Caspase-1介导的突触剥离在小儿热惊厥发生中的作用及其特异性拮抗剂的研究

Febrile seizures are convulsive events induced by fever, affecting 3-14% infants aged 6 months to 5 years old. These seizures are lack of therapeutic options as they are generated from abnormal, sudden and excessive electrical discharges. Consequently, one-third of the simple febrile seizure patients will have recurrence or prolong, which are always followed by high risks of developing into temporal lobe epilepsy, cognitive impairment or psychiatric disorder in their later life. Our preliminary data suggest that the microglia-mediated synaptic stripping may be involved in febrile seizure generation; and hyperthermia-induced Caspase-1 may promote microglia-mediated synaptic stripping and contribute to the generation of febrile seizure. In this project, we set out to study the role of Caspase-1 in microglia-mediated synaptic stripping and febrile seizure, by using various techniques including in vivo field potential recording, electron microscope, two photon calcium imaging combined with real-time visualization and in vitro electrophysiological methods. We will also dock the candidate molecules targeting Caspase-1 to prevent febrile seizure. Our study will shed light on the understanding of the pathogenesis of febrile seizure as well as help to find the effective preventive and curative leading compounds.

小儿热惊厥（FS）是由高热引起的痫性发作，易出现神经发育迟缓、智力低下、精神情感类障碍等。目前治疗FS主要采用地西泮或传统抗癫痫药物，但这些药物副作用大，且只能控制发作而不能预防FS的发生。我们最新研究发现，高热诱导小胶质细胞对神经元胞体上的突触进行剥离的行为并可能参与了FS发生，发现Caspase-1调控小胶质细胞突触剥离行为，进而介导了FS发生，提示Caspase-1可能是潜在的防治FS药物靶点。本课题将在前期预实验的基础上，利用Caspase-1基因敲除以及条件性基因敲除等多种转基因小鼠，采用胚胎电转、电生理、化学遗传学并结合在体钙成像和双光子技术，深入研究Caspase-1调控小胶质细胞介导的突触剥离行为作用及其在FS发生中的作用机制，在此基础上评价以Caspase-1为靶点的小分子化合物。本项目将有助于阐明FS的发病机制、发掘防治FS发生的新靶点并获得高效低毒的先导化合物。

小儿热惊厥是由高热引起的痫性发作，易出现神经发育迟缓、智力低下、精神情感类障碍等。目前治疗热惊厥主要采用地西泮或传统抗癫痫药物，但这些药物副作用大，且只能控制发作而不能预防热惊厥的发生。本课题利用反复发作和长时程发作两种复杂性热惊厥模型结合Caspase-1/IL-1β基因敲除以及条件性基因敲除小鼠，采用胚胎电转、电生理、在体钙成像和双光子技术等，发现在复杂性热惊厥后神经元周围GABA能突触增多，小胶质细胞靠近神经元胞体的比例明显增加、剥离神经元周围GABA能突触，并发现突触剥离可以降低神经元的兴奋性，抑制热惊厥发生，表明小胶质细胞介导的突触剥离是复杂性热惊厥病理过程中的保护性事件。进而发现热惊厥后Caspase-1、IL-1β特异性地表达增加，通过调控小胶质细胞介导的突触剥离，改变神经元兴奋性，影响复杂性热惊厥发生。根据Caspase-1的催化位点，我们用分子对接计算机模拟方法设计了一系列新型化合物，通过高通量筛选得到了Caspase-1的选择性小分子拮抗剂CZL80，对于热惊厥具有较好的抑制作用，还能有效干预成年后耐药性癫痫的发生，并没有明显的毒副作用，有较好安全性。本项目还针对热惊厥发作时的幼鼠体温阈值，设计了一种仅在阈值温度39℃以上时会释放包载药物的安全性很好的热敏材料。包载在热敏材料的CZL80可以更好地发挥对复杂性热惊厥的保护作用，并且预保护作用的时间更长，可能可以作为治疗热惊厥的有效策略。本项目为阐明热惊厥的发病机制提供理论基础、发现了防治热惊厥发生的新靶点并获得了高效低毒的先导化合物。