钾离子通道Kv4.2、Kv4.3及其相互作用蛋白KChIP1在慢性部分性癫痫中的机制研究

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癫痫是神经系统常见疾患,是一种慢性反复发作性的脑功能失调综合征,以脑神经元集合体异常同步化电活动引起的反复痫性发作为特征。在癫痫患者异常电活动过程中,脑神经元细胞内外离子分布和转运通常出现明显异常。这些离子进出细胞受离子通道的调节,包括钾离子通道、钠离子通道、钙离子通道及氯离子通道等,任何调节环节的异常都可能诱发癫痫。近几年已从多方面证实钾离子通道异常可导致癫痫,如良性新生儿家族性惊厥(BFNC)被证明是编码电压门控型钾通道M型KCNQ2和KCNQ3基因发生突变,引起细胞膜电位异常而导致癫痫发作。因此对钾离子通道以及钾通道调控因素—钾通道相互作用蛋白1(Kvchannel-interactingprotein1,KChIP1)与癫痫的关系的研究是当今的热点之一。 钾离子通道在调节神经元的兴奋性方面起着很重要的作用,它参与细胞膜静息电位的产生和调节。钾通道开放时引起钾离子顺化学梯度外流,导致细胞膜超极化和复极化,参与动作电位的产生。大脑中A型钾电流主要由Kv4通道介导,该型通道具有快速激活和失活的特性。 很多电压门控型钾通道(Voltage-gatedpotassiumchannel,Kv)包括一些辅助单位可以调节离子通道复合体的生物物理、生化以及细胞生物学方面的特征。其中,钾通道相互作用蛋白(Kvchannel-interactingproteins,KChIPs)就是与之具有高度相关性的其中之一,它与细胞质中的Kv4α亚基疏水N端结合,能通过结构调节和动力学调节以及通过改变失活Kv的复活速度来改变电流幅度。KChIPs分为KChIP1-4共四种亚型,由于其独特的N末端不同而具有不同的结构。KChIPs是一种钙结合蛋白,其核心保守区包含四个EF手型钙结合基序。可与钙离子结合而调节钾通道活性,进而调节神经元的兴奋性。 大鼠杏仁核电点燃癫痫模型是一种与人类颞叶癫痫的发生、形成具有高度相似性的慢性癫痫模型,能在刺激区诱导出局灶性的高兴奋神经元。本实验在杏仁核电点燃模型中,使用RT-PCR、免疫印迹方法分析KChIP1、Kv4.2、KV4.3蛋白及mRNA表达量变化,比较病灶侧与非病灶侧,以及不同发作级别表达的变化,研究二者在癫痫中的机制。 [材料与方法]选用成年健康雌性清洁级Sprague-Dawley(SD)大鼠,体重200-250g,分为3个组,分别是:对照组、电刺激未发作组、成功点燃模型组并分别进行刺激侧与非刺激侧对照。设置刺激参数为:频率16Hz,400μA~600μA细电流,连续单次刺激,波宽1.0ms,电脉冲串长总周期10s,电脉冲串间间隔时间5~7min。自刺激开始7天后处死大鼠,提取刺激侧与非刺激侧杏仁核全细胞蛋白,并进行蛋白定量。将蛋白进行电泳分离、转膜,与Kv4.2、KChIP1抗体反应后,应用化学发光法对蛋白进行检测。扫描所得的蛋白质条带,用灰度分析软件进行分析,研究致痫后Kv4.2、KChIP1蛋白表达变化。同时提取刺激侧与非刺激侧杏仁核组织总RNA,逆转录和PCR扩增后分别进行琼脂糖凝胶电泳,用灰度分析软件分析扫描所得条带,研究致痫后Kv4.2、Kv4.3、KChIP1在mRNA水平表达变化。本试验所得数据用t检验,p<0.05为有显著差异,p<0.01为有非常显著差异。 [结果]杏仁核电点燃模型类似临床上癫痫病人的继发性全身强直-阵挛发作,随着刺激次数的增加,大鼠痫性发作潜伏期缩短,发作级数增加。点燃成功后再次刺激大鼠其出现大发作所需的刺激次数明显低于首次点燃所需刺激次数。 将Westernblot所得条带进行灰度分析,数值标准化后进行数据统计。在成功点燃模型组和接受电刺激无发作组中,双侧脑KChIP1蛋白表达较对照组都显著升高,Kv4.2的阳性信号在成功点燃模型组显著升高,在接受电刺激无发作组中轻度升高,对照组刺激侧与非刺激侧大脑比较无明显变化。同时,RT-PCR产物与蛋白变化相似,即在成功点燃模型组和接受电刺激无发作组中,双侧脑KChIP1在mRNA水平较对照组都显著升高,Kv4.2和Kv4.3在成功模型组显著升高,而接受刺激无发作组轻度升高。对照组刺激侧与非刺激侧大脑对比无明显变化。 [结论]1、杏仁核电点燃癫痫模型其制作方法成熟、稳定,其致痫机制符合人类慢性部分性癫痫,能在刺激区诱导出局灶性的高兴奋神经元,并能反应癫痫灶和癫痫放电起源,有利于对与癫痫发生可能相关的因素进行初步的、广泛的探索性研究。 2、成功点燃癫痫模型自接受电刺激一周后杏仁核Kv4.2蛋白与KChIP1表达水平升高。提示电点燃癫痫模型的神经元兴奋性下降的机制与KChIP1和Kv4.2有关。 3、成功点燃癫痫模型自接受电刺激一周后杏仁核Kv4.2、Kv4.3与KChIP1在mRNA表达水平显著升高,而接受电刺激无发作组Kv4.2和Kv4.3升高。提示电刺激后KChIP1可能在mRNA水平诱导Kv4.2和Kv4.3表达量变化,对钾离子通道兴奋性起调节作用。 4、各组病灶侧与非病灶侧大脑mRNA与蛋白水平相比Kv4.2、Kv4.3与KChIP1都无明显差异,提示单侧电刺激可诱导产生双侧的的兴奋性增高,其机制可能与调节Kv4.2和Kv4.3的表达水平有关。
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