综述：癫痫与植物免疫中的共同代谢途径：从进化到饮食

《Current Opinion in Chemical Biology》：Shared metabolic pathways in epilepsy and plant immunity: From evolution to diet

维生素B6代谢异常与癫痫发病机制密切相关，植物与人类共享的P6C代谢通路在神经调控和免疫防御中起关键作用，进化保守性揭示代谢毒理的跨物种共性。

　　

刘华珍|赫娜·卡克罗|普拉迪普·卡克罗

美国肯塔基大学植物病理学系，列克星敦，肯塔基州

癫痫是一种常见的神经系统疾病，其特征是由于大脑中异常的电活动导致反复发作的癫痫发作。这些发作的起源和严重程度取决于涉及的大脑区域。影响癫痫发作易感性的一个关键因素是维生素B6，它是神经递质代谢中的必需辅因子，其缺乏或过量都可能导致不良的健康后果。维生素B6的稳态部分由Δ¹-哌啶-6-羧酸（P6C）调节，P6C是赖氨酸分解的代谢产物，能够不可逆地使维生素B6失活。值得注意的是，植物能够从头合成维生素B6，并在赖氨酸分解过程中产生P6C。与在人体中的作用类似，P6C的增加会扰乱植物的细胞代谢并削弱其免疫反应。这些显著的相似性归因于由古老的细菌酶衍生出的保守代谢途径，这些途径控制着维生素B6的生物合成和赖氨酸的降解。本文综述了癫痫的生化基础，强调了植物来源的营养素（特别是维生素B6）在支持人类神经系统健康方面的作用，同时提供了关于共同代谢脆弱性的进化视角。

部分摘录

植物和人类的循环与免疫系统

多细胞生物体的生长、发育和防御协调需要远距离通信，但实现这一功能的循环系统在本质上是不同的[1,2]。人类使用一个封闭的、由泵驱动的血液系统来快速传递内分泌和免疫信号。植物没有中央泵，而是通过木质部（蒸腾/根压）和活跃的韧皮部进行溶质的运输，从而形成适合固定生活方式的组织耦合梯度[1,3,4]。

癫痫

癫痫是一种慢性神经系统疾病，也是世界上最古老且最广为人知的疾病之一。癫痫的特点是反复发作的癫痫发作，表现为身体某部分或整个身体的短暂非自愿运动。这些发作偶尔会伴随意识丧失、肠道功能控制障碍或膀胱功能控制障碍[28,29]。癫痫发作是由大脑中电活动的突然加剧引起的

癫痫的遗传和生化基础

癫痫的核心是神经元兴奋性的紊乱，这种紊乱源于兴奋性谷氨酸能信号和抑制性GABA能信号之间的平衡失调（图2）。神经元兴奋性依赖于动作电位的产生，这些动作电位是由电压门控的钠通道、钾通道和钙通道中严格调控的离子流动驱动的。去极化通常由谷氨酸介导的受体激活触发，从而打开钠通道，启动动作电位

吡哆醇依赖性癫痫和植物免疫缺陷

在癫痫的多种原因中，吡哆醇依赖性癫痫（PDEs）是一类机制明确的亚组，直接与维生素B6代谢相关。这些疾病源于影响维持吡哆醛5′-磷酸（PLP）稳态的酶的基因缺陷[39]。维生素B6有多种可互转化的形式，在植物和动物中分别参与超过125种和140种酶促反应[22,40]。在人类中，饮食中的维生素B6

过量维生素B6对植物和人类健康的影响

虽然维生素B6对正常的神经功能至关重要，但过量摄入可能具有神经毒性。最近的证据还表明，维生素B6在调节细胞因子生物合成、淋巴细胞增殖以及免疫细胞中的氧化还原反应方面也起着重要作用[51]（图3）。人类维生素B6缺乏与免疫反应受损有关，包括抗体产生减少、淋巴组织萎缩和T细胞功能改变[51]。尽管具体机制尚不完全清楚

进化视角

进化过程保留了许多生命王国的核心代谢途径，而赖氨酸分解途径是一个特别保守的例子[44]。尽管植物和人类在进化上存在巨大差异，但赖氨酸分解途径的关键步骤，包括Pip、P6C和α-氨基己二酸半醛的生成和分解过程，却非常相似[22]。这种保守性反映了共同的生化限制：像P6C这样的中间产物本身具有毒性

结论

癫痫是一种源于离子通道动态异常和神经传递紊乱的疾病，与维生素B6代谢及P6C的病理积累密切相关。活性维生素B6形式PLP作为谷氨酸脱羧酶不可或缺的辅因子，参与GABA的合成并维持抑制性神经信号传导。在PDE中，P6C会不可逆地与PLP结合，耗尽这种辅因子并破坏GABA能信号传导，进而引发癫痫发作[39]。

作者贡献

HL、HK和PK共同构思了这篇综述，进行了文献分析，并撰写和编辑了手稿。

数据和材料获取

评估论文结论所需的所有数据均包含在论文和/或补充材料中。如需更多数据，可向作者索取。

资助

我们实验室的工作得到了国家科学基金会（MCB-2435880、IOS-051909、IOS-0817818）和美国农业部国家食品与农业研究所（Grant-13323564、Grant-14138983以及Hatch项目1014539）的资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：普拉迪普·卡克罗报告称，其工作得到了国家科学基金会的财务支持、行政支持以及设备、药物或用品的提供。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢Aardra Kachro对手稿进行了严格审查。图2的框架使用Chat GTP软件制作。对于因篇幅限制而未在此引用的相关文章，我们向作者表示诚挚的歉意。