专家点评 Nat Neurosci︱突破！南京大学闫超团队揭示脂质堆积的反应性星形胶质细胞促进癫痫疾病进展

撰文︱陈张朋

审阅︱闫   超

点评︱许琪（中国医学科学院基础医学研究所），匿名审稿人

责编︱王思珍，方以一

癫痫，是最常见的神经系统性疾病之一，发病率接近1%[1-3]，其中约30%颞叶性癫痫患者会逐渐发展为药物难治性癫痫，此部分患者除手术外，治疗方法十分有限[2,4]。药物难治性癫痫患者致痫区的两大主要病理学特征是神经元死亡和胶质瘢痕的产生，胶质瘢痕的主要组成细胞之一是反应性星形胶质细胞[5,6]。反应性星形胶质细胞在老年痴呆症、多发性硬化症等多种神经系统性疾病中被发现，与疾病进展密切相关[7-10]。然而，在颞叶性癫痫中，反应性星形胶质细胞功能作用及其分子特征仍不清楚。

2023年3月20日，南京大学生命科学学院闫超教授、陈迪俊教授联合南京鼓楼医院刘翔宇主任团队在Nature Neuroscience在线发表题为“Lipid-accumulated reactive astrocytes promote disease progression in epilepsy” 的研究论文。这项研究首次揭示颞叶性癫痫患者大脑中存在一种全新的反应性星形胶质细胞亚型，其显著病理特征是星形胶质细胞存在异常的脂质堆积；这些脂质堆积的反应性星形胶质细胞（lipid-accumulated reactive astrocyte, LARA）以依赖APOE的方式形成，表现出独特的脂代谢和脂转移相关的分子表达谱。并通过上调腺苷A_2A受体表达，减少对谷氨酸的重摄取，从而加剧神经元的兴奋性，促进颞叶性癫痫的疾病进展。同期，Nature Neuroscience期刊进行亮点报道还对该工作以“Abnormal lipid metabolism shapes astrocyte reactivity in patients with epilepsy”为题进行Research Briefing专题报道。

研究人员首先分析了耐药性颞叶性癫痫（temporal lobe epilepsy, TLE）患者的磁共振成像波谱数据，发现同一患者的致痫侧与健侧相比，存在明显的脂质信号增强，表明脂质在致痫侧的异常堆积。进一步的免疫荧光、脂质代谢组学数据共同表明，致痫灶中的异常脂质堆积是耐药性TLE患者的一个重要病理特征，并且脂质异常堆积主要发生在神经元和星形胶质细胞中（图1）。

图1. TLE病人脂滴异常累积

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

为了探究异常的脂堆积是否会导致脂代谢相关基因的表达变化，研究人员收集了4例耐药性TLE患者和4例与之年龄匹配的正常脑组织样本进行了单核RNA测序（snRNA-seq）分析，结果发现TLE患者的神经元、星形胶质细胞都存在脂代谢和转运的信号通路异常激活，其中星形胶质细胞尤为显著，并且APOE在星形胶质细胞中显著高表达（图2）。

图2.TLE病人脂代谢和转运通路异常

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

为了探究APOE高表达是否是星形胶质细胞脂质堆积的必要条件，研究人员对野生型颞叶性癫痫小鼠和APOE 敲除的癫痫小鼠海马区脂堆积情况进行了比较，发现APOE 敲除对神经元内的脂堆积没有明显影响，但是，却显著地阻断星形胶质细胞上的脂堆积（图3）。

图3. 敲除APOE阻断星形胶质细胞脂质累积

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

于是，他们提出了假说：在慢性癫痫条件下，脂质首先在神经元中堆积，星形胶质细胞来源的APOE将脂质转运进星形胶质细胞内，造成了星形胶质细胞的脂堆积。进一步的离体神经元-星形胶质细胞共培养实验，星形胶质细胞APOE特异性敲除的癫痫小鼠模型实验对这一假说进行了验证（图4）。

图4. 特异性敲除星形胶质细胞APOE阻断其脂质累积

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

那么这群高表达APOE并且脂异常堆积的星形胶质细胞是否是一种特定的星形胶质细胞亚群？在癫痫中的作用是什么？研究人员对单核RNA测序数据进行进一步分析，并将星形胶质细胞集群分为6个亚群，其中有一个亚群中脂质代谢和转运相关的基因显著高表达功能，该亚群也表现出最高的APOE表达水平，该亚群的转录组特征与之前已报道过的反应性星形胶质细胞亚型的转录特征都不一样，是一个全新的亚型，因此，他们定义这个亚群为脂堆积的反应性星形胶质细胞，并命名为LARA（图5）。

