Potential biochemical markers of epilepsy

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The diagnosis of epilepsy and assessment of the frequency and severity of seizures are essential for the treatment of patients. Epileptogenesis monitoring at different stages can be beneficial in assessing the efficacy of antiepileptic therapy. This approach relies on the concept of biomarkers. A subset of these biomarkers may possess not only diagnostic value but also prognostic value, which is defined as the ability to predict the nature of the epilepsy course and the probability of recurrent seizures.

About the authors

Marina Yu. Maksimova

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: ncnmaximova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7682-6672

Dr. Sci (Med.), Prof., Head, 2nd Neurological department, Institute of Clinical and Preventive Neurology, Research Center of Neurology

Russian Federation, 80 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125367

Ekaterina M. Abbasova

Research Center of Neurology

Email: ncnmaximova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-7105-3103

postgraduate student, 2nd Neurological department, Institute of Clinical and Preventive Neurology

Russian Federation, 80 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125367

Anna D. Shitova

Research Center of Neurology

Email: ncnmaximova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0787-6251

postgraduate student, 2nd Neurological department, Institute of Clinical and Preventive Neurology

Russian Federation, 80 Volokolamskoye shosse, Moscow, 125367

References

  1. Dudek FE, Staley KJ. The time course and circuit mechanisms of acquired epileptogenesis. In: Noebels JL, Avoli M, Rogawski MA, et al., eds. Jasper’s basic mechanisms of the epilepsies. 4 th ed. Bethesda; 2012.
  2. Pitkänen A, Lukasiuk K, Dudek FE, Staley KJ. Epileptogenesis. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015;5(10):a022822. doi: 10.1101/cshperspect.a022822
  3. Ben-Ari Y. Epilepsies and neuronal plasticity: for better or for worse? Dialogues Clin Neurosci. 2008;10(1):17–27. doi: 10.31887/DCNS.2008.10.1/ybenari
  4. Park KI. Understanding epileptogenesis from molecules to network alteration. Encephalitis. 2024;4(3):47–54. doi: 10.47936/encephalitis.2024.00038
  5. Pitkänen A, Engel J Jr. Past and present definitions of epileptogenesis and its biomarkers. Neurotherapeutics. 2014;11(2):231–241. doi: 10.1007/s13311-014-0257-2
  6. Devinsky O, Vezzani A, Najjar S, et al. Glia and epilepsy: excitability and inflammation. Trends Neurosci. 2013;36(3):174–184. doi: 10.1016/j.tins.2012.11.008
  7. Kinboshi M, Ikeda A, Ohno Y. Role of astrocytic inwardly rectifying potassium (Kir) 4.1 channels in epileptogenesis. Front Neurol. 2020;11:626658. doi: 10.3389/fneur.2020.626658
  8. Rana A, Musto AE. The role of inflammation in the development of epilepsy. J Neuroinflammation. 2018;15(1):144. doi: 10.1186/s12974-018-1192-7
  9. Gautam V, Rawat K, Sandhu A, et al. An insight into crosstalk among multiple signaling pathways contributing to epileptogenesis. Eur J Pharmacol. 2021;910:174469. doi: 10.1016/j.ejphar.2021.174469
  10. Bonosi L, Benigno UE, Musso S, et al. The role of aquaporins in epileptogenesis — a systematic review. Int J Mol Sci. 2023;24(15):11923. doi: 10.3390/ijms241511923
  11. Gautam V, Rawat K, Sandhu A, et al. An insight into crosstalk among multiple signaling pathways contributing to epileptogenesis. Eur J Pharmacol. 2021;910:174469. doi: 10.1016/j.ejphar.2021.174469
  12. Walker LE, Sills GJ, Jorgensen A, et al. High-mobility group box 1 as a predictive biomarker for drug-resistant epilepsy: a proof-of-concept study. Epilepsia. 2022;63(1):e1–e6. doi: 10.1111/epi.17116
  13. Shen Y, Gong Y, Ruan Y, et al. Secondary epileptogenesis: common to see, but possible to treat? Front Neurol. 2021;12:747372. doi: 10.3389/fneur.2021.747372
