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癫痫是最常见的严重的神经系统疾病之一,影响了全球约6500万人。其中,中国的总患病率为2.89‰。癫痫发作需要脑内两个生理改变,即神经元兴奋性提高和神经元网络的异常同步化放电。癫痫造成的大脑长期可塑性变化影响受体和通道的表达,导致苔藓纤维增生、突触重组以及反应性胶质化等病理改变。当前的病理生理学理论强调,神经功能损害、异常神经连接都是癫痫相关因素[。大多数抗癫痫药物都是以神经机制作为靶向。然而,现有抗癫痫效药物对近三分之一的癫痫患者不起作用,因此,若想获得更有效的治疗方法则需对机制有更深层次的了解。最近的研究指出神经胶质细胞尤其是星形细胞和小胶质细胞,对癫痫的病理生理学有显著作用,其主要机制是神经胶质细胞可以分泌一些分子,有力地调控突触的形成、成熟、功能和消除。近年来,一些星形胶质细胞分泌的分子家族已被鉴定出来。如,TSP和hevin控制中枢神经系统神经元之间的兴奋性突触结构的形成、和这些突触的突触后沉默。目前的研究发现,造成这种突触后沉默的无功能突触的主要原因是AMPA受体的缺乏。在进一步的研究中,人们用生化方法发现一个新的星形胶质细胞分泌的分子家族,它能够诱导功能性的兴奋性突触的形成。这个家族就是glypicans(GPC)。glypicans是硫酸乙酰肝素蛋白多糖家族,它由糖基磷脂酰肌醇锚定到细胞质膜,通过内源性磷脂酶裂解释放蛋白质。在哺乳动物中有6个家庭成员(GPC1—GPC6)。人类GPC4是一个有556个氨基酸的蛋白,并显示出与小鼠K-酰肌醇蛋白聚糖93.5%的一致性。GPC4的基因已经被定位于Xq26。研究发现,GPC4在星形胶质细胞有表达。GPC4主要参与Wnt信号的调控,星形胶质细胞GPC4对兴奋性突触形成起着重要的作用。癫痫发作是一个大脑神经网络突发异常同步放电的结果。虽然各种非传统机制可能在癫痫同步作用中扮演重要角色,但是兴奋性谷氨酸能神经元的突触连接网络中的级联兴奋是一个经典的机制。由于在整个中枢神经系统的情况下,癫痫病灶内部或相关癫痫脑区之间的快速突触兴奋主要是通过AMPA受体介导的。通过抑制谷氨酸介导的兴奋,AMPA受体拮抗剂可以显着地减少或消除在体外的癫痫样活动,并对广泛的动物模型痫性发作起保护作用。NMDA受体也可以有促进癫痫样活动,但NMDA受体阻断却不足以消除癫痫样放电。其中,一种高效力、口服的活性非竞争性AMPA受体拮抗剂——吡仑帕奈已经被证明临床疗效,同时也支持AMPA受体对癫痫的同步化的产生和人类癫痫癫痫放电的扩散至关重要的观点。在神经系统的发育中,星形胶质细胞分泌的GPC 4促进GluAl AMPA受体形成兴奋性突触。在静息电位,谷氨酸结合NMDA受体后几乎没有通过NMDA受体传递任何电流,这是因为此时的NMDA受体是被电压依赖性镁离子阻塞。只有当邻近或同一突触的AMPA受体激活产生足够的去极化才可解除这种位阻效应,从而允许阳离子通过NMDA受体通道,产生一个兴奋性突触后电流。星形胶质细胞分泌glypicans可以增加AMPA受体的GluA1亚型的表位和群集,从而诱发兴奋性突触功能。glypicans的神经元受体还未确定,但在黑腹果蝇的研究表明,白细胞抗原相关的受体(LAR)可能参与。既然星形胶质细胞分泌的GPC4可以通过AMPA受体诱发兴奋性突触功能,而癫痫病灶内部或相关癫痫脑区之间的快速突触兴奋又主要由AMPA受体介导。那么,星形胶质细胞分泌的GPC4是否参与癫痫样活动的调节?为了研究GPC4在癫痫病理中的作用,我们使用了小鼠杏仁核注射海人藻酸模型作为本实验的慢性癫痫小鼠模型。手术提取KA慢性癫痫造模小鼠的双侧海马和前额叶皮层,利用实时荧光定量PCR和western bloting检测GPC4的表达情况。实验发现,KA组小鼠海马的GPC4mRNA的表达量相比对照组明显升高,其蛋白表达水平相比对照组明显降低;而前额叶皮层的GPC4表达量在mRNA水平和蛋白水平,KA组与对照组均无显著差异。随后,我们以同样的方法检测了几个与癫痫关系密切的海马亚区的GPC4的水平,发现KA组小鼠海马CA1区的GPC4表达量在mRNA水平明显升高,其在蛋白水平明显降低;非CA1区的GPC4表达量在mRNA水平和蛋白水平相比对照组均变化不显著。然后,我们构建了腺相关病毒(AAV)-GPC4 shRNAs,分别在双侧海马的CA1区和CA3区注射病毒,敲低这些区域的GPC4。病毒注射两周后做行为学检测实验。我们发现,当病毒注射于CA1区时,小鼠癫痫的发作率和发作等级均有明显降低;当CA3区注射病毒时,癫痫3级发作率和发作等级均有降低,2级发作率有下降趋势。通过以上结果,我们可以得出结论:慢性癫痫小鼠海马的GPC4蛋白表达水平降低,可能是机体的一种代偿性保护引起;降低CA1区的GPC4水平,小鼠的癫痫易感性降低。进一步推测,我们认为降低胶质细胞分泌的GPC4,可以导致AMPA受体激活减少,以至于无法产生足够的去极化来解除镁离子对NMDA受体的位阻效应,导致兴奋性突触后电流产生受阻,从而使得兴奋性突触的兴奋性无法向下传递,出现抗癫痫样表现。