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关于癫痫的最新研究进展

来源:本站原创 2019-09-22 23:47

2019年9月22日 讯/生物谷BIOON/ --本期为大家的带来的是有关癫痫的最新研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。

1. Nature:重大进展!首次解析出人突触GABAA受体的三维结构,有望开发出治疗癫痫等神经疾病的新型药物


doi:10.1038/s41586-018-0255-3

许多药物---不论是合法的还是非法的---都作用于大脑中最为丰富和最为重要的神经递质受体之一:A型GABA受体(type A GABA receptor, GABAA受体)。特别著名的是苯二氮平类药物(benzodiazepine),它们用于外科手术期间的麻醉,并用于治疗癫痫、焦虑和失眠。解析出这种受体的三维结构有朝一日可能导致人们开发出更好地治疗这些疾病的方法。

GABAA受体与γ-氨基丁酸(GABA)结合,其中GABA是成年大脑中主要的抑制性或镇静性神经递质。为了正常地发挥作用,大脑需要平衡刺激性信号和镇静性信号。GABAA受体功能障碍在以大脑中过度兴奋为特征的疾病(如癫痫)中发现到。除了镇静剂苯二氮平类药物之外,GABAA受体是巴比妥类药物、麻醉药和酒精的常见靶标。所有的这些药物都通过增加GABAA受体的活性而作用于大脑,从而进一步抑制大脑活动。

众所周知,GABAA受体的三维结构很难利用X射线衍射晶体分析法解析出。长期以来,这种方法被认为是结构生物学的黄金标准。它需要蛋白结晶,这样就能够根据X射线衍射图谱来确定蛋白结构。

在一项新的研究中,来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员寻求低温电镜技术(cryo-EM)的帮助。他们利用cryo-EM技术首次成功地解析出GABAA受体结合到GABA和药物氟马西尼(flumazenil)上的三维结构。相关研究结果于2018年6月27日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Structure of a human synaptic GABAA receptor”。论文通信作者为德克萨斯大学西南医学中心神经科学与生物物理学助理教授Ryan Hibbs博士。论文第一作者为Hibbs实验室博士后研究员Shaotong Zhu博士。

这些研究人员在烧瓶中利用细胞表达人突触GABAA受体并加以纯化,并将电生理学实验和利用cryo-EM技术获得的结构信息结合在一起来测试地西泮(一种苯二氮卓类药物)和氟马西尼对这种GABAA受体的影响,其中氟马西尼用于逆转麻醉和治疗苯二氮平类药物过量Hibbs博士说,“我们能够确定GABA如何选择性地与这种受体结合,并解释诸如苯二氮卓类药物和氟马西尼---它竞争性地作用于相同的位点上来逆转苯二氮卓类药物的效果---之类的药物为何特异性地作用于这种受体上。这对于理解药物结合机制和设计治疗多种神经疾病的新药产生深远的影响。”


2. Nat Commun:遗传学揭示治疗癫痫的新靶点


DOI: 10.1038/s41467-018-07524-z

近日,由RCSI(爱尔兰皇家外科医学院)的科学家在内的国际研究人员领导的一项大规模研究发现了11种与癫痫有关的新基因。

该研究发表在近期的《Nature Communications》杂志上。它极大地促进了对癫痫潜在生物学原因的了解,并可能为该病症的新治疗方法的发展提供信息。

研究人员将超过15,000名癫痫患者的DNA与30,000名健康人的DNA进行了比较。结果显示,有11个新基因与癫痫的发生有关。

研究人员发现,目前大多数抗癫痫药物直接靶向一种或多种相关基因,并间接确定了另外166种靶向相同基因的药物。

“除了研究结果提供的生物学见解外,本研究还将鼓励研究人员为患有困难和复杂癫痫的患者开发个性化和精确的治疗方法。这将提供更好的癫痫疗法,并将改善患者和家属的生活质量,”神经学家Norman Delanty副教授说道。


3. Cell:震惊!肠道细菌在生酮饮食的抗癫痫作用中起着关键作用


doi:10.1016/j.cell.2018.04.027

在一项新的研究中,来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员鉴定出在高脂肪低碳水化合物生酮饮食(high-fat, low-carbohydrate ketogenic diet)的抗癫痫作用中起着重要作用的特定肠道细菌。这项研究是首次建立癫痫易感性和肠道菌群---人体肠道中存在着的100万亿个左右的细菌和其他微生物---之间的因果关系。相关研究结果于2018年5月24日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“The Gut Microbiota Mediates the Anti-Seizure Effects of the Ketogenic Diet”。论文通信作者为加州大学洛杉矶分校综合生物学与生理学助理教授Elaine Hsiao博士。

