癲癇灶神經元“甩脂”殃及星形膠質細胞，促進癲癇發生

說起癲癇，估計大部分人都不會陌生，它就是我們經常聽到的“羊癲瘋”。

這種病是大腦神經元突發異常放電導致的，患者常出現運動、感覺、自主神經、意識及精神障礙等癥狀（大約影響了1%的人）[1, 2]。

70%的癲癇患者經藥物治療后可得到有效控制，然而剩下30%的患者會發展為耐藥性癲癇[3]。癲癇灶中神經元損傷后膠質瘢痕的形成，是造成耐藥性癲癇的主要原因[4]。

科學家已經知道，構成膠質瘢痕的主要成分為反應性星形膠質細胞，然而，目前學界對于反應性星形膠質細胞與癲癇之間的關系并不清楚。

近日，南京大學生命科學學院的閆超、陳迪俊、陳張朋團隊，與南京鼓樓醫院神經外科劉翔宇團隊合作，在《自然·神經科學》發表重要研究成果[5]，揭示了脂質代謝失調在癲癇與反應性星形膠質細胞之間起到的作用。

研究團隊發現，顳葉癲癇患者和癲癇模型小鼠中的致癇灶中均存在異常脂質堆積，而神經元長期過度興奮產生的大量脂質，會被轉移到“大冤種”星形膠質細胞，從而造就了一類表現出獨特分子表型和功能的脂質堆積反應性星形膠質細胞（LARA）。LARA可能通過上調自身腺苷2A受體，降低谷氨酸再攝取，從而提高神經元興奮性，進而促進癲癇的發生。

此研究結果提示，調控脂質代謝等靶向LARA的療法，或將有助于耐藥性癲癇患者的治療[6]。

論文首頁截圖

早在30多年前，就有研究報道了癲癇患者大腦中異常的脂質堆積現象[7]，但一直沒有引起重視。

為了進一步研究癲癇患者腦部的脂質堆積現象，研究者首先對4例耐藥性顳葉癲癇（TLE）患者進行了磁共振波譜檢測，發現癲癇病灶處的脂質信號相比于大腦對側明顯更強（P=0.0013）。

這一現象得到了上述TLE患者病灶組織和“正常”（腫瘤患者或外傷患者腦組織）組織脂質染色結果的驗證，病灶組織中神經元和星形膠質細胞內的脂質顯著增加（P＜0.01）。

TLE患者病灶組織中神經元和星形膠質細胞內的脂質顯著增加

這個從臨床患者中觀察到的現象，在小鼠癲癇模型中再一次得到了證實。

在紅藻氨酸（KA，L-谷氨酸類似物，中樞神經系統興奮劑）誘導的經典癲癇小鼠模型，和通過化學遺傳學建立的癲癇小鼠模型中，癲癇灶處同樣均出現脂質堆積，且同樣是神經元和星形膠質細胞內出現脂質增多。

癲癇小鼠模型癲癇灶中神經元和星形膠質細胞內出現脂質堆積

這些結果均提示癲癇灶中出現了脂質代謝的失調。那這其中到底發生了什么呢？

為了進一步進行研究，研究人員對4例TLE患者和4例非TLE對照的腦組織，進行了單核RNA測序（snRNA-seq），共獲得了66526個單核轉錄數據。在對細胞進行分群后，研究人員發現TLE患者和非TLE對照的細胞群體存在差異，TLE患者病灶中抑制性神經元數量減少，膠質細胞數量增多，符合癲癇的病理特征。

有趣的是，盡管在上述研究中觀察到神經元和星形膠質細胞內均存在脂質堆積，但對相應細胞群體的信號通路分析卻表明，與脂質轉運和代謝相關的通路在星形膠質細胞中顯著激活，在神經元中僅輕度激活。

通過對TLE患者和非TLE對照的星形膠質細胞進行進一步的分群，研究人員在TLE患者的星形膠質細胞中，發現了一群以高表達APOE為特征的細胞群體。這一發現也得到了TLE患者組織星形膠質細胞免疫染色結果的驗證，相比于非TLE對照，TLE患者星形膠質細胞中的APOE表達更高（P=0.0067），而神經元以及其他膠質細胞則沒有差異。

