低频率电刺激对内嗅皮层-海马齿状回通路的调控及其抗癫痫作用相关机制研究

Temporal lobe epilepsy is easy to be intractable epilepsy,which is a hot and difficult issue for epileptic treatment. Our previous studies revealed that 1 Hz low frequency stimulation (LFS) of several temporal lobe brain area, such as the hippocampus, amygdala and piriform cortex, can control of temporal lobe epilepsy. Howerve, stimulation of these brain regions may induce emotional and cognitive dysfunction in clinic. Recently, clinical study showed entorhinal cortex (EC) may be a safer target for electrical stimulation. The pilot study in our lab has found that LFS of EC inhibited both amygdala and hippocampus kindling seizures without obvious side effect, indicating that EC may be a potential target for LFS treatment of temporal lobe epilepsy. Moreover, using microelectrode recording, our latest preliminary studies have found that LFS EC rapidly inhibited neuron firing in hippocampal dentate gyrus (DG) area, and using pharmacology and optogenetics technology we preliminarily found such inhibitory effect may be related to the neural circuit of EC-DG pathway, especially the GABAB receptor in DG may play an important role. Therefor, with the help of amygdala and hippocampus kindling epileptic models as well as techniques such as microelectrode recording, optogenetics, gene interference and pharmacology method, this study focuses on elucidating the underlying neural circuits and molecular mechanism of LFS modulating EC-DG pathway and its related antiepileptic effect, and may provid potential targets for antiepileptic drug.

颞叶癫痫极易发展为难治性癫痫，是癫痫治疗的热点和难题。我们前期研究发现1Hz低频率电刺激(LFS)颞叶区靶点如海马、杏仁核及梨状皮质等能有效控制颞叶癫痫发作，但是这些刺激脑区在临床应用中容易产生情感及认知功能障碍。最近临床研究提示内嗅皮层(EC)可能是较为安全的电刺激靶点。课题组近期研究发现LFS EC能有效控制杏仁核和海马电点燃癫痫并且无明显副作用，提示EC是LFS治疗颞叶癫痫的潜在靶点。利用微电极记录，最新预实验已发现LFS EC可以迅速干预海马齿状回区(DG)神经元放电，并且利用药理学和光遗传方法发现该作用可能与EC-DG神经通路有关，特别是DG区的GABAB受体可能发挥重要作用。因此本课题组拟利用多通道微电极记录、光遗传学方法、基因干预、药理学方法及电点燃癫痫模型等，着重阐明LFS对EC-DG环路的调节及其相关抗癫痫作用的分子机制，可能为颞叶癫痫治疗提供潜在药物靶点。

颞叶癫痫极易发展为难治性癫痫，是癫痫治疗的热点和难题。脑刺激是癫痫治疗的新的选择，但是有关癫痫及其脑刺激治疗的神经环路机制尚不清楚。本研究主要发现低频率电刺激或光遗传学激活内嗅皮层CAMKIIα神经元（而非GABA能神经元）具有抗颞叶癫痫作用，而光遗传学失活内嗅皮层CAMKIIα神经元促进癫痫发作并削弱低频率电刺激抗癫痫作用。CAMKIIα神经元的ChR2-eYFP主要投射到海马，激活部分海马内的神经末梢具有抗癫痫作用。结合微电极记录和药理学激素，发现低频率电刺激可以GABAB受体相关地抑制海马主神经元放电。而更有趣的是，低频率激活内嗅皮层CAMKIIα神经元可以广泛激活海马各亚区的中间神经元，其作用强于局部光遗传学直接激活海马GABA能神经元。因此，本研究主要证实内嗅皮层CAMKIIα神经元和其投射海马GABA能神经元可能构成了一个潜在的抗癫痫神经通路，该通路可能是低频率电刺激发挥抗癫痫作用的神经环路基础，可能为未来临床颞叶癫痫干预策略提供潜在靶点。同时，研究内容表明激活脑内兴奋性神经元发挥抗癫痫作用的可能性，可能补充了目前兴奋抑制失衡的癫痫发病理论。此外，我们额外还发现（1）海马癫痫大发作脑电初始阶段存在一种低能态AD1节律可能是潜在的低频率电刺激上述通路有效性标记物；（2）癫痫持续状态中累积的白介素-1β参与了KA 癫痫小鼠模型中地西泮耐药过程中，提示IL-1R1 受体是潜在难治性癫痫持续状态的治疗策略（可能与白介素-1β削弱上述内嗅海马神经环路抗癫痫功能部分有关）；（3）发现白介素-1β受体拮抗剂或IL-1R1 受体敲除可以延长癫痫发作后抑制状态（该过程与癫痫终止及发作后神经症状有关），可能揭示了白介素-1β 及其受体在癫痫后抑制过程中的新作用。总之，我们发现内嗅皮层的CAMKIIα神经元与其投射的海马中间神经元共同组成了一条具有抗癫痫作用的神经通路。低频率激活该神经通路具有抗癫痫作用，海马癫痫大发低能态AD1节律可能是其有效性的脑电标记物，而白介素-1β可能影响该通路功能进而影响颞叶癫痫发作过程。