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本该踩刹车的细胞,为何参与推动癫痫扩散?

Signal transduction and targeted therapy · 2023-05-17

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Signal Transduction and Targeted Therapy · 研究前沿

本该踩刹车的细胞,为何参与推动癫痫扩散?

皮层发育异常的影响,可以延伸到远处的海马。结合患者记录与大鼠研究,科学家发现,齿状回两类中间神经元在发作扩展中的作用出现分化。

原论文图4B合并荧光视野局部:齿状回SOM相关细胞标记

癫痫发作为什么会从一处异常扩展到更大的脑网络?对于皮层发育异常相关癫痫,只盯着皮层病灶,有时还不足以理解全貌。2023年5月17日发表于 Signal Transduction and Targeted Therapy 的研究,将患者的颅内记录与大鼠模型联系起来,把目光投向远离皮层病灶的海马。研究中最引人注意的,是一类通常与抑制作用相联系的生长抑素阳性中间神经元:在模型中,它们的活动与发作扩展相伴,增强相关活动还会延长广泛发作。不同中间神经元,可能在同一病理网络里扮演不同角色。

关键发现

患者记录提示部分皮层发育异常中的海马活动与发作网络范围相关;大鼠模型进一步揭示,齿状回SOM相关细胞群可促进发作扩展,PV相关群体则保留抑制作用。增强的谷氨酸相关传递为这种分化提供了机制线索。

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离病灶较远的海马,也进入了发作网络

研究分析了38名接受术前立体脑电检查、随后经病理确诊的局灶性皮层发育不良患者。在这组患者中,I型的高致痫性区域分布更广。进一步看I型患者,海马的致痫性指标越高,具有较高指标的脑区往往越多,两者呈显著相关。

这是一条关于网络的临床线索,并未直接证明海马造成了扩散。在有术后随访的I型患者中,结局较差者的海马指标数值偏高,但两组比较没有达到显著差异。因此,网络相关性与个体手术结局,是这组资料回答程度不同的两个问题。

原论文图 1患者海马指标与发作网络范围
患者海马指标与发作网络范围
图1连接患者颅内记录、网络范围和海马指标。I型内的网络相关性显著,术后结局分组的海马比较未达显著。
来源:Zheng Y et al. · Signal transduction and targeted therapy · CC BY
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异常兴奋,集中显露在齿状回

大鼠模型中,研究者观察到皮层分层异常及类似临床的异常脑电活动。海马的发作间期异常放电较多,诱发条件下也更容易出现广泛发作,广泛发作持续更久。这些现象让研究能够继续追问:海马中的哪一部分细胞发生了改变?

齿状回颗粒细胞对输入更敏感,产生放电所需的门槛降低,放电数量增加;静息膜电位等若干性质没有显著变化。研究也未在CA1和下托锥体细胞中观察到同样的兴奋性改变。异常并不是沿整个海马均匀铺开,而是具有区域与细胞差别。

原论文图 2模型的网络活动与颗粒细胞兴奋性
模型的网络活动与颗粒细胞兴奋性
图2展示异常放电、发作进展和颗粒细胞响应。
来源:Zheng Y et al. · Signal transduction and targeted therapy · CC BY
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数量减少,不代表剩下的细胞作用更弱

组织观察发现,齿状回门区的SOM阳性细胞密度降低,PV阳性细胞密度却没有显著改变。颗粒细胞层以及CA1、CA3锥体细胞层的宽度,也未出现显著差异。相近区域内的不同细胞指标,呈现出各自的变化。

SOM细胞密度的降低,在较早发育阶段已经出现;有限的凋亡标记并不足以解释全部过程。更值得追问的,是留下来的相关细胞在发作中怎样工作。细胞数量、细胞活动和网络影响,并不一定沿同一方向变化。

原论文图 3海马不同细胞群的组织比较
海马不同细胞群的组织比较
图3显示齿状回SOM细胞密度降低,与PV细胞及多个细胞层指标的未显著改变形成对照。
来源:Zheng Y et al. · Signal transduction and targeted therapy · CC BY
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SOM相关群体,参与推动广泛发作

发作期间,SOM相关群体的钙信号随广泛发作升高,严重发作中的响应尤其明显。抑制相关群体后,发作分级降低,广泛发作出现更晚、持续更短,进展曲线也改变,支持这群细胞在模型中促进发作扩展。

反过来增强相关活动,广泛发作持续时间增加,累积进展曲线向更快扩展的方向移动;但发作分级和广泛发作潜伏期的单项比较并未达到显著。变化最清楚地体现在持续时间与整体进展,而不是每一项指标都同步加重。

原论文图 4SOM相关群体的活动与功能结果
SOM相关群体的活动与功能结果
图4比较群体活动、抑制和激活。激活后持续时间与累积进展改变,分级和潜伏期比较未达显著。
来源:Zheng Y et al. · Signal transduction and targeted therapy · CC BY
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PV相关群体,仍保留着抑制方向

PV相关群体在发作中的钙信号响应较弱,功能结果也与SOM不同。增强PV相关活动可以缩短广泛发作持续时间、放缓累积进展;降低相关活动则使累积进展加快。但这些干预并没有让所有分级或时间指标都出现显著变化。

原论文图 5PV相关群体的响应及发作进展
PV相关群体的响应及发作进展
图5展示PV相关群体的功能结果:激活缩短广泛发作持续时间并放缓累积进展,抑制主要改变累积进展。
来源:Zheng Y et al. · Signal transduction and targeted therapy · CC BY
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谷氨酸相关传递,为反常作用提供解释

相关SOM群体活动增强时,模型颗粒细胞接收到兴奋性电流的概率及兴奋与抑制的相对比值都增加。受体阻断等证据支持谷氨酸参与这种直接兴奋性传递,组织共标记也发现部分SOM细胞同时带有相关兴奋和抑制标记。

这些结果支持部分细胞获得不同递质传递特征的解释,尚未逐对证明每一个细胞怎样共同释放递质,也不是所有SOM细胞都变成了兴奋性细胞。

原论文图 6兴奋性传递与混合细胞标记
兴奋性传递与混合细胞标记
图6提供突触电流与组织标记两类证据,支持部分SOM相关细胞的谷氨酸传递增强。
来源:Zheng Y et al. · Signal transduction and targeted therapy · CC BY
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理解发作扩散,需要越过病灶边界

这项研究提示,远处海马的细胞变化可能参与皮层病灶相关的广泛网络活动。患者中的网络相关性与大鼠中的细胞机制,构成相互呼应的两层证据;人的SOM细胞是否具有同样传递变化、是否适合成为治疗靶点,仍需要直接临床证据。

论文信息

Zheng Y, Xu C, Sun J, Ming W, Dai S, Shao Y, Qiu X, Li M, Shen C, Xu J, Fei F, Fang J, Jiang X, Zheng G, Hu W, Wang Y, Wang S, Ding M, Chen Z.
Excitatory somatostatin interneurons in the dentate gyrus drive a widespread seizure network in cortical dysplasia
Signal transduction and targeted therapy · 2023-05-17
DOI: 10.1038/s41392-023-01404-9