2019年9月22日 訊/生物谷BIOON/ --本期為大家的帶來的是有關癲癇的最新研究進展，希望讀者朋友們能夠喜歡。
doi:10.1038/s41586-018-0255-3
許多藥物---不論是合法的還是非法的---都作用於大腦中最為豐富和最為重要的神經遞質受體之一：A型GABA受體（type A GABA receptor, GABAA受體）。特別著名的是苯二氮平類藥物（benzodiazepine），它們用於外科手術期間的麻醉，並用於治療癲癇、焦慮和失眠。解析出這種受體的三維結構有朝一日可能導致人們開發出更好地治療這些疾病的方法。
GABAA受體與γ-氨基丁酸（GABA）結合，其中GABA是成年大腦中主要的抑制性或鎮靜性神經遞質。為了正常地發揮作用，大腦需要平衡刺激性信號和鎮靜性信號。GABAA受體功能障礙在以大腦中過度興奮為特徵的疾病（如癲癇）中發現到。除了鎮靜劑苯二氮平類藥物之外，GABAA受體是巴比妥類藥物、麻醉藥和酒精的常見靶標。所有的這些藥物都通過增加GABAA受體的活性而作用於大腦，從而進一步抑制大腦活動。
眾所周知，GABAA受體的三維結構很難利用X射線衍射晶體分析法解析出。長期以來，這種方法被認為是結構生物學的黃金標準。它需要蛋白結晶，這樣就能夠根據X射線衍射圖譜來確定蛋白結構。
在一項新的研究中，來自美國德克薩斯大學西南醫學中心的研究人員尋求低溫電鏡技術（cryo-EM）的幫助。他們利用cryo-EM技術首次成功地解析出GABAA受體結合到GABA和藥物氟馬西尼（flumazenil）上的三維結構。相關研究結果於2018年6月27日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Structure of a human synaptic GABAA receptor」。論文通信作者為德克薩斯大學西南醫學中心神經科學與生物物理學助理教授Ryan Hibbs博士。論文第一作者為Hibbs實驗室博士後研究員Shaotong Zhu博士。
這些研究人員在燒瓶中利用細胞表達人突觸GABAA受體並加以純化，並將電生理學實驗和利用cryo-EM技術獲得的結構信息結合在一起來測試地西泮（一種苯二氮卓類藥物）和氟馬西尼對這種GABAA受體的影響，其中氟馬西尼用於逆轉麻醉和治療苯二氮平類藥物過量Hibbs博士說，「我們能夠確定GABA如何選擇性地與這種受體結合，並解釋諸如苯二氮卓類藥物和氟馬西尼---它競爭性地作用於相同的位點上來逆轉苯二氮卓類藥物的效果---之類的藥物為何特異性地作用於這種受體上。這對於理解藥物結合機制和設計治療多種神經疾病的新藥產生深遠的影響。」
DOI: 10.1038/s41467-018-07524-z
近日，由RCSI（愛爾蘭皇家外科醫學院）的科學家在內的國際研究人員領導的一項大規模研究發現了11種與癲癇有關的新基因。
該研究發表在近期的《Nature Communications》雜誌上。它極大地促進了對癲癇潛在生物學原因的了解，並可能為該病症的新治療方法的發展提供信息。
研究人員將超過15,000名癲癇患者的DNA與30,000名健康人的DNA進行了比較。結果顯示，有11個新基因與癲癇的發生有關。
研究人員發現，目前大多數抗癲癇藥物直接靶向一種或多種相關基因，並間接確定了另外166種靶向相同基因的藥物。
「除了研究結果提供的生物學見解外，本研究還將鼓勵研究人員為患有困難和複雜癲癇的患者開發個性化和精確的治療方法。這將提供更好的癲癇療法，並將改善患者和家屬的生活質量，」神經學家Norman Delanty副教授說道。
doi:10.1016/j.cell.2018.04.027
在一項新的研究中，來自美國加州大學洛杉磯分校的研究人員鑑定出在高脂肪低碳水化合物生酮飲食（high-fat, low-carbohydrate ketogenic diet）的抗癲癇作用中起著重要作用的特定腸道細菌。這項研究是首次建立癲癇易感性和腸道菌群---人體腸道中存在著的100萬億個左右的細菌和其他微生物---之間的因果關係。相關研究結果於2018年5月24日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「The Gut Microbiota Mediates the Anti-Seizure Effects of the Ketogenic Diet」。論文通信作者為加州大學洛杉磯分校綜合生物學與生理學助理教授Elaine Hsiao博士。
