同样来自下托,两路输出为何相反影响发作?
小鼠研究发现,抑制下托至丘脑前核的输入可减轻海马发作,抑制至内嗅皮层的输入却可能加重。深浅位置、末梢活动及HCN相关爆发放电,揭示了两群细胞的差别。
同一个脑区的兴奋性细胞,是否都会把癫痫发作推向同一个方向?2022年8月25日发表于 Nature Communications 的研究,对海马的重要输出区域——下托(SUB)给出了一个反直觉答案。它的两路输出虽然都来自锥体细胞,抑制后的结果却相反:通向丘脑前核(ANT)的一路减弱,发作缓和;通向内嗅皮层(EC)的一路减弱,发作反而加重。团队在小鼠点燃与慢性发作模型中,继续追踪两群细胞的位置、活动和离子通道特性,解释为何“压低一个脑区”未必能概括回路的真实作用。
SUB→ANT与SUB→EC输入的抑制产生相反结果。ANT投射群更多位于深层,具有较强的HCN相关爆发放电;降低该群HCN1可减缓点燃发展,EC投射群对应干预未见显著效果。
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整体活动升高,内部并非整齐划一
海马点燃诱发局灶性或继发广泛化发作时,下托锥体细胞群钙信号均升高,广泛化时更强。较慢的c-Fos活动标记也显示,广泛化之后深层细胞更活跃,浅层并没有同样程度的增加。
增强较广锥体群活动可加快点燃发展,抑制则减缓。但在已经充分点燃的小鼠中,整体激活主要延长广泛化持续时间,发作等级和后放电时长没有显著变化。细胞活动对发作的影响,已经显示出阶段与指标的区别。
点燃发展与充分点燃后的发作表达,是研究区分的两个过程。前者关注网络怎样逐步更容易出现严重发作,后者观察已经建立的发作有多强、持续多久。同一路输入在这两个阶段中的作用,也可以分别检验。
来源:Fei F et al. · Nature communications · CC BY
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通向丘脑前核,成为发作放大的支路
沿下托输出追踪,ANT是重要靶区之一。在ANT内激活下托末梢,可加快点燃发展,充分点燃后还会延长后放电与广泛化持续时间,海马脑电绝对功率升高。
抑制同一路末梢,点燃发展减缓,充分点燃后的等级与持续时间降低,脑电功率也下降。这条兴奋性输出像一个能够影响发作强度的放大环节;增强与减弱它,留下方向相反的结果。
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通向内嗅皮层,抑制却带来相反结果
抑制下托在EC的末梢后,点燃进程更快,已经建立的发作后放电和广泛化持续时间延长。与此同时,抑制通向乳头体或伏隔核的末梢,对受测点燃发展没有显著影响。下托输出并不是可随意互换的一组线路。
在海人酸慢性模型中,抑制ANT末梢减少局灶与广泛化发作。抑制EC末梢则增加局灶发作次数与总时长;广泛化次数较干预前有上升趋势,但这一比较未达显著。两种模型共同支持线路方向的重要性,也呈现具体指标间的差别。
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深浅位置不同,末梢动态也不同
逆向追踪显示,投向ANT的下托细胞主要位于深层,投向EC的细胞更多位于浅层,两类标记在空间上明显分开。观察目标从整个下托缩小到具体输出群后,结构上的差别变得清楚。
末梢钙记录进一步显示,局灶发作时ANT端信号增加,EC端信号下降。广泛化发作中,ANT端出现延迟升高,EC端短暂增加后降低,且可持续到发作结束后。共享兴奋性身份的输出,并没有在发作中同步变化。
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平均放电相近,爆发能力仍有差别
深浅区域记录单元的平均放电率相近,深层却有更多爆发。脑片中识别出的ANT投射细胞,部分具有更强的爆发特征:一次爆发包含更多动作电位,脉冲间隔更短。
这些差别与超极化激活电流Ih及HCN通道有关。通道相关响应较强的细胞更容易形成密集爆发,药理阻断则削弱这种表现。区别不只是“放电多少”,还包括信号怎样成串出现,这为两路输出的不同作用提供了细胞层面的解释。
爆发也受到其他电流影响。补充实验中,T型钙通道相关阻断同样影响爆发与发作表现。密集放电来自多种细胞机制的共同作用,投射身份则帮助研究者辨认这些机制在网络中的具体位置。
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瞄准特定投射,比统一降低活动更具体
降低ANT投射下托细胞中的HCN1,点燃发展减缓;在EC投射群中进行对应干预,没有显著效果。研究还发现,充分点燃后SUB→ANT诱发场电位增强,而点燃期间抑制该输入或阻断下托HCN相关作用,会减弱这类增强。
这些结果将投射身份、爆发放电和传递变化联系起来。主要成年雄鼠中的研究说明,同一兴奋性脑区里可以并存作用相反的输出。EC输入为何能限制发作、是否通过反馈抑制发挥作用,仍是作者提出的待解问题;回路分工本身已经改变了理解整体活动的方式。
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