Nat Commun：陈忠团队揭示下托参与颞叶癫痫发病的环路分子机制
癫痫是神经系统最常见的疾病之一，困扰了全球近1%的人口，并有近1/3的患者症状难以被抗癫痫药物控制。药物难治率在以海马、杏仁核等区域起源的颞叶癫痫（Temporal lobe epilepsy，TLE）中甚至可达70%以上。绝大部分颞叶癫痫病人还会伴随具有高致残、致死率的继发性全面发作（secondary generalized seizure，sGS），造成了严重的社会负担，因此亟需研究颞叶癫痫的发病机制并寻找新的治疗策略及药物治疗靶点。近年来，越来越多的观点认为癫痫发作是关键脑区的功能异常导致神经环路水平上“兴奋-抑制”失衡的结果，调控关键脑区及相关环路在癫痫治疗中尤为重要。
近日，浙江大学/浙江中医药大学联合（陈忠教授团队）在Nature Communications杂志在线发表了题为Discrete Subicular Circuits Control Generalization of Hippocampal Seizures 的研究论文。首次揭示了海马下托的兴奋性谷氨酸能神经元在颞叶癫痫中的异质性作用，其中下托投射到丘脑前核的神经环路中超极化激活的阳离子门控通道（HCN）介导的的簇状放电增强了颞叶癫痫的形成和泛化，该研究为解析颞叶癫痫的发生机制和发现精准干预药物靶点提供重要实验依据。
陈忠教授团队长期从事癫痫的发病机制与药物治疗新靶点新策略研究，重点关注下托这一关键脑区，系统性研究总结并提出下托（海马亚区）是介导颞叶癫痫发作及耐药的重要 “门控” 作用及调控的微环路及分子机制。本研究在下托“门控”理论的基础上，进一步探究海马下托的兴奋性谷氨酸能神经元在颞叶癫痫中的神经环路机制及调控的分子靶点。
首先，研究者们利用经典的小鼠海马电点燃TLE模型，发现下托的谷氨酸能神经元在颞叶癫痫发作中被高度激活，且这些被激活的谷氨酸能神经元存在亚区分布特异性，主要集中在下托的深层。
在神经环路追踪实验中，发现下托的谷氨酸能神经元向皮层和皮层下的大量脑区进行了广泛的投射，其中，伏隔核（NAc），丘脑的丘脑前核（ANT），下丘脑的乳头体（MMB），内嗅皮层深层（EC）等核团在癫痫全面性发作（sGS）后被高度激活，尤其是ANT，在癫痫发作的早期阶段即产生大量神经元激活，提示这些核团参与TLE发作的重要可能性。进一步的研究证明，下托-ANT的谷氨酸能神经环路在TLE的sGS中起双向调控的作用。
同时，研究者们也发现其他三条谷氨酸能神经环路，下托-EC，下托-NAc和下托-MMB对癫痫的调控作用，并揭示下托投射到下游不同脑区的神经环路对于TLE发作的调控具有异质性。
研究者们后续对ANT投射的深层下托神经元和EC投射的浅层下托神经元进行了在体多通道记录，发现深层的下托谷氨酸能神经元具有更强的簇状放电能力。进一步的离体电生理显示，ANT投射的下托谷氨酸能神经元，尤其是簇状放电的神经元胞体上存在着较大的超极化激活的内向电流，提示其超极化激活的环核苷酸门控阳离子（HCN）通道的功能可能更强，并表现出更强的簇状放电能力，具体表现为簇状发放的动作电位个数更多，频率更高。孵育HCN通道拮抗剂后可以一定程度上减弱这种簇状放电能力，提示HCN可能促进了ANT投射的下托谷氨酸能神经元的簇状放电能力。
研究者们接着通过两种方式干预了下托的HCN通道，分别是在下托直接给予ZD7288和通过shRNA来特异性地敲降ANT投射的下托谷氨酸能神经元上的HCN通道，发现对TLE均有显著的抑制作用。进一步，由于簇状放电对于神经环路可塑性的增强具有重要作用，最后研究者利用在体单脉冲测试环路可塑性的实验，发现在癫痫形成过程中在下托给予ZD7288或光遗传学抑制下托-ANT环路均显著减弱了由下托传出的电信号在ANT中记录到的强度（更小的场电位脉冲幅度及场电位达峰斜率），提示HCN通道参与的神经元簇状放电在颞叶癫痫泛化过程中的兴奋性环路增强的作用。上述结果表明下托-ANT神经环路中的HCN通道是颞叶癫痫的重要干预靶点。
综上所述，本研究首次发现下托脑区存在结构和功能异质性的神经亚群，不同亚区的神经元通过不同的投射下游对颞叶癫痫中的“兴奋-抑制”平衡调控产生差异化（甚至相反）的作用。其中下托投射到丘脑前核的神经环路中超极化激活的阳离子门控通道（HCN）介导的的簇状放电增强了颞叶癫痫的形成和泛化，提示其在颞叶癫痫中精准干预的重要性，同时也是对下托门控颞叶癫痫发病机制的重要补充。
该研究的第一作者为浙江大学药学院的博士研究生费凡（现在为浙江中医药大学博士后），硕士研究生王霞及浙江中医药大学的徐层林研究员为本文的共同第一作者。汪仪研究员、陈忠教授和徐层林研究员为本文的共同通讯作者。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32742-x