丘脑前核电刺激对海仁酸诱导的颞叶癫痫猴海马神经元保护作用的实验研究

Experimental clinical work has confirmed the effect of the anterior thalamic nucleus stimulation (ANT-DBS) for the treatment of refractory temporal lobe epilepsy. In the pre-basic research, we found that ANT-DBS can inhibit the rising of excitatory amino acid- - glutamate (Glu) in extracellular fluid of the hippocampus in epileptic rats. Glutamate is a potential neurotoxic substance that can directly lead to degeneration and death of hippocampal neurons, which result in seizures' aggravation. This project will bring out epileptic monkey-models with ANT- DBS therapy, observing ① the changes of amino acid concentrations in the extracellular fluid of hippocampus by biochemical method, ②high-field (7.0T) MR detection of the dynamic changes in the volume and neural metabolites NAA / Cho+Cr in hippocampus, ③histological observation of surviving neurons and ectopic proliferation of granule cells, mossy fiber sprouting in hippocampus, to prove that ANT-DBS can regulate the balance of excitatory and inhibitory amino acids in the hippocampal extracellular fluid, reducing the neurotoxic of the excitatory amino acid, and then to protect the vulnerable neurons of hippocampus, cut off the vicious circle between hippocampal sclerosis and epilepsy.This project is to explore the mechanism of ANT-DBS treatment for temporal lobe epilepsy from the perspective of neuronal protection.

目前实验性临床工作已证实丘脑前核电刺激（ANT-DBS）治疗难治性颞叶癫痫有效。在前期基础研究中我们发现ANT-DBS能够抑制癫痫大鼠海马细胞外液兴奋性氨基酸谷氨酸（Glu）的升高。而Glu是一种潜在的神经毒性物质,可直接导致海马神经元溃变死亡加重癫痫发作。本课题将制作癫痫猴ANT-DBS模型，通过①生物化学方法观察海马神经元细胞外液氨基酸浓度变化、②高场强（7.0T）核磁共振观察海马体积结构、神经元代谢物NAA/Cho+Cr动态变化、③组织学观察海马神经元存活情况及颗粒细胞异位增生、苔藓纤维异常芽生情况来验证ANT-DBS可以通过调节猴海马神经元细胞外液兴奋与抑制性氨基酸的平衡，减少兴奋性氨基酸对海马神经元的毒性作用，继而达到保护海马易损神经元、切断海马硬化与癫痫发作之间的恶性循环，以此从海马神经元保护的角度探讨ANT-DBS治疗颞叶癫痫的机制。

脑深部电刺激术（DBS）是功能神经外科的重要技术手段。近年来，多个基础及临床研究显示丘脑前核（ANT）电刺激可明显降低颞叶癫痫患者的发作频率，部分学者认为ANT电刺激具有神经保护作用，但其确切的作用机制尚不清楚。本研究建立了恒河猴颞叶癫痫模型，观察了ANT电刺激对癫痫发作的抑制作用，验证了ANT电刺激对癫痫猴海马神经元的神经保护作用，并探讨了其可能的作用机制。主要研究结果如下：10只雄性恒河猴随机分入刺激组（n=4）、假刺激组（n=4）和对照组（n=2），刺激组及假刺激组动物接受DBS设备植入手术（靶点：左侧ANT）,并向左侧海马注射海仁酸建立颞叶癫痫模型，对照组注射等量生理盐水。一周后刺激组开始ANT电刺激。对猴癫痫发作进行连续监测，利用微透析及高效液相色谱法检测猴脑海马区细胞外神经递质的浓度。6个月后取脑，对猴脑海马组织进行病理学检查，同时对猴脑海马内多种细胞损伤蛋白的含量进行定量检测。结果显示，所有接受海仁酸注射的动物均出现了自发性癫痫发作。相较于假刺激组，ANT电刺激使癫痫发作频率下降了42.8%。病理检查及分子生物学检测结果显示ANT电刺激使癫痫猴海马区的神经元丢失明显减少。高效液相色谱分析显示，ANT电刺激使海马内兴奋性氨基酸含量下降，并使抑制性氨基酸含量升高。以上结果证明ANT电刺激可抑制癫痫发作，并具有减少癫痫猴海马神经元损伤的神经保护作用。ANT电刺激可以对癫痫猴脑内细胞外液的神经递质紊乱起到调节作用，这可能是ANT电刺激发挥神经保护作用的重要机制。.本研究在国内率先使用与人类种属起源相近的猴作为实验动物，验证了ANT电刺激的抗癫痫作用。本研究还首次观察到ANT电刺激具有神经保护作用，并通过实验研究了其可能的作用机制，即ANT电刺激可能通过调节海马内神经递质失衡发挥其神经保护作用。该研究结果可作为ANT电刺激临床应用治疗癫痫的理论依据。