DISC1通过AKT-mTOR、Reelin通路调控癫痫后齿状回新生神经元迁移的机制研究

Ectopic migration of newborn neurons in the dentate gyrus (DG) after seizures in adults often contributes to the pathophysiology of intact epilepsy. Our previous study revealed that DISC1 reduced in hippocampus after seizures, and its knockdown led to over-migration of neural stem cells in vitro. However, the mechanism for DISC1 regulation of these newborn neurons’ migration after epileptic seizures is still unknown. Other studies demonstrate that AKT-mTOR and Reelin signal pathways are related not only to DISC1, but also to the migration of new neurons. Therefore, we hypothesize that DISC1 regulates migration of newborn neurons in the DG after epileptic seizures via AKT-mTOR or/and Reelin signal pathways. To confirm our hypothesis, we designed a study based on retrovirus or lentivirus-based gene intervention in a pilocarpine-induced chronic spontaneous seizures C57BL/6 mouse model, combined with related techniques in molecular biology, electrophysiology, and ethology. This project will provide novel insight on the relationship between DISC1, new neuron migration, and epileptogenesis by examining the mechanism and potential interventions for DISC1 regulation of newborn neuron migration in the DG in epilepsy. Additionally, our study could supply evidence for the theory that abnormal neural circuits form in the hippocampus after epileptic seizures, potentially providing therapeutic targets for intact epilepsy.

癫痫后齿状回新生神经元异位迁移是导致难治性癫痫的病理生理基础之一。我们的前期研究发现敲除DISC1可使体外培养的神经干细胞过度迁移，而癫痫导致DISC1在海马区表达下调。但DISC1对癫痫后新生神经元迁移的作用及调控机制尚不明确。国外研究提示 AKT-mTOR和Reelin通路可调控新生神经元迁移，而DISC1可能在两条通路中发挥作用。故我们提出假说：DISC1通过AKT-mTOR、Reelin通路调控癫痫后新生神经元迁移。为验证假说，本项目拟建立匹罗卡品自发性痫性发作小鼠模型，采用逆转录病毒或慢病毒载体进行单基因干预，结合分子生物学、电生理学、行为学等研究技术，以“DISC1-新生神经元迁移-癫痫”为新视点，从“功能-机制-干预”三个层次研究DISC1对癫痫后新生神经元迁移的调控机制，为揭示海马局部异常神经环路形成的分子病理生理机制奠定基础，以期为难治性癫痫药物治疗提供新的干预靶点。

颞叶癫痫是临床常见的癫痫发作类型，其频繁发作将导致脑神经元进行性、不可逆性损伤，进而发展为难治性癫痫。癫痫后的海马区，尤其是齿状回区的新生神经元常常发生异位迁移，并在局部形成兴奋性增高的异常神经环路，这一过程则是癫痫慢性期自发性痫性发作的重要病理生理基础之一。因此，探索癫痫后海马区新生神经元异常迁移的分子机制对阐释难治性癫痫的发病机制具有重大意义。本项目采用匹罗卡品点燃的小鼠癫痫模型及体外神经干细胞模型，结合病毒载体转染、分子生物学、形态学、RNAseq测序、MTS、小室模型、流式细胞、电生理学以及行为学等多种实验技术，探索DISC1对癫痫后海马区新生神经元异位迁移及对神经干细胞生长发育过程的调控作用。本研究证实了DISC1蛋白分子与其相关蛋白NDEL1、VEGF、VEGFR-2及其下游信号通路AKT-mTOR、Reelin-integrinα5、Reelin-integrin β1在癫痫的发生发展以及海马区新生神经元异常迁移中发挥着重要的调控作用。此外，体外实验还证实了DISC1通过与Dll1、Neurog2、miR-105-5p以及miR-760的协同或拮抗作用对神经干细胞增殖、迁移、凋亡、细胞周期以及分化等过程产生影响。同时，Rescue或干预实验则进一步发现，通过干预DISC1下游蛋白的表达水平，或直接调控DISC1在癫痫海马区或体外培养的神经干细胞中的表达水平，均能够在一定程度上逆转DISC1表达减少所导致的神经干细胞生长发育过程的异常。因此，DISC1作为多种蛋白、信号通路及miRNA直接或间接作用的核心分子，其很可能成为难治性癫痫控制和治疗的突破口。本研究旨在为难治性癫痫的异位起搏点泛化及异常网络形成学说提供科学依据，并为难治性癫痫的临床药物治疗提供新的干预靶点。