Hsiao说,这种生酮饮食具有许多健康益处,包括对抗癫痫药物不作出反应的癫痫患儿遭受更少的癫痫发作。然而,人们对这种饮食如何帮助癫痫患儿一直没有给出明确的解释。

Hsiao实验室的研究人员推测肠道菌群通过这种生酮饮食发生改变,并且对这种饮食的抗癫痫作用是重要的。Hsiao的研究团队全面调查了肠道菌群是否影响这种生酮饮食阻止癫痫发作的能力,而且如果是这样的话,肠道菌群如何实现这些效果。

在这项将小鼠作为更全面理解癫痫的动物模型的研究中,这些研究人员发现这种饮食在不到四天的时间内就会大幅改变肠道菌群,而且吃这种饮食的小鼠的癫痫发作显著减少。

为了测试肠道菌群对阻止癫痫发作是否是重要的,这些研究人员分析了生酮饮食对两种小鼠的影响:那些在无菌实验室环境中作为无菌饲养的小鼠,以及那些用抗生素治疗来杀灭肠道微生物的小鼠。

论文第一作者、Hsiao实验室研究生Christine Olson 说,“在这两种小鼠下,我们发现生酮饮食不再有效地阻止癫痫发作。 这表明肠道菌群对这种饮食有效地减少癫痫发作是必需的。”

这些研究人员鉴定出肠道菌群DNA的确切核苷酸分子顺序,以便确定哪些细菌存在以及这些细菌在吃这种饮食后的水平。他们鉴定出两种类型的细菌---Akkermansia muciniphila和Parabacteroides,这种生酮饮食会增加它们的水平,而且它们在提供这种保护中发挥着关键作用。

有了这些新知识,这些研究人员研究了给予这两种细菌的无菌小鼠。Olson说,“我们发现如果我们能够一起给予这两种特定的细菌,那么我们就能够恢复生酮饮食对这种这些小鼠的保护作用。如果我们进给予这两种细菌中的一种,那么它们就不会阻止癫痫发作。这表明这两种不同的细菌当它们都存在时发挥一种独特的功能。”

这些研究人员测量了肠道、血液和海马体---一个在扩散癫痫中起着重要作用的大脑区域---中的数百种生化物质的水平。他们发现,这些在肠道菌群中的水平可通过生酮饮食加以提高的细菌会以影响海马体中的神经递质的方式改变肠道和血液中的生化物质水平。

这些细菌是如何做到这一点的?论文共同作者、Hsiao实验室博士后学者Helen Vuong 说,“这些细菌增加大脑中的γ-氨基丁酸(GABA)---一种沉默神经元的神经递质---相对于大脑中的谷氨酸---一种激活神经元使之放电的神经递质---的水平。”

Vuong说,“这项研究鼓励着我们研究肠道微生物的类似作用是否也在吃生酮饮食的人身上观察到。”

Hsiao说,“这些对健康和疾病的影响是有前景的,但是还需开展更多的研究来测试在小鼠中的发现是否也适用于人类。”


4. Science:发现一组特定的神经细胞控制着癫痫发作在大脑中的扩散


doi:10.1126/science.aan4074

颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy)是成年人中最为常见的癫痫形式。在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学医学院的研究人员发现通过实验手段激活大脑中的一小组神经细胞就可阻止颞叶癫痫小鼠模型中的惊厥性癫痫发作。相比之下,让这些被神经科学家称为原浆性星形细胞(mossy cell)的神经细胞失活有助于在癫痫发作时的局部电过度活跃在整个大脑中扩散,从而导致颞叶癫痫的全部行为症状。相关研究结果发表在2018年2月16日的Science期刊上,论文标题为“Dentate gyrus mossy cells control spontaneous convulsive seizures and spatial memory”。

这些研究人员发现让这群神经细胞失活还会诱发人类慢性耐药性颞叶癫痫特征性的认知功能丧失。

癫痫影响着全球6500万人,仅在美国每年就诊断出15万新的病例。五分之三的癫痫病例是颞叶癫痫。原浆性星形细胞的逐渐丧失是这种疾病的特征。

已知原浆性星形细胞因头部创伤和血液供应减少而遭受损伤。这种大脑损伤接着增加颞叶癫痫风险。

原浆性星形细胞在癫痫中的作用让神经科学家困惑了几十年。这项新的研究给出了一种解释。它指出开发药物的一个全新的切入点,这些药物可能给慢性耐药性癫痫患者提供治疗缓解。这种慢性耐药性癫痫是一种不仅限制着患者的生活方式和职业选择而且还让这些患者易患抑郁、焦虑和过早死亡的虚弱性疾病。

论文高级作者、斯坦福大学医学院神经外科教授Ivan Soltesz博士说,“从原则上讲,开发针对原浆性星形细胞的靶向疗法来控制癫痫发作和由此导致的认知缺陷是有可能的。这是很不错的,这是因为如今被批准用于治疗患者的至少20种化合物在30%~40%的时间里是失败的。”

