D-serine在癫痫发生中的作用机制

A massive death of the GABAergic neurons was observed in the cerebral cortex and hippocampus of epilepsy patients and the mouse pilocarpine model, but the neurochemical basis remains largely unclear. Our previous study had provided that a newly conformed co-agonist of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor, D-serine, may paticipate GABAergic neuron degeneration by selectively active NR2B submit of postsynaptic NMDA receptor; inhibition of D-serine synthetic could prolong latent period of seizure in rats notebly. We hypothesize that D-serine, a newly identified endogenous co-agonist of NMDA receptor, may trigger excitotoxicity and neuronal damage in epileptogenesis through NMDAR submit NR2B. By using a rat pilocarpine model, immunohistochemistry, the present study will focus D-serine signaling cascades involved in the early epileptogenesis and recurrent seizure development.

临床和动物实验表明，抑制性中间神经元（GABA能神经元）减少在癫痫发生中具有重要作用。 GABA能神经元减少的原因尚不清楚。我们的前期研究提示：一种新确定的NMDA受体协同激动剂，D-serine,可能通过选择性激活突触外NMDA受体NR2B压型介导参与了GABA能神经元死亡；抑制D-serine的合成显著延长大鼠癫痫发作潜伏期。基于此，推测:D-serine通过NMDA受体NR2B亚型介导癫痫GABA能神经元死亡，但其具体死亡形式及机制尚需进一步研究。本课题拟采用离体海马神经元培养和大鼠癫痫模型，运用生理学、分子生物学等技术，阐明GABA能神经元死亡的机制及其方式以及D-serine在其中的作用。本课题的完成有望为癫痫发病机制提供新的实验依据，为癫痫治疗提供新的靶点。

研究背景：癫痫是严重危害人类健康的常见病，其终生患病率为 7.5‰，严重影响了病人的身心健康。癫痫发作一般可用药物控制，但尚有20%-30%的病人经过抗癫痫药物(AEDs)治疗后，发作仍难控制，成为药物难治性癫痫。因此探索癫痫的发病机制，寻找新型抗癫痫药物是神经科临床工作亟待解决的问题。D-serine具有类似神经递质的功能，胶质细胞通过突触小泡释放D-serine，通过与NMDA受体结合实现对神经元的调节。D-serine的代谢主要依靠丝氨酸消旋酶(serine racemase，SR)和D型氨基酸氧化酶（DAAO）。 SR具有催化从左旋丝氨酸到右旋丝氨酸的消旋作用，多分布于星型胶质细胞和神经元中。因此SR的分布和数量变化能够在一定程度上反映D-serine作用的部位和功能特点。以往研究已经证实NMDA受体甘氨酸位点拮抗剂具有抗惊厥作用以及在癫痫小鼠脑中D-Serine的合成增多，D-serine的分布与磷酸化的NMDA受体一致。据此，我们提出假设：癫痫发作时可能伴有脑内星型胶质细胞中SR表达增多，星型胶质细胞合成和分泌D-Serine增多，过度表达的D-Serine可能通过活化NMDA受体参与了癫痫发作，本研究的目的是应用Li-pilocarpine大鼠模型，探讨D-serine在癫痫发作中的作用及其相关信号效应机制，为癫痫患者找寻新的治疗靶点提供依据。材料与方法:1.免疫组织化学方法：1.观察D-serine合成酶SR的组织分布、细胞定位和变化。2.Piloarpine大鼠模型。3.药物干预方法：通过使用(SR抑制剂；DAAO抑制剂；生理盐水对照)及腹腔注射NMDA受体广谱抑制剂，观察对于癫痫发作的影响。4.癫痫模型的动物行为学与脑电检测。5.Western blot定量方法。结果结论：1）D-serine合成酶SR主要定位于大鼠和癫痫患者海马神经元和星形胶质细胞，其数量分布特征显示其与发育或癫痫疾病状态有一定的相关性。2）通过抑制脑内D-serine合成，能够延长大鼠进入3级发作和SE的潜伏期，并减弱在SE时脑电放电总功率。3）海马组织内D-serine信号可能通过激活ERK信号通路、参与癫痫的发作过程因此，因此，本研究结果提示脑内D-serine水平的异常变化可能参与癫痫的发作机制，干预D-serine代谢可能会是在癫痫治疗新的靶点。