TLE患者的星形膠質細胞發現了一群以高表達脂質轉運基因APOE為特征的細胞群體

任何現象的存在，都有它的道理！那么這一特殊的星形膠質細胞群體到底有何作用呢？

通過研究全身APOE敲除（KO）和星形膠質細胞特異性APOE敲除（cKO）的癲癇小鼠模型，研究人員發現APOE的敲除對神經元內的脂質堆積幾乎沒有影響，但顯著影響星形膠質細胞內的脂質堆積（P＜0.001），表明APOE是星形膠質細胞而非神經元中脂質積累所必需的。

因此，研究人員提出假說：神經元長期過度興奮導致細胞內脂質積累，然后通過APOE依賴途徑不斷轉移到星形膠質細胞。

為了驗證這一假設，研究人員進行了一系列實驗。

首先，他們發現通過紅藻氨酸直接刺激從野生型小鼠提取的原代神經元，可誘導細胞內劑量依賴性脂滴的形成，但刺激星形膠質細胞無法促使細胞內脂滴形成。其次，用經紅藻氨酸刺激的神經元培養基處理星形膠質細胞，可促使星形膠質細胞內脂質堆積。最后，通過對脂肪酸的標記追蹤，他們發現在紅藻氨酸刺激后，脂肪酸確實從神經元轉移到了星形膠質細胞。

在KA刺激后脂肪酸從神經元內轉移到了星形膠質細胞

這下實錘了，星形膠質細胞這個“背鍋俠”吞下了神經元造的“孽”，終究是星形膠質細胞扛下了所有，研究人員將這群星形膠質細胞命名為脂質堆積的反應性星形膠質細胞（LARA）。

忍無可忍，無需再忍。被欺負的老實人——LARA也做出了自己的反擊。

研究人員發現，LARA存在促進癲癇的能力。LARA會上調自身的腺苷2A受體（A2AR），降低谷氨酸再攝取，從而升高了神經元興奮性導致癲癇的發生，而通過A2AR抑制劑和敲除A2AR，均可逆轉LARA的促癲癇作用。

神經元和LARA在癲癇中的相互作用機制圖

總的來說，本研究證明了癲癇灶中存在一類與癲癇相關的星形膠質細胞群體LARA，并呈現出一種獨特的、脂質積累的反應狀態。LARA可能與癲癇的耐藥性存在關系，其A2AR的上調或是神經元過度興奮的一個促成因素。今后靶向LARA的治療或可為耐藥性癲癇患者的治療提供新策略。

參考文獻

1.Patel DC, Tewari BP, Chaunsali L, Sontheimer H: Neuron-glia interactions in the pathophysiology of epilepsy. Nat Rev Neurosci 2019, 20(5):282-297.

2.Thijs RD, Surges R, O'Brien TJ, Sander JW: Epilepsy in adults. Lancet 2019, 393(10172):689-701.

3.Loscher W, Potschka H, Sisodiya SM, Vezzani A: Drug Resistance in Epilepsy: Clinical Impact, Potential Mechanisms, and New Innovative Treatment Options. Pharmacol Rev 2020, 72(3):606-638.

4.Vezzani A, Balosso S, Ravizza T: Neuroinflammatory pathways as treatment targets and biomarkers in epilepsy. Nat Rev Neurol 2019, 15(8):459-472.

5.Chen Z-P, Wang S, Zhao X, Fang W, Wang Z, Ye H, Wang M-J, Ke L, Huang T, Lv P et al: Lipid-accumulated reactive astrocytes promote disease progression in epilepsy. Nature Neuroscience 2023.

6.Abnormal lipid metabolism shapes astrocyte reactivity in patients with epilepsy. Nature Neuroscience 2023.

7.Woods BT, Chiu TM: In vivo 1H spectroscopy of the human brain following electroconvulsive therapy. Ann Neurol 1990, 28(6):745-749.