基于GABA受体的家族性惊厥病发病机制研究

Hyperekplexia is a human genetic neurological disorder characterized by exaggerated startle responses and muscle stiffness following an unexpected sound or tactile stimulus. Hyperekplexia is now widely considered to be caused by a gene mutation of glycine receptor (GlyR). Additionally, benzodiazepines are the first-line medcine for the treatment of hyperekplexia disease in clinic, which targets GABA receptor, suggesting that function of GABA receptor may be impaired in hyperekplexia disease. Until now, little is known regarding whether or not function of GABA receptor was changed in hyperekplexia disease. Our research group has been engaged in studying hyperekplexia disease for years and we have found that the level of GABA, one GABA receptor agonist, was significantly decreased in neuron of hyperekplexia disease animal model. We also confirmed that frequency and amplitude of GABAergic sIPSCs was also impaired in neuron of hyperekplexia disease, with unchanged protein expression level of GABA receptor. These results indicated that function of GABA receptor in hyperekplexia disease was indeed impaired. However, the underlying mechanism is still unknown. Here, using the single cell mass spectrometry (PNAS, 2017, the first author), combines the molecular biology technique, electrophysiology recording and animal behavior test, we attempt to thoroughly explore the underlying molecular mechanism of GABA receptor in hyperekplexia disease, which will provide potential therapeutic strategy for hyperekplexia disease.

家族性惊厥病是一种由甘氨酸受体基因突变引起的神经系统功能障碍，主要表现为对外界刺激反应敏感，轻声或触碰便可以引起强烈的抽搐反应。目前，虽然临床上通常使用苯二氮卓类药物增强GABA受体的功能来治疗家族性惊厥病，但家族性惊厥病中GABA受体的功能是否发生变化却没有详细的研究。本课题组长期从事家族性惊厥病发病机制的研究，前期研究已经发现家族性惊厥病中单神经元内GABA受体的激动剂GABA的表达量以及GABA能神经元的自发放电频率和幅度均显著下降，而GABA受体的蛋白表达量却没有变化，这些结果都表明家族性惊厥病中GABA受体的功能受损，但是具体机制依然不清楚。因此，本项目拟利用本人前期研发的单细胞质谱技术（PNAS, 2017, 第一作者），结合分子生物学、电生理、行为学等方法，全面研究家族性惊厥病中GABA受体功能下降的分子机理，进一步阐明家族性惊厥病的发病机制，为其治疗提供新的理论依据。

癫痫（Epilepsy）是以大脑神经元突发性异常放电为主要特征的慢性神经系统疾病，也是一种常见的神经致残疾病。目前，癫痫的发病机制尚不完全明确，一般认为神经系统兴奋-抑制失衡是癫痫发作的重要环节。研究显示，离子通道功能紊乱及相关的表观遗传学变化引起的神经系统异常兴奋是导致癫痫迁延难治愈的一个重要问题。本研究围绕家族性癫痫以及药物性癫痫发病机制，重点关注抑制性离子通道γ氨基丁酸A受体(GABAAR)和甘氨酸受体（Glycine receptor, GlyRs）在其中的调控作用。研究发现，家族性癫痫中 GlyRα1突变体通过与GABAAR形成强烈的蛋白相互作用抑制了GABAAR的功能，同时阐明了地西泮和新型大麻素DH-CBD分别靶向两种蛋白治疗家族性癫痫的分子机制。除此之外，申请人还探究了GlyRs在可卡因诱发的癫痫中的作用。研究发现，可卡因可以通过降低海马GlyRα1的电生理功能诱发癫痫，并利用计算机模拟技术明确了可卡因在GlyRα1上的结合位点，并对它们的相互作用进行了干预，最终阐明了可卡因靶向GlyRα1诱发癫痫的机制。除此之外，GlyRα1作为一种常见的抑制性神经递质受体，其分布遍布整个神经系统如大脑皮层、海马和小脑等。申请人还发现小脑浦肯野细胞的兴奋性与分布在突触外的GlyRα1密切相关。通过记录浦肯野细胞的动作电位，结合特异性的转基因小鼠，申请人发现浦肯野细胞上的GlyRα1对维持其兴奋性密切相关。小脑浦肯野细胞是小脑唯一的传出神经元，对小脑控制身体的协调性方面具有重要的作用，申请人通过一系列生物化学手段，最终阐明了GlyRα1调控的神经元兴奋性与神经系统调控的运动协调能力密切相关。这些研究成果分别发表在Nature Metabolism，Science Advances，Nature Communications， Cell Reports，iScience，Journal of Biological Chemistry和Molecular Brain等国际期刊上，引起国内外广泛关注。