难治性颞叶癫痫形成中海马下托兴奋性神经元介导的机制研究及发作预测

发布时间：2018-03-12 21:04

本文选题：难治性颞叶癫痫　切入点：高频率震荡　出处：《浙江大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病。其特征为脑内异常同步化放电引起的癫痫发作。临床主要通过抗癫痫药来控制癫痫发作,但仍有约三分之一的患者会对药物产生耐受成为难治性癫痫。颞叶癫痫(Temporal lobe epilepsy, TLE)作为癫痫中最常见的一种,其患者罹患难治性癫痫的比例甚至高达75%。癫痫手术只能对部分难治性癫痫患者适用,部分患者即使经历手术后癫痫仍会复发,而且还会面临严重认知损害的风险。因此目前临床针对难治性颞叶癫痫依旧缺少较好的治疗手段。低频率电刺激(Low frequency stimulation, LFS)近年来被认为是一种治疗癫痫的新策略。本人所在课题组前期报道发现LFS灶点和灶点外脑区均可以有效地干预颞叶癫痫形成及发作。但是目前关于LFS治疗难治性颞叶癫痫尚存几个难点亟待解决：首先,由于难治性颞叶癫痫形成的机制十分复杂且不清楚(与一般的颞叶癫痫有显著区别),而之前大量关于LFS的研究都集中于一般的颞叶癫痫,因此仍十分有必要探究难治性颞叶癫痫形成的可能机制并考察LFS对其的作用；其次,课题组前期报道发现只有在发作开始后立即或很短的一段时间内给以LFS才能达到抗癫痫的效果,如果在发作结束之后再给以LFS甚至会加重癫痫发作,而且临床颞叶癫痫患者的癫痫发作都是猝发性的,因此迫切地需要对颞叶癫痫的发作进行准确地预测,以便于更及时的控制发作。首先,我们试图探索难治性颞叶癫痫形成的可能机制。目前关于难治性癫痫的形成机制依旧不明,传统观点主要认为是由于药物转运蛋白表达增加导致到达靶区的药物浓度减少所导致的。但这一假说仍存在着不少争议。目前药物对脑区神经元作用的失常被认为和难治性颞叶癫痫形成有关。但颞叶区的重要脑区在其中的作用有待进一步阐明。海马下托是海马(颞叶癫痫最常见灶点区)信息往外输出的门控,并且有报道显示海马下托可能是难治性颞叶癫痫中异常癫痫样脑电的起始脑区。而海马下托兴奋性神经元对癫痫兴奋维持和传播起着重要作用。因此我们试图研究难治性颞叶癫痫动物模型中海马下托神经元活动与耐药之间的关系,发现在耐药动物中抗癫痫药物对于海马下托兴奋性神经元的作用会失常,并且用光遗传学特异性地调控下托兴奋性神经元可以改变药物的作用效果。我们的发现为探究难治性颞叶癫痫的形成提供了新的线索,并提示下托可能是一个将来治疗难治性颞叶癫痫的潜在靶点。其次,由于光遗传学手段临床转化尚存在困难。需要考察其他的治疗策略对难治性颞叶癫痫的作用。而LFS被认为是潜在的治疗神经系统疾病的新策略,并且能够直接影响刺激靶区神经元的功能。因此结合第一部分发现,我们还进一步考察了LFS海马下托对于两种难治性颞叶癫痫模型的作用。结果发现LFS海马下托可以抑制难治性颞叶癫痫的发作,并且还能改善其药物耐受的情况。提示LFS海马下托可能是治疗难治性颞叶癫痫的新策略。最后,前期报道发现应用LFS治疗癫痫存在着“时间窗”现象,并且最佳刺激时间与发作何时开始密切相关。但由于临床癫痫患者癫痫发作都是猝发性的,无法预测。因此我们还试图寻找可以预测颞叶癫痫发作的手段。目前主要是通过回顾性地分析发作前脑电的特殊变化来寻找预测癫痫发作的方法,但现有的方法存在着计算公式冗杂,需要记录单例患者的大量的发作脑电数据并且缺乏普适性等缺陷。因此需要寻找一种特殊的脑电生物标记,用于标识癫痫发作前在脑电上出现的特殊的变化。高频率震荡(High frequency oscillations, HFOs)近来被认为和癫痫发作起始脑区密切相关,提示其可能在癫痫发作过程中起着重要作用。但HFOs在癫痫发作尤其是难治性颞叶癫痫发作前的变化及特征尚不清楚。因此,在本文的第三部分,我们主要研究了HFOs在颞叶癫痫动物模型以及难治性颞叶癫痫患者发作前的变化与特征,并发现HFOs的快波(Ripple)而不是超快波(Fast ripple)频率在颞叶癫痫动物模型和患者发作前2 min到1 min的过程中均会特异性地减少。提示观察ripple的变化可能是预测颞叶癫痫发作的有效手段。第一部分海马下托兴奋性神经元对药物响应失常介导了难治性颞叶癫痫的形成难治性颞叶癫痫形成耐药的机制十分复杂,经典的“药物转运失常”假说仍存在着不少争议。近年来,癫痫逐渐被认为是一种相关脑区及其环路失常导致的神经系统疾病。