Nat Commun. | 浙江中医药大学陈忠团队展现海马下托谷氨酸能神经元在颞叶癫痫中的异质性作用
癫痫（Epilepsy）是一种慢性中枢神经系统疾病 。。。。。，，影响到全球约莫5000万人。 。。。。。癫痫爆发是由于大脑神经元突发性异常同步化放电，，，，导致正常脑功效中止，，，，临床表症为重复不自主爆发，，，，身体某一部位或整个身体短暂非自主性抽搐，，，，有时伴有意识损失和尿便失禁。 。。。。。
现在，，，，临床上多接纳抗癫痫药物控制癫痫爆发，，，，然而有近1/3的癫痫患者症状难以被抗癫痫药物控制，，，，且药物难治率在以海马、杏仁核等区域起源的颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，，，，TLE）中甚至可达70%。 。。。。。TLE爆发机制重大，，，，近年来，，，，越来越多的看法以为癫痫爆发是要害脑区的功效异常导致神经环路水平上“兴奋-抑制”失衡的效果，，，，因此剖析TLE中精准环路机制对治疗癫痫至关主要。 。。。。。
2022年8月25日，，，，浙江中医药大学陈忠教授团队在Nature Communications杂志在线揭晓了题为“Discrete Subicular Circuits Control Generalization of Hippocampal Seizures”的研究论文，，，，研究首次展现了海马下托（Subiculum, Sub）保存结构和功效异质性的神经亚群，，，，Sub深层谷氨酸能神经元投射到丘脑前核（anterior nucleus of thalamus, ANT）的神经环路加入TLE生长，，，，其通过SUB-ANT中超极化激活的阳离子门控通道（HCN）介导的簇状放电增强了TLE的形成和泛化。 。。。。。该研究找到了一条特异性介导颞叶癫痫爆发的神经环路，，，，为临床精准治疗癫痫爆发及其干预分子靶点提供了强有力的实验依据。 。。。。。
效果
01 Sub锥体神经元双向调控海马癫痫爆发
首先，，，，研究者借助钙离子成像手艺视察海马癫痫爆发时锥体神经元的功效转变，，，，将AAV- CaMKIIα-Gcamp6s病毒注射于海马下托（Subiculum, Sub），，，，并埋入光纤。 。。。。。发明在局灶性癫痫爆发（focal seizure, FS）和继发全身性癫痫爆发（Secondary generalized seizure, sGS）时代海马下托锥体神经元运动增添（图1a-c）。 。。。。。c-Fos效果显示，，，，大部分被激活的神经元为谷氨酸能神经元，，，，且激活的模式保存下托亚区特异性，，，，主要集中在下托的深层（图1f,g）。 。。。。。
随后，，，，研究者将AAV-CaMKIIα-hChR2-EYFP和AAV-CaMKIIα-ArchT-EGFP划分注射于WT小鼠海马下托区（图1h），，，，在电点燃癫痫爆发模子中，，，，光遗传激活下托锥体神经元增进了癫痫行为爆发品级、延伸后放电时程（after-discharge durations, ADD）并镌汰了抵达sGS所需电刺激次数；；；抑制下托锥体神经元则削弱癫痫爆发并缩短ADD，，，，且增添了抵达FS和sGS所需的电刺激次数（图1i-k）。 。。。。。提醒了下托锥体神经元对海马癫痫爆发具有双向调控作用。 。。。。。
图1 Sub锥体神经元双向调控海马癫痫爆发
02 SUB-ANT谷氨酸能投射环路双向调控颞叶癫痫爆发
进一步，，，，借助病毒载体示踪手艺及c-Fos染色发明，，，，下托的谷氨酸神经元向丘脑前核（anterior nucleus of thalamus, ANT）投射，，，，为验证该通路在海马癫痫爆发历程中的作用，，，，研究者在小鼠SUB区注射AAV-CaMKIIα-hChR2-EYFP，，，，并在ANT埋入光纤（图2a）。 。。。。。发明光遗传激活SUB-ANT投射通路可增进海马癫痫爆发品级并延伸完全点燃状态下sGS的后放电时程和总时长（图2b-f）。 。。。。。别的，，，，借助光遗传学抑制SUB-ANT投射通路可延缓海马癫痫爆发品级，，，，缩短sGS的ADD和周全性爆发时长（GSD）（图2i-n），，，，这些效果提醒了，，，，海马下托的谷氨酸神经元向丘脑前核的投射通路双向调控颞叶癫痫的爆发。 。。。。。
图2 Sub谷氨酸神经元向ANT的投射通路双向调控颞叶癫痫爆发
03 SUB-ANT和SUB-EC环路对海马癫痫爆发爆发相反的作用