  14. Lee R, Feinbaum R, Ambros V. A short history of a short RNA. Cell. 2004;116(2 Suppl):S89–S92, 1 p following S96. doi: 10.1016/s0092-8674(04)00035-2
  15. Henshall DC, Hamer HM, Pasterkamp RJ, et al. MicroRNAs in epilepsy: pathophysiology and clinical utility. Lancet Neurol. 2016;15(13):1368–1376. doi: 10.1016/S1474-4422(16)30246-0
  16. Shaked I, Meerson A, Wolf Y, et al. MicroRNA-132 potentiates cholinergic anti-inflammatory signaling by targeting acetylcholinesterase. Immunity. 2009;31(6):965–973. doi: 10.1016/j.immuni.2009.09.019
  17. Cheng X, Ku CH, Siow RC. Regulation of the Nrf2 antioxidant pathway by microRNAs: new players in micromanaging redox homeostasis. Free Radic Biol Med. 2013;64:4–11. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2013.07.025
  18. Wang J, Yu JT, Tan L, et al. Genome-wide circulating microRNA expression profiling indicates biomarkers for epilepsy. Sci Rep. 2015;5:9522. doi: 10.1038/srep09522
  19. Wang X, Sun Y, Tan Z, et al. Serum MicroRNA-4521 is a potential biomarker for focal cortical dysplasia with refractory epilepsy. Neurochem Res. 2016;41(4):905–912. doi: 10.1007/s11064-015-1773-0
  20. Salman MM, Sheilabi MA, Bhattacharyya D, et al. Transcriptome analysis suggests a role for the differential expression of cerebral aquaporins and the MAPK signalling pathway in human temporal lobe epilepsy. Eur J Neurosci. 2017;46(5):2121–2132. doi: 10.1111/ejn.13652
  21. Manley GT, Binder DK, Papadopoulos MC, Verkman AS. New insights into water transport and edema in the central nervous system from phenotype analysis of aquaporin-4 null mice. Neuroscience. 2004;129(4):983–991. doi: 10.1016/j.neuroscience.2004.06.088
  22. Kobylarek D, Iwanowski P, Lewandowska Z, et al. Advances in the potential biomarkers of epilepsy. Front Neurol. 2019;10:685. doi: 10.3389/fneur.2019.00685
  23. Hol EM, Pekny M. Glial fibrillary acidic protein (GFAP) and the astrocyte intermediate filament system in diseases of the central nervous system. Curr Opin Cell Biol. 2015;32:121–130. doi: 10.1016/j.ceb.2015.02.004
  24. Yang Z, Wang KK. Glial fibrillary acidic protein: from intermediate filament assembly and gliosis to neurobiomarker. Trends Neurosci. 2015;38(6):364–374. doi: 10.1016/j.tins.2015.04.003
  25. Wang Q, Lin Z, Yao C, et al. Meta-analysis of MMP-9 levels in the serum of patients with epilepsy. Front Neurosci. 2024;18:1296876. doi: 10.3389/fnins.2024.1296876
  26. Bronisz E, Cudna A, Wierzbicka A, Kurkowska-Jastrzębska I. Serum proteins associated with blood-brain barrier as potential biomarkers for seizure prediction. Int J Mol Sci. 2022;23(23):14712. doi: 10.3390/ijms232314712
  27. Meguid NA, Samir H, Bjørklund G, et al. Altered S100 calcium-binding protein B and Matrix Metallopeptidase 9 as biomarkers of mesial temporal lobe epilepsy with hippocampus sclerosis. J Mol Neurosci. 2018;66(4):482–491. doi: 10.1007/s12031-018-1164-5
  28. Ichiyama T, Nishikawa M, Yoshitomi T, et al. Tumor necrosis factor-alpha, interleukin-1 beta, and interleukin-6 in cerebrospinal fluid from children with prolonged febrile seizures. Comparison with acute encephalitis/encephalopathy. Neurology. 1998;50(2):407–411. doi: 10.1212/wnl.50.2.407
  29. Iughetti L, Lucaccioni L, Fugetto F, et al. Brain-derived neurotrophic factor and epilepsy: a systematic review. Neuropeptides. 2018;72:23–29. doi: 10.1016/j.npep.2018.09.005
  30. Shpak AA, Rider FK, Druzhkova TA, et al. Reduced levels of lacrimal glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) in patients with focal epilepsy and focal epilepsy with comorbid depression: a biomarker candidate. Int J Mol Sci. 2023;24(23):16818. doi: 10.3390/ijms242316818
  31. Zhao B, Shen LX, Ou YN, et al. Risk of seizures and subclinical epileptiform activity in patients with dementia: a systematic review and meta-analysis. Ageing Res Rev. 2021;72:101478. doi: 10.1016/j.arr.2021.101478