Hsiao說，這種生酮飲食具有許多健康益處，包括對抗癲癇藥物不作出反應的癲癇患兒遭受更少的癲癇發作。然而，人們對這種飲食如何幫助癲癇患兒一直沒有給出明確的解釋。
Hsiao實驗室的研究人員推測腸道菌群通過這種生酮飲食發生改變，並且對這種飲食的抗癲癇作用是重要的。Hsiao的研究團隊全面調查了腸道菌群是否影響這種生酮飲食阻止癲癇發作的能力，而且如果是這樣的話，腸道菌群如何實現這些效果。
在這項將小鼠作為更全面理解癲癇的動物模型的研究中，這些研究人員發現這種飲食在不到四天的時間內就會大幅改變腸道菌群，而且吃這種飲食的小鼠的癲癇發作顯著減少。
為了測試腸道菌群對阻止癲癇發作是否是重要的，這些研究人員分析了生酮飲食對兩種小鼠的影響：那些在無菌實驗室環境中作為無菌飼養的小鼠，以及那些用抗生素治療來殺滅腸道微生物的小鼠。
論文第一作者、Hsiao實驗室研究生Christine Olson 說，「在這兩種小鼠下，我們發現生酮飲食不再有效地阻止癲癇發作。 這表明腸道菌群對這種飲食有效地減少癲癇發作是必需的。」
這些研究人員鑑定出腸道菌群DNA的確切核苷酸分子順序，以便確定哪些細菌存在以及這些細菌在吃這種飲食後的水平。他們鑑定出兩種類型的細菌---Akkermansia muciniphila和Parabacteroides，這種生酮飲食會增加它們的水平，而且它們在提供這種保護中發揮著關鍵作用。
有了這些新知識，這些研究人員研究了給予這兩種細菌的無菌小鼠。Olson說，「我們發現如果我們能夠一起給予這兩種特定的細菌，那麼我們就能夠恢復生酮飲食對這種這些小鼠的保護作用。如果我們進給予這兩種細菌中的一種，那麼它們就不會阻止癲癇發作。這表明這兩種不同的細菌當它們都存在時發揮一種獨特的功能。」
這些研究人員測量了腸道、血液和海馬體---一個在擴散癲癇中起著重要作用的大腦區域---中的數百種生化物質的水平。他們發現，這些在腸道菌群中的水平可通過生酮飲食加以提高的細菌會以影響海馬體中的神經遞質的方式改變腸道和血液中的生化物質水平。
這些細菌是如何做到這一點的？論文共同作者、Hsiao實驗室博士後學者Helen Vuong 說，「這些細菌增加大腦中的γ-氨基丁酸（GABA）---一種沉默神經元的神經遞質---相對於大腦中的穀氨酸---一種激活神經元使之放電的神經遞質---的水平。」
Vuong說，「這項研究鼓勵著我們研究腸道微生物的類似作用是否也在吃生酮飲食的人身上觀察到。」
Hsiao說，「這些對健康和疾病的影響是有前景的，但是還需開展更多的研究來測試在小鼠中的發現是否也適用於人類。」
doi:10.1126/science.aan4074
顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy）是成年人中最為常見的癲癇形式。在一項新的研究中，來自美國史丹福大學醫學院的研究人員發現通過實驗手段激活大腦中的一小組神經細胞就可阻止顳葉癲癇小鼠模型中的驚厥性癲癇發作。相比之下，讓這些被神經科學家稱為原漿性星形細胞（mossy cell）的神經細胞失活有助於在癲癇發作時的局部電過度活躍在整個大腦中擴散，從而導致顳葉癲癇的全部行為症狀。相關研究結果發表在2018年2月16日的Science期刊上，論文標題為「Dentate gyrus mossy cells control spontaneous convulsive seizures and spatial memory」。
這些研究人員發現讓這群神經細胞失活還會誘發人類慢性耐藥性顳葉癲癇特徵性的認知功能喪失。
癲癇影響著全球6500萬人，僅在美國每年就診斷出15萬新的病例。五分之三的癲癇病例是顳葉癲癇。原漿性星形細胞的逐漸喪失是這種疾病的特徵。
已知原漿性星形細胞因頭部創傷和血液供應減少而遭受損傷。這種大腦損傷接著增加顳葉癲癇風險。
原漿性星形細胞在癲癇中的作用讓神經科學家困惑了幾十年。這項新的研究給出了一種解釋。它指出開發藥物的一個全新的切入點，這些藥物可能給慢性耐藥性癲癇患者提供治療緩解。這種慢性耐藥性癲癇是一種不僅限制著患者的生活方式和職業選擇而且還讓這些患者易患抑鬱、焦慮和過早死亡的虛弱性疾病。
