PNAS：刘俊宇团队揭示减轻颞叶癫痫发病中的神经炎症的重要机制
撰文︱郭安妮、刘俊宇
颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）是一种表现为从颞叶开始的自发和反复的癫痫发作的神经系统性疾病。现有的抗癫痫药物主要通过直接调控神经元的活动，但有约三分之一的病人具有抗药性。多项研究表明，星形胶质细胞对调节神经元活动有重要作用。
星形胶质细胞通过连接蛋白半通道（connexin hemichannel）释放胶质递质（gliotransmitters），例如谷氨酸盐，D-丝氨酸，ATP等。在病理条件下，连接蛋白半通道开放程度的上升会导致过量的胶质递质被释放到神经元的周围，从而进一步增强神经炎症和神经元的兴奋性，进一步导致神经元损伤。然而，连接蛋白半通道在颞叶癫痫的发病过程中的具体作用还需要进一步的探索。
近日，香港城市大学的刘俊宇团队联合瓦尔帕莱索大学的Juan C. Sáez团队在《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)杂志上发表了题为 Inhibition of connexin hemichannels alleviates neuroinflammation and hyperexcitability in temporal lobe epilepsy 的研究论文。通过使用一种名为D4的连接蛋白半通道新型抑制药物，该论文揭示了连接蛋白半通道在减轻颞叶癫痫发病过程中的神经炎症和过度兴奋的重要作用。
研究人员首先发现连接蛋白半通道抑制剂D4的预处理显著提高了毛果芸香碱（pilocarpine）造模的癫痫动物的存活率。为了探究D4对癫痫引起的神经炎症反应的影响，研究人员发现在癫痫造模的七天后，D4降低了由毛果芸香碱引起的星状细胞和小胶质细胞在梨状皮质和海马中表达的上升。接下来，为了探究D4对癫痫引起的神经元过度兴奋的影响，研究人员发现D4的预处理提高癫痫动物中海马CA1区域的单个锥体神经元（Pyramidal neuron）的自发性抑制性突触后电流（spontaneous inhibitory postsynaptic currents, sIPSCs）的频率，说明D4减轻了由癫痫引起的神经元的抑制性降低。与此同时，D4极大幅度地降低了癫痫大发作时初级运动皮层的局部场电位（local field potential）的电图癫痫活动（electrographic seizure activity），癫痫样棘波（epileptic spikes）的数量以及高幅值棘波（high-amplitude spikes）的比例。接下来，为了探究癫痫发病过程中的分子事件和基因表达，研究人员检测了突触和炎症相关基因的mRNA表达。研究人员发现在造模后三天，在梨状皮质和海马中，突触相关基因（包括gad1, vglut1, homer1, pvalb）表达量降低，而炎症相关基因（包括gfap, cd68, trem2, cx3cr1, tlr9, c3, nlrp3, tnf, tnfr1）表达量显著升高。癫痫发作后给D4药提高了突触相关基因的mRNA表达，并降低了炎症相关基因的mRNA表达。这些结果表明，通过D4抑制连接蛋白半通道可以在基因和蛋白的层面上抑制癫痫动物的神经炎症，以及神经元过度兴奋。
接下来，为了探究D4作用的机制，研究人员首先利用羧基荧光素（carboxyfluorescein，CBF）上色实验来反映连接蛋白半通道的活性。研究人员发现不论是在急性脑切片还是在动物体内的D4处理，都可以降低癫痫动物组梨状皮质和海马中羧基荧光素的总上色率以及在星状细胞中的上色率。这些结果反映了D4能抑制癫痫引起的连接蛋白半通道的活性升高。与此同时，为了探究D4与不同类型的连接蛋白半通道和缝隙连接通道（gap junction channel）的作用机制，研究人员做了一系列分子模拟对接（molecular docking）实验，并发现相比于Cx43缝隙连接通道或Cx39连接蛋白半通道，D4与Cx43连接蛋白半通道之间有着更强的结合亲和力（binding affinity）。
总而言之，该研究利用连接蛋白半通道抑制剂D4，结合一系列实验手段，从细胞，脑片及动物水平上，揭示了D4通过抑制星状细胞上的连接蛋白半通道的活性，来抑制癫痫发病过程中的神经炎症反应和神经元过度兴奋，从而达到有效的抗癫痫效果，为癫痫疾病的治疗提供了新的视角。
香港城市大学神经科学系的刘俊宇博士和瓦尔帕莱索大学科学学院的Juan C. Sáez教授为论文的共同通讯作者，郭安妮博士为论文第一作者。
原文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2213162119