  32. Ranasinghe KG, Kudo K, Hinkley L, et al. Neuronal synchrony abnormalities associated with subclinical epileptiform activity in early-onset Alzheimer’s disease. Brain. 2022;145(2):744–753. doi: 10.1093/brain/awab442
  33. Martin SP, Leeman-Markowski BA. Proposed mechanisms of tau: relationships to traumatic brain injury, Alzheimer’s disease, and epilepsy. Front Neurol. 2024;14:1287545. doi: 10.3389/fneur.2023.1287545
  34. Smith KM, Blessing MM, Parisi JE, et al. Tau deposition in young adults with drug-resistant focal epilepsy. Epilepsia. 2019;60(12):2398–2403. doi: 10.1111/epi.16375
  35. Shapiro LA, Bialowas-McGoey LA, Whitaker-Azmitia PM. Effects of S100B on serotonergic plasticity and neuroinflammation in the hippocampus in down syndrome and Alzheimer’s disease: studies in an S100B overexpressing mouse model. Cardiovasc Psychiatry Neurol. 2010;2010:153657. doi: 10.1155/2010/153657
  36. Meguid NA, Samir H, Bjørklund G, et al. Altered S100 calcium-binding protein B and matrix metallopeptidase 9 as biomarkers of mesial temporal lobe epilepsy with hippocampus sclerosis. J Mol Neurosci. 2018;66(4):482–491. doi: 10.1007/s12031-018-1164-5
  37. Langeh U, Singh S. Targeting S100B Protein as a surrogate biomarker and its role in various neurological disorders. Curr Neuropharmacol. 2021;19(2):265–277. doi: 10.2174/1570159X18666200729100427
  38. Abraira L, Santamarina E, Cazorla S, et al. Blood biomarkers predictive of epilepsy after an acute stroke event. Epilepsia. 2020;61(10):2244–2253. doi: 10.1111/epi.16648
  39. Shi LM, Chen RJ, Zhang H, et al. Cerebrospinal fluid neuron specific enolase, interleukin-1β and erythropoietin concentrations in children after seizures. Childs Nerv Syst. 2017;33(5):805–811. doi: 10.1007/s00381-017-3359-4
  40. Rabinowicz AL, Correale J, Boutros RB, et al. Neuron-specific enolase is increased after single seizures during inpatient video/EEG monitoring. Epilepsia. 1996;37(2):122–125. doi: 10.1111/j.1528-1157.1996.tb00002.x
  41. Correale J, Rabinowicz AL, Heck CN, et al. Status epilepticus increases CSF levels of neuron-specific enolase and alters the blood-brain barrier. Neurology. 1998;50(5):1388–1391. doi: 10.1212/wnl.50.5.1388
  42. Willert C, Spitzer C, Kusserow S, Runge U. Serum neuron-specific enolase, prolactin, and creatine kinase after epileptic and psychogenic non-epileptic seizures. Acta Neurol Scand. 2004;109(5):318–323. doi: 10.1046/j.1600-0404.2003.00232.x
  43. Chang CC, Lui CC, Lee CC, et al. Clinical significance of serological biomarkers and neuropsychological performances in patients with temporal lobe epilepsy. BMC Neurol. 2012;12:15. doi: 10.1186/1471-2377-12-15
  44. Yasak IH, Yilmaz M, GÖnen M, et al. Evaluation of ubiquitin C-terminal hydrolase-L1 enzyme levels in patients with epilepsy. Arq Neuropsiquiatr. 2020;78(7):424–429. doi: 10.1590/0004-282x20200040
  45. Mondello S, Palmio J, Streeter J, et al. Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCH-L1) is increased in cerebrospinal fluid and plasma of patients after epileptic seizure. BMC Neurol. 2012;12:85. doi: 10.1186/1471-2377-12-85
  46. Li Y, Wang Z, Zhang B, et al. Cerebrospinal fluid ubiquitin C-terminal hydrolase as a novel marker of neuronal damage after epileptic seizure. Epilepsy Res. 2013;103(2-3):205–210. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2012.08.001
  47. Tikhonova MA, Shvaikovskaya AA, Zhanaeva SY, et al. Concordance between the in vivo content of neurospecific proteins (BDNF, NSE, VILIP-1, S100B) in the hippocampus and blood in patients with epilepsy. Int J Mol Sci. 2023;25(1):502. doi: 10.3390/ijms25010502
  48. Tan Z, Jiang J, Tian F, et al. Serum Visinin-like protein 1 is a better biomarker than Neuron-specific enolase for seizure-induced neuronal injury: a prospective and observational study. Front Neurol. 2020;11:567587. doi: 10.3389/fneur.2020.567587

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Maksimova M.Y., Abbasova E.M., Shitova A.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».