。参与控制细胞增殖，生长蛋白合成，控制细胞体内mRNA的翻译、蛋白质生产，参与核糖体合成等生理过程[1]。
mTOR的分子包括有2549个氨基酸残基，结构复杂，拥有多个结构域。mTOR在生物体中具有两种不同的复合物形式存在，包括主要由mTOR、mLST8、DEPTOR、PRAS40及RAPTOR组成的mTORC1和主要由mTOR、mLST8、DEPTOR、mSIN1及RICTOR组成的mTORC2。mTORC2主要调控上游AKT磷酸化从而调节mTOR的活性。mTORC1在AKT-TSC1/2下游，参与PI3K通路下游通路，PI3K主要调控PIP2转化为PIP3，是一种磷脂激酶。PIP3能招募具有PH功能域的激酶PDK1和AKT，同时mTORC2可以使AKT473发生磷酸化[2]。通过激活的AKT可以再次磷酸化下游通路的蛋白，如TSC2， GSK3β， PRAS40，并参与蛋白的合成，控制着细胞增殖、细胞周期、细胞凋亡和代谢等[3]。
mTOR信号通路在生长代谢中起有着至关重要的作用：(1)在神经系统发育中，mTOR通过调节皮质基因转录、蛋白质表达，神经元生存、分化起关键作用[4]。(2)在中枢神经系统中，mTOR通过调节突触可塑性，调节学习记忆功能[5]。(3)mTOR通过调节离子通道(Kv1.1钾离子通道蛋白)和神经递质受体(5-HT6、GABA受体、AMPA受体谷氨酸)的表达，调节神经元的兴奋性起重要作用[6]。(4)在癫痫致痫灶中，mTOR通路通过抑制炎症反应过程中小胶质细胞的活化，参与癫痫的发生发展。(5)在神经退行性变中，通过抑制mTOR，从而清除Aβ、p-tau、α-synuclein和Htt等聚集物[7]。(6)在脑血管病中，通过激活mTOR减少神经细胞的凋亡达到脑保护作用。同时通过抑制细胞周期进程、细胞增殖，导致神经细胞的凋亡[8]。
雷帕霉素阻断细胞从分裂的前期到分裂期演变的过程，发挥免疫抑制的作用，主要通过不同种类的细胞因子受体抑制信号通路传导的过程[9]。雷帕霉素早期作为一种大环内酯类免疫抑制剂被发现，最初应用于抗真菌治疗，特别是针对白色念珠菌，随后又应用于过敏性脑脊髓炎及反应性关节炎。在肿瘤细胞异常增殖中，mTOR信号通路处于过度激活的状态，作为mTOR信号通路的经典抑制药物，雷帕霉素也因此很早被应用于肿瘤药物治疗。1999年美国食品及药物管理局批准雷帕霉素应用于肾移植、随后获得批准应用于药物洗脱支架等其他多种疾病的治疗。随着mTOR抑制剂的不断研究，新型药品依维莫司(Everolimus，RAD001)，具有良好的水溶性，但其口服后生物利用度不高，在欧洲已经被批准用于器官移植及预防排斥反应[10]。
DCDs包括皮质发育畸形、皮质发育不良、神经元移位症等。不同类型的DCDs具有不同的临床表现，但都有相似的组织学特点[11]。根据胚胎发育阶段， DCDs存在不同的遗传学机制。神经细胞增殖异常可出现小头畸形或结节性硬化症。神经母细胞迁移异常导致室周结节状灰质异位、X连锁良性生殖器的无脑回畸形、鹅卵石样无脑回等。神经元分化异常将出现脑裂畸形、多小脑回畸形[12]。
研究发现难治性癫痫的主要病因之一是DCDs。癫痫是常见的神经疾病，在近20年间，我国癫痫患者已达到至1000万多，每年有近 40万新发患者，其中，儿童、青少年仍是高发人群，认知功能障碍已成为癫痫防治的重点之一[6 ]。尽管目前对癫痫有很多研究，但是其机制仍不清楚。尤其在临床药物治疗上，对多灶性DCDs预后效果极差。近年来，研究者通过物理或者化学手段制作可诱导自发性癫痫的模型动物，为探讨人类自发性癫痫的发病机制奠定了基础。
大脑皮层兴奋性神经元主要来源于室周上皮(ventricular zone， VZ)， 而抑制性神经元(如GABA神经元)主要来自中间神经节突起。DCDs免疫标记检测表明， 异形神经元以及气球样细胞极可能来源于VZ， 部分来自脑室下层及海马齿状回。DCDs含有未成熟细胞和气球样细胞。气球样细胞可能是存在于干细胞到成熟细胞之间的一种特殊细胞。未成熟细胞类似干细胞，气球样细胞有多种属性。气球样细胞进一步分化成为早期神经元样或胶质细胞， 部分细胞表达干细胞的标志物。而在细胞形态或者异常细胞的皮层中，可见DCDs细胞凋亡延迟出现， 并导致皮层神经元增多[13]。