研究者继续对Sub其他下游投射区域（EC：entorhinal cortex 内嗅皮层, NAc：nucleus accumbens 伏隔核, MMB：mammillary bodies 乳头体）举行研究，，，，借助光遗传学手艺发明，，，，抑制SUB-EC投射通路时可增进海马癫痫爆发（图3）。 。。。。。
图3 SUB-EC、SUB-MMB和SUB-NAc环路在癫痫爆发中施展差别的作用
接下来，，，，研究者通过向WT小鼠海马CA1注射海人酸（Kainic acid, KA）诱导慢性自觉颞叶癫痫模子做进一步验证，，，，作者将AAV-CaMKIIα-hM4Di-mcherry注射小鼠海马下托，，，，并在ANT或EC埋入套管以精准给予CNO药物（图4a,b）。 。。。。。发明借助化学遗传学抑制Sub-ANT通路可缓解癫痫爆发；；；而抑制Sub-EC通路则增进癫痫爆发。 。。。。。
图4 SUB-ANT和SUB-EC环路在KA诱导慢性TLE爆发中爆发相反的作用
基于上述效果，，，，研究者借助逆标染料标记发明Sub深层的谷氨酸能神经元投射到ANT；；；Sub浅层的谷氨酸能神经元投射到EC（图5a-d）。 。。。。。随后，，，，通过特异在谷氨酸能神经元轴突最后表达GCaMP6元件发明，，，，在FSs和sGSs时代，，，，Sub-ANT的钙信号强度增添；；；Sub-EC的钙信号荧光强度削弱（sGSs时代先短暂增添后降低），，，，提醒了海马下托两个差别的锥体神经元亚群通过差别的投射模式对海马癫痫爆发施展相反的作用（图5e-n）。 。。。。。
图5 SUB-ANT和SUB-EC环路对海马癫痫爆发爆发相反的作用
04 SUB-ANT中HCN通过调控突触可塑性增进海马癫痫爆发
通过电心理纪录发明，，，，投射到ANT的Sub谷氨酸能神经元保存超极化激活环核苷酸门控阳离子（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated cation, HCN）通道功效和更强的神经元簇状放电能力，，，，阻断HCN通道在点燃模子中可显著缓解癫痫爆发品级（图6a,b）。 。。。。。
HCN1亚型是啮齿类动物下托中表达最富厚的一种HCN通道亚型，，，，因此作者研究了选择性敲除投射到ANT或EC的Sub锥体神经元中HCN1是否会影响神经元放电及海马癫痫爆发，，，，将Cav2-Cre注射到WT小鼠ANT或EC中，，，，AAV-EF1α-DIO-miR30shRNA(Hcn1)-mCherry注射到Sub区（图6c），，，，发明在海马电点燃癫痫爆发模子中，，，，选择性下调Sub-ANT神经元中HCN1的表达可缓解癫痫爆发（图6）。 。。。。。进一步研究发明，，，，SUB-ANT中HCN通道通过调控突触可塑性增进海马癫痫爆发。 。。。。。这些效果提醒了SUB-ANT保存HCN通道增进的簇状放电能力，，，，从而增强了颞叶癫痫的形成和泛化。 。。。。。
图6 SUB-ANT中HCN通道通过调控突触可塑性增进海马癫痫爆发
结论
本文使用经典的小鼠颞叶癫痫模子，，，，配合钙离子成像、光遗传手艺、化学遗传学手艺、病毒示踪手艺、电心理纪录等多种手艺手段首次证实晰海马下托保存结构和功效异质性的神经亚群，，，，差别亚区的神经元通过差别的投射下游对颞叶癫痫中的“兴奋-抑制”平衡调控爆发差别化（甚至相反）的作用，，，，其中Sub深层谷氨酸能神经元投射到ANT的神经环路加入海马癫痫爆发，，，，进一步研究发明SUB-ANT中HCN介导的簇状放电增强了癫痫的形成和泛化。 。。。。。该研究找到了一条特异性介导颞叶癫痫爆发的神经环路，，，，为临床精准治疗癫痫爆发及其干预分子靶点提供了强有力的实验依据。 。。。。。
该研究的第一作者为浙江中医药大学药学院博士后费凡，，，，浙江大学的硕士研究生王霞及浙江中医药大学中医药科学院的徐层林研究员为配合第一作者。 。。。。。陈忠教授、汪仪研究员和徐层林研究员为本文的配合通讯作者。 。。。。。研究受到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金优青项目、浙江省自然科学基金重大项目等的资助。 。。。。。
| AAV2/9-CaMKIIα-GCaMP6(s) | AAV2/8-CaMKIIα-hChR2-eYFP |
| AAV2/9-CaMKIIα-ArchT-eGFP | AAV2/9-CaMKIIα-eGFP |
| AAV2/9-CaMKIIα-hM4Di-mCherry | AAV2/9-CaMKIIα-mCherry |
| AAV2/9-EF1α-DIO-miR30shRNA (Hcn1)-mCherry | |
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