图5. APOE介导了LARA的形成

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

APOE与LARA形成之间存在什么联系？他们对野生型颞叶性癫痫小鼠和APOE KO 颞叶性癫痫小鼠海马区进行了转录组测序，发现APOE KO逆转了绝大部分LARA相关基因的表达水平，证明APOE是LARA形成的必要条件（图5g）。接下来，他们对LARA在颞叶性癫痫中的功能表型进行了探究，发现不论是APOE KO 还是APOE cKO，都能够改善颞叶性癫痫小鼠的癫痫发作次数和持续时间以及离体脑片的癫痫样事件的发生次数和持续时间，说明LARA具有促癫痫的作用（图6）。

图6. LARA促进癫痫样脑电活动异常

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

最后，他们还探究了LARA促癫痫的潜在机制，发现LARA通过腺苷A2AR来发挥促癫痫作用，不论是使用抑制剂抑制腺苷A2AR，还是使用病毒特异性敲低星胶上的腺苷A2AR，都能够改善颞叶性癫痫小鼠的癫痫发作次数和持续时间以及离体脑片的癫痫样事件的发生次数和持续时间（图7）。

图7. LARA通过表达A2AR诱导神经元放电活动异常

（图源：Chen, et al., Nat. Neurosci, 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

综上，本研究首次发现在耐药性癫痫患者致痫区存在异常脂堆积，确定了脂质代谢失调在癫痫病理中的一个前所未知的作用，定义了一种新的反应性星形细胞亚型——脂质堆积型反应性星形细胞（LARA），并分析了它们在癫痫中的分子和功能表型，首次揭示了APOE在癫痫疾病进展中的作用，并为耐药性癫痫提供了新的治疗策略。

尽管本文揭示了脂代谢异常的现象，但关于脂质代谢异常如何促进癫痫进展的机制仍不清楚，值得进一步探究。

专  家  点  评、

许琪，教授，中国医学科学院基础医学研究所

癫痫是一种常见的神经系统疾病，临床使用的一线抗癫痫药物主要通过调控神经递质和离子通道活动，降低神经元兴奋性实现治疗目的。然而，约有三分之一的癫痫患者接受靶向神经元的药物治疗后效果不佳，逐渐发展为药物难治性癫痫。因此，探索癫痫发病的新机制，寻找新的药物靶点十分必要。反应性星形胶质细胞在AD和PD等神经疾病中的功能近年来受到广泛关注，然而星形胶质细胞在药物难治性癫痫中的作用及神经机制尚不清楚。

在本研究中，南京大学闫超教授通过与神经外科团队和生物信息学团队的合作，对癫痫患者致痫灶中的星形胶质细胞的分子表型与功能表型进行了系统性研究，鉴定了一个与癫痫疾病进展密切相关的星形胶质细胞亚型LARA，结合临床病人样本与动物模型，全面探究了APOE介导LARA形成的机制，以及LARA促进癫痫进展的分子机制，在此基础上提出靶向LARA可能成为治疗药物难治性癫痫的新选项。

这是一项非常漂亮的神经和代谢领域的交叉研究工作，首次将脂代谢异常和癫痫联系到一起，也是首次提出APOE和癫痫的潜在关联。本研究也是胶质细胞研究领域的重要进展，通过对癫痫患者星形胶质细胞进行疾病特异性分型，定义了LARA的存在，丰富了人们对于星形胶质细胞病理功能的理解，为靶向星形胶质细胞治疗药物难治性癫痫奠定了理论基础。

匿名审稿人，Nature Research Briefing 同期配发

The role of astrocytes in epilepsy is highly understudied, and this manuscript provides compelling evidence that epilepsy-associated astrocytes take on a unique, lipid-accumulating reactive state. Further, the upregulation of adenosine 2A receptors (A2ARs) in reactive astrocytes as a contributor to neuronal hyperexcitability is an intriguing mechanism backed up by precise genetics, including cell-specific knockdown of APOE and A2AR. The novelty of this reactive state and the strength of the genetic evidence make the manuscript incredibly strong.

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41593-023-01288-6

陈张朋（左一）第一作者兼通讯作者；闫超（左二）最后通讯作者；刘翔宇（右二）通讯作者；陈迪俊（右一）通讯作者。

（照片提供自：闫超/刘翔宇/陈迪俊团队）

博士后招聘：南京大学闫超教授课题组长期招聘博士后和助理研究员。闫超教授是国家级海外高层次引进人才，现任南京大学生理学系主任，课题组致力于神经药理学与肿瘤药理学研究，代表性论文发表于Nature、Nature Neuroscience、Cell Research、JCI、Nature Communications、Cancer Research、Autophagy等杂志，欢迎有识之士加入。

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参考文献（上下滑动查看）  
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编辑︱王思珍
本文完