而药物直接作用于癫痫相关脑区通过调控其神经元活动来达到控制癫痫的效果。一旦药物对特定脑区的作用失常,可能就会导致癫痫耐药的形成。因此在本研究中,我们首先建立了大鼠耐PHT难治性颞叶癫痫模型,并记录了下托等颞叶癫痫相关脑区神经元的活动及药物对其的作用。我们有趣地发现在药物有效组动物中PHT可以抑制海马下托兴奋性神经元的活动,而在耐药组动物中PHT不但没有这个效果,甚至还有促进其发放的趋势。并且这个现象可能是海马下托特异的,在海马亚区CA1,CA3,齿状回(Dentate gyrus, DG)和内嗅皮层(Entorhinal cortex, EC)中都没有类似的现象。进一步我们利用光遗传学选择性的抑制耐药组和变异组动物下托兴奋性神经元(模拟药物有效时候的情况),发现PHT此时对于动物又有了治疗效果。同时,用光遗传学选择性的激活变异组动物下托兴奋性神经元(模拟药物无效时候的情况),发现动物此时对于PHT出现了耐受现象。以上结果提示了海马下托特异的兴奋性神经元对于PHT响应失常可能与难治性颞叶癫痫形成有关,并且海马下托兴奋性神经元可能是一个将来治疗难治性颞叶癫痫的潜在靶点。第二部分低频率电刺激海马下托抑制难治性颞叶癫痫发作并改善耐药在第一部分中,我们发现海马下托兴奋性神经元可能在难治性癫痫耐药形成过程中发挥着重要作用,并可能是其潜在的治疗靶点。但由于光遗传学手段临床转化存在困难,仍有必要考察其他针对海马下托的治疗策略对难治性颞叶癫痫的作用。近来,LFS被认为是临床治疗神经系统疾病的潜在新手段,并且还具有可直接调节刺激靶区神经元活动的特点。因此,接下来我们试图考察LFS海马下托对难治性颞叶癫痫的作用。在这部分研究中,我们分别建立了大鼠耐PHT难治性颞叶癫痫模型和小鼠耐拉莫三嗪(Lamotrigine, LTG)难治性颞叶癫痫模型。并考察了LFS对两种模型的癫痫发作和药物耐受情况的作用。我们发现LFS海马下托可以显著地抑制耐药组和非耐药组动物的大发作几率,平均大发作等级和大发作持续时间,并且还能延长到达大发作的潜时。LFS海马下托10d后,耐药组动物对于抗癫痫药的耐受情况也得到了明显的改善。以上结果表明LFS海马下托不但能控制难治性颞叶癫痫的发作还可以有效地逆转药物耐受,提示LFS海马下托可能是潜在的治疗难治性颞叶癫痫的有效手段。第三部分高频率震荡在难治性颞叶癫痫发作前的变化和特征LFS治疗癫痫存在着“时间窗”效应,即只有在发作之后立即或者很短的一段时间内给以刺激才能有抗癫痫效果。由于临床癫痫病人发作都是猝发的,无法预测。因此迫切需要寻找可以预测癫痫发作的方法。目前预测癫痫发作主要是通过观察发作前脑电的特殊变化来实现的。HFOs(频率在80-700 Hz的脑电震荡)被认为是具有临床应用价值的癫痫相关生物脑电标记。但是它们在癫痫发作前如何变化尚不清楚。因此,我们试图解析HFOs在难治性颞叶癫痫发作前的变化规律。为此,我们建立了匹鲁卡品颞叶癫痫模型并进一步结合难治性颞叶癫痫和新皮层癫痫患者,通过自动探测HFOs的方法,分析其在颞叶癫痫发作前的特征。我们在所有颞叶癫痫动物中总共记录到16次低电压起始(Low voltage fast, LVF)和55次高同步化起始(Hypersynchronous, HYP)的癫痫发作,并回顾性地分析了发作前HFOs变化的情况。我们发现,ripple(频率在80-250 Hz的脑电震荡)而非fast ripple(频率在250-700 Hz的脑电震荡)在两种发作前1 min出现的频率都显著减少。II型ripple(独立于其他癫痫电活动)而非I型ripple(夹杂在癫痫间期放电或快活动中)更多地参与了ripple减少的过程。在HYP发作前1 min内,ripple频率从30s开始减少,而在LVF发作前1 mmin内,ripple频率在40s达到峰值。临床患者研究进一步发现,9位难治性颞叶癫痫患者的12次发作也呈现和动物模型类似的ripple在发作前1 mmin减少的现象,而难治性新皮层癫痫患者上则没有观察到类似现象。以上结果提示HFOs的ripple具有潜在的预测难治性颞叶癫痫发作的应用前景,并且ripple在发作前的变化还可以辅助甄别不同类型的颞叶癫痫发作。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R742.1

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