論文高級作者、史丹福大學醫學院神經外科教授Ivan Soltesz博士說，「從原則上講，開發針對原漿性星形細胞的靶向療法來控制癲癇發作和由此導致的認知缺陷是有可能的。這是很不錯的，這是因為如今被批准用於治療患者的至少20種化合物在30％～40％的時間裡是失敗的。」
這篇論文的通信作者是Soltesz的前研究生Anh Bui博士。Bui如今是加州大學歐文分校的一名醫學生。
癲癇發作有時被描述為大腦中的電風暴（electrical storm）。這種電風暴通常從大腦中的單個位點（被稱作病灶）開始產生，在那裡，神經細胞（由於不明確的原因）開始同步地重複放電。它們經常是從這個病灶擴散到整個大腦的廣泛區域中，這個過程被稱為泛化（generalization）。正是這種全腦活動過度導致癲癇發作的典型行為症狀，如意識喪失、抽搐和思維紊亂。
大腦中的癲癇病灶的確切位置因個體而異。在絕大多數的顳葉癲癇患者中，這種病灶位於海馬體中。海馬體是一種得到大量研究的海馬型中腦結構，對空間導航和將新的經歷編碼到長期記憶中是至關重要的。
原漿性星形細胞僅在海馬體的一個區域中發現，它們的數量很少，但每個細胞都與數以萬計的其他的海馬體神經細胞連接在一起。通過這些連接，原漿性星形細胞能夠刺激大量的興奮性海馬體神經細胞（excitatory hippocampal nerve cell），後者的輸出延伸到海馬體的其他區域。但是它們也能夠刺激一類抑制這些興奮性海馬神經細胞的細胞。迄今為止，原漿性星形細胞活性的淨效應是促進還是抑制這些興奮性神經細胞的整體輸出是一個懸而未決的問題。
為了解答這個問題，Soltesz和他的同事們研究了顳葉癲癇小鼠模型。
這些研究人員使用的這些小鼠是經過生物工程改造的，從而讓它們的原漿性星形細胞對光脈衝作出反應，其中這些光脈衝是通過植入的光纖傳送給這些細胞的。藍光讓原漿性星形細胞放電，而琥珀色燈光阻止它們放電。因此，通過切換一種雷射開關，他們就能夠隨意地激活或抑制小鼠體內的原漿性星形細胞。（這種應用日益廣泛的被稱作光遺傳學的實驗技術因它能夠靶向一組特定的神經細胞來揭示它們的功能而引人關注）。他們還記錄了原漿性星形細胞所在的海馬體區域中的活動。
Soltesz、Bui和他們的同事們發現抑制原漿性星形細胞雖然不會增加這些慢性癲癇小鼠病灶中的自發性電過度活躍發作頻率，但確實會顯著增加從病灶擴散到大腦中的更大區域的癲癇發作次數。相反，刺激這些小鼠中的原漿性星形細胞會降低泛化的從外面看得見的癲癇發作次數，但對純粹的局灶性癲癇發作（focal seizure）頻率沒有影響或僅有輕微的影響。
在一項測量小鼠識別不熟悉物體的記憶測試中，儘管這些癲癇小鼠失去了一半以上的原漿性星形細胞，但它們確實表現很好。不過它們未能通過另一項評估當一個熟悉的物體被移動時它們的注意能力---一種空間記憶的衡量標準---測試：在慢性顳葉癲癇症中，這種記憶能力下降了。當這些研究人員也利用經過光遺傳學改造（除此之外，其他方面都正常）的小鼠進行這些測試時，它們表現很好，但是當抑制它們的原漿性星形細胞時，它們的空間記憶也下降了。
Soltesz說，「我們證實原漿性星形細胞的作用在於阻止起源於海馬體的癲癇發作擴散到其他的大腦區域中。海馬體是與顳葉癲癇相關的主要的癲癇發作部位。利用藥物靶向慢性耐藥患者中的原漿性星形細胞可能有朝一日能夠降低驚厥性癲癇發作頻率，從而足以讓這些患者恢復一些他們失去的生活方式。」
Soltesz說，這樣的幹預措施可能替換目前採用的切除患者大腦癲癇發作病灶的外科手術。
DOI: 10.1016/S0140-6736(19)30724-X
根據最近發表在《Lancet》雜誌上的一項新研究，研究者們已經確定了針對兒童癲癇症的優化治療方法。在英國，每天都有87人被診斷患有癲癇症，影響了超過60萬人。許多新診斷為癲癇的人會經歷記憶喪失和其他認知問題，但造成這些問題的原因尚不清楚。抗癲癇藥物（AEDs），也稱為抗驚厥藥，常被用於控制癲癇患者的癲癇發作。
驚厥性癲癇持續狀態（CSE）是指強直- 陣攣性癲癇發作本身或與抗驚厥藥無法停止的情況。這是兒童中最常見的威脅生命的神經緊急情況。