这篇论文的通信作者是Soltesz的前研究生Anh Bui博士。Bui如今是加州大学欧文分校的一名医学生。

大脑中的电风暴

癫痫发作有时被描述为大脑中的电风暴(electrical storm)。这种电风暴通常从大脑中的单个位点(被称作病灶)开始产生,在那里,神经细胞(由于不明确的原因)开始同步地重复放电。它们经常是从这个病灶扩散到整个大脑的广泛区域中,这个过程被称为泛化(generalization)。正是这种全脑活动过度导致癫痫发作的典型行为症状,如意识丧失、抽搐和思维紊乱。

大脑中的癫痫病灶的确切位置因个体而异。在绝大多数的颞叶癫痫患者中,这种病灶位于海马体中。海马体是一种得到大量研究的海马型中脑结构,对空间导航和将新的经历编码到长期记忆中是至关重要的。

原浆性星形细胞仅在海马体的一个区域中发现,它们的数量很少,但每个细胞都与数以万计的其他的海马体神经细胞连接在一起。通过这些连接,原浆性星形细胞能够刺激大量的兴奋性海马体神经细胞(excitatory hippocampal nerve cell),后者的输出延伸到海马体的其他区域。但是它们也能够刺激一类抑制这些兴奋性海马神经细胞的细胞。迄今为止,原浆性星形细胞活性的净效应是促进还是抑制这些兴奋性神经细胞的整体输出是一个悬而未决的问题。

为了解答这个问题,Soltesz和他的同事们研究了颞叶癫痫小鼠模型。

这些研究人员使用的这些小鼠是经过生物工程改造的,从而让它们的原浆性星形细胞对光脉冲作出反应,其中这些光脉冲是通过植入的光纤传送给这些细胞的。蓝光让原浆性星形细胞放电,而琥珀色灯光阻止它们放电。因此,通过切换一种激光开关,他们就能够随意地激活或抑制小鼠体内的原浆性星形细胞。(这种应用日益广泛的被称作光遗传学的实验技术因它能够靶向一组特定的神经细胞来揭示它们的功能而引人关注)。他们还记录了原浆性星形细胞所在的海马体区域中的活动。

抑制和刺激原浆性星形细胞的影响

Soltesz、Bui和他们的同事们发现抑制原浆性星形细胞虽然不会增加这些慢性癫痫小鼠病灶中的自发性电过度活跃发作频率,但确实会显著增加从病灶扩散到大脑中的更大区域的癫痫发作次数。相反,刺激这些小鼠中的原浆性星形细胞会降低泛化的从外面看得见的癫痫发作次数,但对纯粹的局灶性癫痫发作(focal seizure)频率没有影响或仅有轻微的影响。

在一项测量小鼠识别不熟悉物体的记忆测试中,尽管这些癫痫小鼠失去了一半以上的原浆性星形细胞,但它们确实表现很好。不过它们未能通过另一项评估当一个熟悉的物体被移动时它们的注意能力---一种空间记忆的衡量标准---测试:在慢性颞叶癫痫症中,这种记忆能力下降了。当这些研究人员也利用经过光遗传学改造(除此之外,其他方面都正常)的小鼠进行这些测试时,它们表现很好,但是当抑制它们的原浆性星形细胞时,它们的空间记忆也下降了。

Soltesz说,“我们证实原浆性星形细胞的作用在于阻止起源于海马体的癫痫发作扩散到其他的大脑区域中。海马体是与颞叶癫痫相关的主要的癫痫发作部位。利用药物靶向慢性耐药患者中的原浆性星形细胞可能有朝一日能够降低惊厥性癫痫发作频率,从而足以让这些患者恢复一些他们失去的生活方式。”

Soltesz说,这样的干预措施可能替换目前采用的切除患者大脑癫痫发作病灶的外科手术。


5. Lancet:治疗儿童癫痫的新型疗法


DOI: 10.1016/S0140-6736(19)30724-X

根据最近发表在《Lancet》杂志上的一项新研究,研究者们已经确定了针对儿童癫痫症的优化治疗方法。 在英国,每天都有87人被诊断患有癫痫症,影响了超过60万人。许多新诊断为癫痫的人会经历记忆丧失和其他认知问题,但造成这些问题的原因尚不清楚。抗癫痫药物(AEDs),也称为抗惊厥药,常被用于控制癫痫患者的癫痫发作。

惊厥性癫痫持续状态(CSE)是指强直- 阵挛性癫痫发作本身或与抗惊厥药无法停止的情况。这是儿童中最常见的威胁生命的神经紧急情况。

几十年来,抗惊厥药物苯妥英被用作CSE的常用二线治疗,并且已知具有罕见但潜在危险的副作用。然而,一些证据表明,另一种药物左乙拉西坦可能是一种有效且更安全的替代疗法。为了确定哪种治疗最安全和最有效,由Alder Hey领导的,来自布里斯托尔儿童医院的医生团队进行了一项试验,以比较两者的疗效和安全性。用于CSE二线管理的药物。在2014年至2018年期间,该团队进行了一项随机临床试验,涉及30个英国急诊部门和近300名儿童。