对癫痫的研究发现， 而临床的DCDs患者通过行脑电监测发现痫样放电多来自于DCDs患者的病灶区，即病理灶就是其癫痫的致痫灶[14]。有研究发现巨型神经元及未成熟细胞可能是DCDs患者的致痫细胞，其具有兴奋性的特征。巨型神经元有着低细胞膜阻抗，导致痫样活动[13]。另有研究认为，气球样神经元和异形细胞才是致痫细胞，因为细胞中NMDA受体的NR1及NR2A/B亚单位表达上调，AMPA受体表达也出现上调；同时抑制性神经递质GABA相关的NKCC1和KCC2表达则发生异常。脑皮质发育障碍的分子机制通常是由于外部环境的异常影响，微环境中细胞信号分子异常及细胞内基因异常导致引起[14]。TSC1基因突变可能导致大脑皮层发育障碍，室周灰质异位中发现FLAN基因发生突变[12]。在多小脑回患者中有MECP2、Pax6的突变。以及有关的LIS1和DCX基因突变可能出现双皮质畸形、无脑回-巨脑回畸形。
研究发现在部分癫痫患者中，局部皮层发育不良(fcocal cortical dysplasia， FCD)Ⅱ型者mTOR信号通路的下游底物S6和S6K1发生了磷酸化，这个结果与局灶性DCDsⅠ型患者中不同，因此认为mTOR信号通路的激活状态可用于对局灶性DCDs的分型进行鉴别[7]。mTOR信号通路在FCDⅡb，单侧巨脑畸形及结节性硬化(tuberous sclerosis complex， TSC)中的激活，提示mTOR 在癫痫的发生中起重要作用[12]。
雷帕霉素作为经典mTOR信号通路免疫抑制剂，在难治性癫痫的治疗中有明显疗效，为治疗癫痫的候选药物。有学者发现雷帕霉素处理可以抑制神经细胞标记基因的表达降低。同时，在敲除TSC1基因小鼠动物模型实验中，予以雷帕霉素干预，其癫痫明显好转，不再发作[15]。在敲除神经元PTEN 基因小鼠模型实验中，雷帕霉素抑制 mTOR信号通路活化，抑制癫痫的发生[16]。目前大部分基于动物模型的研究发现mTOR信号通路参与了癫痫的发生。随着对研究不断深入， mTOR以及新型mTOR 抑制剂发现，将为临床难治性癫痫提供有效的药物治疗。
既往研究发现受mTOR调控的基因发生突变与FCD密切有关，mTOR信号通路在神经元中的异常激活可出现树突形状变化，树突棘密度异常。同时研究发现mTORC1激活会出现早期的与海马有关的空间学习和记忆缺失，并且mTOR信号通路的激活与新生儿脑损伤所出现的癫痫及自闭症密切相关[17]。在PTEN基因敲除的齿状粒细胞中发现mTOR信号激活可导致自发性癫痫[14]。在体外研究中，将海马神经元进行PTEN或TSC1基因敲除，出现神经网络的异常兴奋 [6]。mTOR基因发生突变可能直接引起癫痫的发作[12]。在敲除TSC1基因小鼠中，mTORC1的异常激活可导致神经元的兴奋性增加和癫痫相关蛋白的合成。mTOR信号通路的异常激活与DCDs所致的难治性癫痫密切相关。因此雷帕霉素在治疗DCDs中具有重要的地位。
DCDs引起的难治性癫痫是困扰新生儿癫痫患者的主要疾病。由于其在临床治疗上无有效的治疗药物，所以一直以来其发病的分子机制是主要研究目标。DCDs中的巨神经元和未成熟细胞具有的持续兴奋性可能是引发癫痫的主要原因，在这些细胞中mTOR信号通路处于激活状态。mTOR抑制剂雷帕霉素有助于抑制神经元的兴奋性，从而改善癫痫症状。目前mTOR抑制剂的研究都是在动物模型中进行的，如果能够将抑制剂应用于临床研究中，并证实其能改善人体癫痫症状，那么癫痫有望得到有效治疗。此外，研究其他信号通路与癫痫的关系，也可为联合治疗提供新的思路。
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