Cell Rep Med. : PET+EEG诠释癫痫病的生物学基础-杭州脑海科技有限公司

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癫痫（epilepsy）是一种异常的神经系统疾病，其特征是由于大脑中的过度电活动而导致的反复癫痫发作。癫痫最常见的症状是不自主肌肉收缩的抽搐。局灶性癫痫被定义为最初影响有限脑区域的癫痫发作，在某些情况下，它们通过癫痫相关区域的扩大而发展为全身性癫痫发作，即局灶扩展至双侧强直-阵挛发作（focal to bilateral tonic-clonic seizures，FBTCS），而FBTCS是导致癫痫猝死的最重要原因之一。然而，人们对癫痫发生的生物学机制的阐明仍然有限。

2023年5月16日，横滨市立大学的Tsuyoshi Eiro 及其研究团队在Cell Reports Medicine（IF=14.3）上发表了题为“Dynamics of AMPA receptors regulate epileptogenesis in patients with epilepsy”的文章，使用PET成像研究了癫痫脑功能，[¹¹C]K-2评估AMPAR介导的突触功能和静息闭眼条件下的脑电图，反映了神经元活动的持续动态，进而研究癫痫患者的大脑功能，并阐明这种疾病的生物学基础。

癫痫是一种导致反复、无端癫痫发作的神经系统疾病，影响着全世界数百万人。虽然大脑电节律的不平衡被认为是导致癫痫的主要因素，但其潜在的病理生理机制仍然难以捉摸。现在，使用一种新型放射性示踪剂 ([¹¹C]K-2，第一个可视化和量化活人脑中α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid receptor，AMPAR）的技术），研究人员已经能够深入了解AMPAR运输在癫痫发生中的作用，该发现可能引领癫痫患者新型疗法的开发。

使用正电子发射断层扫描（PET）和脑电图（EEG），研究小组分析了α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（AMPARs）在癫痫发生中的作用。研究者解释说，“AMPARs在大脑的突触可塑性中起着关键作用。因此，我们最近开发了一种PET放射性示踪剂，[¹¹C]K-2，这是第一个也是唯一一个可用于量化活人脑中AMPAR密度的技术。这种示踪剂使我们能够研究通过脑电图测量的AMPAR密度与大脑动态电活动之间的关系。”

神经元突触促进信息在神经元之间的传递。然而，突触功能障碍会导致各种脑部疾病，包括癫痫。突触可塑性，即神经元活动导致神经元之间连接强度变化的过程，主要以两种形式存在：Hebbian可塑性和稳态可塑性。虽然Hebbian可塑性促进了信息可以被编码和保留在神经元中的机制，但稳态可塑性将神经元移回其原始状态。当前的研究是基于这样一个前提，即涉及AMPAR的突触可塑性功能障碍会引发癫痫发生。

为了深入了解癫痫发生的生物学机制，研究人员监测了癫痫患者中放射性标记的AMPAR的运输。他们发现细胞表面AMPAR密度与局灶性癫痫的γ活性幅度之间存在正相关关系。

PET成像特性[¹¹C]K-2及局灶性癫痫发作患者细胞表面AMPARs量与γ活性幅度呈正相关

研究人员还发现，根据脑电图的结果，在局灶性癫痫发作的患者中，AMPAR运输的增加也增加了异常γ活动的幅度。相比之下，全身性癫痫发作的患者在细胞表面表现出AMPAR降低。这种减少与异常伽马活动振幅的增加有关。研究人员还指出，癫痫患者的AMPAR水平低于健康对照组。全身性癫痫发作患者在皮质较大区域也表现出低于局灶性癫痫发作患者的AMPAR水平。

在无全身性癫痫发作的局灶性癫痫发作患者中观察到 AMPAR-γ 和θ活性耦合阳性

此外，从局灶性癫痫发作到全身性癫痫发作的转变伴随着阳性AMPAR-theta活性耦合的消失和负AMPAR-theta活性耦合的扩散。这一结果至关重要，因为跟据以往的研究结果，局灶性癫痫发作演变为双侧强直阵挛发作是癫痫意外猝死的最重要危险因素。

AMPAR 偶联的θ活性变化的扩散

“鉴于这些发现，我们认为Hebbian可塑性增加AMPAR贩运和稳态缩放以补偿癫痫发作中突触功能的下调可以调节癫痫脑功能。”

全身性癫痫发作下调 AMPAR 水平

由此，该团队通过对癫痫患者的AMPARs和EEG的PET成像来揭示癫痫的生物学基础，他们的发现消除了对人类癫痫生物学基础的几个疑问，并且还可能引领为患有这种疾病的患者开发新颖有效的治疗方法。

参考文献

Eiro T, Miyazaki T, Hatano M, et al. Dynamics of AMPA receptors regulate epileptogenesis in patients with epilepsy. Cell Rep Med. 2023;4(5):101020. doi:10.1016/j.xcrm.2023.101020IF: 14.3 Q1

资讯来源

https://medicalxpress.com/news/2023-05-key-role-synaptic-plasticity-modulating.html

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