幾十年來，抗驚厥藥物苯妥英被用作CSE的常用二線治療，並且已知具有罕見但潛在危險的副作用。然而，一些證據表明，另一種藥物左乙拉西坦可能是一種有效且更安全的替代療法。為了確定哪種治療最安全和最有效，由Alder Hey領導的，來自布里斯托兒童醫院的醫生團隊進行了一項試驗，以比較兩者的療效和安全性。用於CSE二線管理的藥物。在2014年至2018年期間，該團隊進行了一項隨機臨床試驗，涉及30個英國急診部門和近300名兒童。
結果未顯示左乙拉西坦在停用CSE方面優於苯妥英。然而，總體而言，結果表明左乙拉西坦可被視為苯妥英的替代治療。理察·阿普爾頓教授說：「本試驗為醫生選擇抗驚厥藥物以及如何最好地治療兒童神經系統急症提供了新的獨特證據。「我們的研究結果表明左乙拉西坦可以作為苯妥英替代治療小兒CSE的二線治療。左乙拉西坦相對於苯妥英的可能益處包括其易於製備和給藥，與抗癲癇和其他藥物的相互作用最小，並且易於轉化為口服維持治療。進一步的隨機臨床試驗和薈萃分析數據有助於證實我們的結果，並可能導致左乙拉西坦成為苯二氮卓類藥物驚厥性驚厥性癲癇患兒的首選二線抗驚厥藥。
DOI: 10.1093/brain/awy320
根據最近一項研究，都柏林聖三一學院的研究人員首次建立了線粒體癲癇模型，這為患有這種失能狀態的患者提供了更好的治療方法。他們的論文發表在同行評審的國際神經病學期刊《Brain》上。
線粒體疾病是最常見的遺傳性疾病之一。四分之一的線粒體疾病患者患有癲癇，這種癲癇症狀通常十分嚴重的並且對常規抗癲癇藥物具有抗性。儘管如此，目前還沒有動物模型能夠提供對病情內在機制的理解。
迄今為止，星形膠質細胞，即腦和脊髓中發現的特徵性星形神經膠質細胞，被視為「支持細胞」，在大腦中起著很大程度上被動的輔助作用。然而，該研究表明，它們實際上在驅動線粒體癲癇發作中起著重要作用。研究人員通過應用星形膠質細胞特異性抑制劑，包括氟檸檬酸鹽，伴隨線粒體呼吸抑制劑，魚藤酮和氰化鉀等，重建了一種新的腦切片模型。
然後，研究小組使用該模型評估星形膠質細胞在癲癇發作中的作用，並證明了GABA-穀氨酸- 穀氨醯胺循環的參與，該循環調節化學發射器如何從神經元釋放，然後被星形膠質細胞吸收。值得注意的是，穀氨醯胺似乎是GABA能抑制基調調節中神經元和星形細胞區室之間的重要中間分子。
最後，研究小組發現穀氨醯胺合成酶缺乏是腦癲癇發作的重要組成部分。
神經生理學教授Mark Cunningham說：「我們相信這是一項重要且新穎的研究，因為它首次建立了線粒體癲癇模型，該模型捕獲了觀察到的特徵。該模型提供了機制見解，證明了星形膠質細胞在這種病理活動中的作用。我們相信這項工作對於為這種疾病提供更好的治療方法提供新的途徑非常重要。未來的工作對此模型進行進一步開發，以便能夠用於為被診斷患有線粒體疾病並表現出癲癇症狀的患者量身定製的新型抗癲癇藥物。」
DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1067-18.2018
在最近發表的一項研究中，研究人員發現細胞對重複腦震蕩的反應可能導致小鼠癲癇的發作，這一現象與人類創傷性腦損傷後觀察到的那些效應具有較高的相似性。相關研究結果發表在最近一期的《Journal of Neuroscience》雜誌上。該研究建立了一種新的動物模型，可以幫助我們更好地理解創傷後癲癇的發生機制。
在這一研究中，作者Stefanie Robel，Oleksii Shandra及其同事在小鼠中誘發了輕微的創傷性腦損傷，模仿頭部受到的打擊，導致腦震蕩的發生。研究結果表明：獨特的星形膠質細胞群對這些損傷有反應。此外，研究人員在一個月內觀察到一些小鼠的自發性復發性癲癇發作。
三維重建的共聚焦圖像描繪了重複瀰漫性輕度創傷性腦損傷（rdTBI）後小鼠的皮質灰質。其中發現了一種新的非典型反應性星形膠質細胞亞型，其特徵在於穀氨酸轉運蛋白1和S100β表達量的下調。有趣的是，非典型星形膠質細胞在rdTBI後不會發生細胞死亡，而是具有增強的螢光蛋白tdTomato表達。在這一模型中，小鼠發生自發性癲癇，這一結果將創傷後癲癇發生與非典型星形膠質細胞聯繫起來。
總之，這些結果突出了星形膠質細胞在人類最常見類型的創傷性腦損傷後癲癇發展中的作用。（生物谷Bioon.com）