《Tissue and Cell》：Levetiracetam elicits sub-chronic cardiotoxicity via modulating TLR4/MyD88 and NF-κB signaling axis: Mechanistic validation across molecular, functional, and structural endpoints
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Mohammad Y. Alqahtani|Abdullah Alghamdi|Suad A. Alghamdi|Abdulkarim S. Binshaya|Awaji Y. Safhi|Fahad Y. Sabei|Adil Abalkhail|Mohammed Alissa
Mohammad Y. Alqahtani|Abdullah Alghamdi|Suad A. Alghamdi|Abdulkarim S. Binshaya|Awaji Y. Safhi|Fahad Y. Sabei|Adil Abalkhail|Mohammed Alissa
沙特阿拉伯纳杰兰大学应用医学科学学院临床实验室科学系
摘要
左乙拉西坦（Levetiracetam，LTM）是一种常用的抗癫痫药物，但其可能的心血管（CV）风险尚未得到充分研究。本研究旨在通过评估炎症信号传导、氧化应激、细胞凋亡、功能损伤和结构变化，来探讨LTM在Sprague-Dawley（SD）大鼠中引起的剂量依赖性心脏毒性。36只雄性白化SD大鼠被随机分为四组（每组9只），分别为对照组、LTM（25 mg/kg组）、LTM（50 mg/kg组）和LTM（150 mg/kg组）。LTM的使用显著激活了Toll样受体-4（TLR4）信号通路，表现为髓系分化因子-88（MYD88）、白细胞介素-1受体相关激酶-4（IRAK4）和肿瘤坏死因子受体相关因子-6（TRAF6）的表达上调。同时，核因子κB抑制剂α（IκBα）的表达出现矛盾性增加，伴随核因子κB（NF-κB）的激活增强，最终导致促炎介质（如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素1β（IL-1β）和环氧化酶-2（COX-2）的产生增加。LTM暴露后，氧化应激加剧，表现为活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）水平升高，同时抗氧化酶（如血红素加氧酶-1（HO-1）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、谷胱甘肽还原酶（GSR）和谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的活性受到抑制。LTM中毒以剂量依赖性方式增加了血清肌酸磷酸激酶（CPK）、肌酸激酶-MB（CK-MB）、乳酸脱氢酶（LDH）、肌钙蛋白I（Troponin I）、肌钙蛋白T（Troponin T）、B型利钠肽（BNP）、N端前B型利钠肽（NT-proBNP）和C反应蛋白（CRP）的浓度。此外，LTM中毒还改变了超声心动图参数，包括射血分数（EF）降低、心率（HR）加快、左心室扩张以及心室直径增大。所有测试剂量的LTM均导致Bcl-2相关X蛋白（Bax）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（caspase-3）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9（caspase-9）水平升高，同时B细胞淋巴瘤-2（Bcl-2）水平下降。这些发现表明，LTM通过调节TLR4/NF-κB介导的炎症、氧化应激和细胞凋亡，导致心脏毒性。
引言
左乙拉西坦（LTM）是一种第二代抗癫痫药物，主要用于治疗成人和儿童的局灶性、全面性强直-阵挛性和肌阵挛性癫痫发作（Patsalos, 2013; Contreras-García et al., 2022）。由于其起效迅速、蛋白质结合率低以及药物相互作用潜力小，LTM在临床上受到青睐（Alsabri et al., 2025; Perucca and Gilliam, 2012）。LTM的抗惊厥作用主要通过突触囊泡糖蛋白2A（SV2A）介导，该分子参与突触神经递质的释放和神经元兴奋性（Ba, 2004）。这一机制使其区别于其他主要通过电压门控钠/钾或钙通道起作用的传统抗癫痫药物（Contreras-Garcia et al., 2022）。尽管LTM具有神经特异性，但已有证据表明该药物可能对非神经组织产生非靶效应，从而引发对其全身安全性的担忧（Direk et al., 2023）。