结果未显示左乙拉西坦在停用CSE方面优于苯妥英。然而,总体而言,结果表明左乙拉西坦可被视为苯妥英的替代治疗。理查德·阿普尔顿教授说:“本试验为医生选择抗惊厥药物以及如何最好地治疗儿童神经系统急症提供了新的独特证据。“我们的研究结果表明左乙拉西坦可以作为苯妥英替代治疗小儿CSE的二线治疗。左乙拉西坦相对于苯妥英的可能益处包括其易于制备和给药,与抗癫痫和其他药物的相互作用最小,并且易于转化为口服维持治疗。进一步的随机临床试验和荟萃分析数据有助于证实我们的结果,并可能导致左乙拉西坦成为苯二氮卓类药物惊厥性惊厥性癫痫患儿的首选二线抗惊厥药。


6. Brain:科学家们建立首个线粒体癫痫疾病模型


DOI: 10.1093/brain/awy320

根据最近一项研究,都柏林圣三一学院的研究人员首次建立了线粒体癫痫模型,这为患有这种失能状态的患者提供了更好的治疗方法。他们的论文发表在同行评审的国际神经病学期刊《Brain》上。

线粒体疾病是最常见的遗传性疾病之一。四分之一的线粒体疾病患者患有癫痫,这种癫痫症状通常十分严重的并且对常规抗癫痫药物具有抗性。尽管如此,目前还没有动物模型能够提供对病情内在机制的理解。

迄今为止,星形胶质细胞,即脑和脊髓中发现的特征性星形神经胶质细胞,被视为“支持细胞”,在大脑中起着很大程度上被动的辅助作用。然而,该研究表明,它们实际上在驱动线粒体癫痫发作中起着重要作用。 研究人员通过应用星形胶质细胞特异性抑制剂,包括氟柠檬酸盐,伴随线粒体呼吸抑制剂,鱼藤酮和氰化钾等,重建了一种新的脑切片模型。

然后,研究小组使用该模型评估星形胶质细胞在癫痫发作中的作用,并证明了GABA-谷氨酸- 谷氨酰胺循环的参与,该循环调节化学发射器如何从神经元释放,然后被星形胶质细胞吸收。值得注意的是,谷氨酰胺似乎是GABA能抑制基调调节中神经元和星形细胞区室之间的重要中间分子。

最后,研究小组发现谷氨酰胺合成酶缺乏是脑癫痫发作的重要组成部分。

神经生理学教授Mark Cunningham说:“我们相信这是一项重要且新颖的研究,因为它首次建立了线粒体癫痫模型,该模型捕获了观察到的特征。该模型提供了机制见解,证明了星形胶质细胞在这种病理活动中的作用。我们相信这项工作对于为这种疾病提供更好的治疗方法提供新的途径非常重要。未来的工作对此模型进行进一步开发,以便能够用于为被诊断患有线粒体疾病并表现出癫痫症状的患者量身定制的新型抗癫痫药物。”


7. J Neurosci:脑震荡如何导致癫痫的发生?


DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1067-18.2018

在最近发表的一项研究中,研究人员发现细胞对重复脑震荡的反应可能导致小鼠癫痫的发作,这一现象与人类创伤性脑损伤后观察到的那些效应具有较高的相似性。相关研究结果发表在最近一期的《Journal of Neuroscience》杂志上。该研究建立了一种新的动物模型,可以帮助我们更好地理解创伤后癫痫的发生机制。

在这一研究中,作者Stefanie Robel,Oleksii Shandra及其同事在小鼠中诱发了轻微的创伤性脑损伤,模仿头部受到的打击,导致脑震荡的发生。研究结果表明:独特的星形胶质细胞群对这些损伤有反应。此外,研究人员在一个月内观察到一些小鼠的自发性复发性癫痫发作。

三维重建的共聚焦图像描绘了重复弥漫性轻度创伤性脑损伤(rdTBI)后小鼠的皮质灰质。其中发现了一种新的非典型反应性星形胶质细胞亚型,其特征在于谷氨酸转运蛋白1和S100β表达量的下调。有趣的是,非典型星形胶质细胞在rdTBI后不会发生细胞死亡,而是具有增强的荧光蛋白tdTomato表达。在这一模型中,小鼠发生自发性癫痫,这一结果将创伤后癫痫发生与非典型星形胶质细胞联系起来。

总之,这些结果突出了星形胶质细胞在人类最常见类型的创伤性脑损伤后癫痫发展中的作用。(生物谷Bioon.com)
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