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压低背侧缝核一群细胞,海马发作进程变慢

CNS neuroscience & therapeutics · 2021-05-06

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CNS neuroscience & therapeutics · 研究前沿

压低背侧缝核一群细胞,海马发作进程变慢

小鼠研究发现,背侧缝核5-HT能细胞在海马发作时更活跃;抑制这群细胞可延缓发作加重,增强活动却未产生镜像效应。

原论文Figure 1A全身性发作组单一组织视野局部:背侧缝核中的绿色c-Fos与蓝色细胞核荧光

海马发作时,变化并不只发生在海马。参与情绪、睡眠等多种功能的脑干系统,也可能被卷入异常活动。2021年5月6日发表于 CNS Neuroscience & Therapeutics 的小鼠研究,观察到背侧缝核(DR)的5-羟色胺(5-HT)能细胞在海马发作中明显活跃。进一步降低它们的活动,能够延缓反复诱发过程中发作逐渐加重的进程。一个看似支持全脑调节的系统,由此显出依赖细胞位置与发作阶段的具体作用。

关键发现

DR的5-HT能细胞活动随发作加重而升高,抑制该群体可延缓模型进展,作用主要在后期;受测低频电刺激也有相似效果,同时增强该群体活动会使刺激效应消失。

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发作的回响,传到了脑干

DR是向前脑发送5-HT相关信号的重要区域。研究先在海马发作后看到,这里的c-Fos活动相关标记明显增加;随后针对5-HT能群体的钙记录,也捕捉到发作附近的信号上升。两种观察从不同角度提示,脑干这部分网络参与了发作过程。

从局灶发作到更广泛的全身性发作,钙信号随发作阶段加重而增强。这记录的是一群细胞活动的动态,并非直接测量5-HT释放量。细胞被卷入异常活动之后,究竟在抵抗发作还是帮助它扩展,需要进一步看改变活动会发生什么。

原论文图 1发作的回响,传到了脑干
发作的回响,传到了脑干
Figure 1:发作后DR活动标记增加,5-HT能群体在局灶和全身性发作附近均有钙信号升高,较重阶段的响应更明显。
来源:Cheng H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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降低活动后,发作加重的进程放慢

在海马点燃模型中,发作会随着反复诱发逐渐加重。降低DR的5-HT能细胞活动后,发作阶段上升变慢,脑电后放电持续时间缩短。后放电反映诱发事件之后异常电活动延续了多久,它与外在行为分级一起呈现了效应。

这种影响主要出现在模型进展后期、涉及全身性发作的阶段,较早的局灶阶段效果并不突出。相反,增强这群细胞活动,没有显著改变模型进展。抑制与激活的结果并不对称,也让这个群体的作用与发作时所处的网络状态联系起来。

原论文图 2降低活动后,发作加重的进程放慢
降低活动后,发作加重的进程放慢
Figure 2:抑制DR的5-HT能细胞延缓发作阶段上升并缩短后放电,后期效应更突出;增强活动未见显著影响。
来源:Cheng H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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相似的结果,出现在受测低频电刺激中

团队进一步考察DR区域的电刺激。受测的一种低频条件,同样减缓发作阶段进展、缩短后放电,并使后期未表现发作的事件增加。另两种受测频率条件则未显著改变进展,说明作用依赖所处的刺激条件,而不是电刺激一概有效。

这组结果与细胞活动抑制在方向和阶段上相近,但电刺激影响的范围比一种标记细胞更广,也可能涉及周围神经元与经过的纤维。相似的发作表现提出了共同机制的可能,还需要把区域刺激与细胞群活动再联系起来。

原论文图 3相似的结果,出现在受测低频电刺激中
相似的结果,出现在受测低频电刺激中
Figure 3:一种受测低频DR电刺激条件延缓点燃进程、缩短后放电,另两种频率条件未见显著效果,差别主要体现在进展后期。
来源:Cheng H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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同时增强这群细胞,刺激的效应消失

当区域电刺激与DR的5-HT能细胞激活同时出现,前者对发作阶段、后放电时间和无发作事件的改善不再保留,结果接近对照。这把两层证据接到了一起:该细胞群的状态能够改变区域刺激所产生的效果。

研究据此提出,降低这群细胞在发作中的过度活动,可能参与低频刺激的作用。电刺激期间这些细胞具体怎样改变、是否还经过其他细胞或连接,仍未完全明确;长时程抑制等突触机制在这里也属于待检验的解释。

原论文图 4同时增强这群细胞,刺激的效应消失
同时增强这群细胞,刺激的效应消失
Figure 4:同时增强DR的5-HT能细胞活动后,低频刺激对发作进程、后放电及无发作事件的影响消失,支持该群体参与相关效应。
来源:Cheng H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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发作指标变了,情绪相关指标并未同步改变

DR也常与情绪调节相联系,而癫痫与抑郁的共病让这个问题格外值得关注。研究在发作进程结束后比较了糖水偏好、梳理与悬尾行为,相关测值没有因区域刺激出现显著变化。这些结果把发作方面的效应,与受测情绪相关行为区分开。

同一批比较中,点燃模型本身也没有在这些指标上与对照拉开显著差距,因此这里并没有建立一个明确的抑郁样表型,再把它恢复。发作期附近的区域调节、之后的行为评估,以及其他研究中直接针对行为期的调节,所回答的问题各有条件。

同一种递质系统,不等于同一种作用

既往5-HT相关研究在不同发作模型中得到过不同方向的结果。这项工作把范围收紧到DR的特定群体与海马点燃进程:参与程度随发作阶段变化,降低活动的效应也偏向后期。把递质名称、细胞来源和疾病阶段放在一起,才更接近实际的回路作用。

这些小鼠结果揭示了一个可继续追踪的脑干节点,而DR内部还有不同细胞亚群与广泛投射。哪些连接承接了发作相关活动、不同发作类型是否遵循同一规律,仍是后续问题。当前证据聚焦实验性发作的进展,尚未覆盖自发发作的长期控制。

论文信息

Cheng H, Qi Y, Lai N, Yang L, Xu C, Wang S, Guo Y, Chen Z, Wang Y.
Inhibition of hyperactivity of the dorsal raphe 5-HTergic neurons ameliorates hippocampal seizure
CNS neuroscience & therapeutics · 2021-05-06
DOI: 10.1111/cns.13648