由于心脏离子通道与神经网络的结构相似性，多种抗癫痫药物存在心血管毒性风险（Nei et al., 2025; Zaccara et al., 2022）。暴露于多种抗癫痫药物后，患者可能出现心率、血压和心脏传导异常，进而引发心律失常和猝死（Bardai et al., 2015）。尽管多年来LTM被认为具有心血管安全性，但临床和实验研究表明，LTM治疗期间可能改变自主心脏调节和心电图参数（Gül et al., 2022）。控制试验还检测了其对心脏复极化的影响，发现其在某些条件下可能调节QT间期和QTc间期（Page et al., 2016）。这些结果表明，长期使用或高剂量LTM可能对心脏电生理产生影响。
此外，毒理学报告和临床病例研究表明，LTM过量可能导致心动过缓、低血压和心律失常，提示其具有剂量依赖性的心脏毒性（Larkin et al., 2013; Chua-Tuan et al., 2015）。实验证据表明，氧化应激、线粒体功能障碍、炎症和线粒体钙稳态紊乱是药物诱导心脏毒性的主要机制（Varga et al., 2015）。然而，关于LTM引起心脏损伤的机制研究仍有限。因此，本研究旨在通过探讨潜在的分子和病理机制，确定LTM的心脏毒性作用。
章节片段
伦理标准/指南
所有实验程序均遵循国际公认的实验室动物护理和使用伦理标准进行。为了确保方法学的透明度、可重复性和动物研究的伦理责任，本研究的设计和报告遵循了ARRIVE指南的建议。动物处理、饲养、给药和安乐死程序均按照欧盟指令2010/63/EU的规定执行
LTM对TLR4/MyD88和NF-κB通路的影响
本研究显示，LTM以剂量依赖性方式激活了TLR4/MyD88和NF-κB通路，表现为关键炎症和信号相关基因的表达显著上调。与对照组相比，LTM中毒显著（p < 0.05）增加了TLR4、MYD88、IRAK4、TRAF6、IκBα、NF-κB、TNF-α、IL-6、IL-1β和COX-2的mRNA表达。表达上调的程度与剂量呈正相关，其中最大剂量（150 mg/kg）引起的变化最为显著
讨论
癫痫是一种全球常见的神经系统疾病，抗癫痫药物（ASMs）是治疗癫痫患者、减少发作频率和相关并发症的重要手段（Chung et al., 2021）。癫痫患者发生重大心血管事件的风险高于健康人群，表明ASMs可能对心脏组织产生不良影响（Terman et al., 2021; Nei et al., 2025）。虽然某些ASMs的作用中性或甚至有益
结论
本研究显示，LTM在亚慢性暴露下以剂量依赖性方式引起显著的心脏毒性。LTM破坏了心脏的氧化还原平衡，通过TLR4/MYD88/NF-κB通路激活炎症信号通路，并诱导心脏组织中的线粒体介导的细胞凋亡。这些分子变化伴随着严重的心脏超声改变和心肌损伤。组织病理学结果显示肌肉变性、炎症等现象
研究的局限性
未来应采用免疫组化和Western blot分析等先进技术，以评估上述信号通路的蛋白质表达情况，确保研究结果的准确性。此外，还需开展临床试验以验证这些结果在人类体内的有效性。
ARRIVE指南
为了确保方法学的透明度、可重复性和动物研究的伦理责任，本研究的设计和报告遵循了ARRIVE指南的建议。动物处理、饲养、给药和安乐死程序均按照欧盟指令2010/63/EU的规定执行，并在整个实验期间采取了各种措施减少动物痛苦，尽量减少实验所需动物数量
未引用的参考文献
(Hassan et al. (2025))
资金支持
本研究由萨坦·本·阿卜杜勒阿齐兹大学（Prince Sattam bin Abdulaziz University）项目（项目编号：PSAU/2026/R/1447）提供充足资金支持。
CRediT作者贡献声明
Mohammed Alissa：研究监督、概念构思。Adil Abalkhail：项目管理、概念构思。Fahad Y. Sabei：项目管理、概念构思。Awaji Y. Safhi：数据可视化、验证、正式分析。Abdulkarim S. Binshaya：数据可视化、验证、正式分析。Suad A. Alghamdi：数据可视化、项目管理、方法学研究。Alghamdi Abdullah：数据可视化、项目管理、方法学研究。
