Cell Metab丨靶向脂质信号通路预防癫痫发作

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2024年10月31日美国罗切斯特大学Maiken Nedergaard团队在Cell Metabolism发表 “Anti-seizure effects of norepinephrine-induced free fatty acid release”，揭示了去甲肾上腺素诱导的游离脂肪酸释放具有抗癫痫作用。

大脑具有在睡眠、安静清醒和高度警觉状态之间快速转换的能力。战斗或逃跑反应是一种在进化上保守的生理机制，它增强了生物体对潜在威胁做出有力反应的能力。血浆中去甲肾上腺素（NE）的浓度激增，通过增加能量代谢物的可用性，加强了预期的战斗或逃跑反应。NE在促进觉醒方面起着关键作用，但不清楚大脑如何避免唤醒时神经元过度兴奋。在该研究中，NE暴露导致星形胶质细胞和神经元在质膜内产生游离脂肪酸（FFA）。反过来，FFA通过差异调节星形胶质细胞和神经元Na+、K+、ATPase的活性来抑制兴奋性。将FFA直接应用于清醒、行为小鼠的枕叶皮层可抑制视觉诱发电位（VEP）。相反，通过局部应用脂肪酶抑制剂阻断FFA的产生会提高VEP并触发癫痫样活动。这些结果表明，FFA释放是防止过度兴奋的NE信号转导的关键步骤。靶向脂质信号通路可能为预防癫痫发作提供一种新的治疗方法。

1. 去甲肾上腺素在星形胶质细胞和神经元中差异性调节Na+、K+-ATPase

NE从蓝斑核（LC）投射到新皮层和整个神经轴的释放是唤醒状态的关键中介。LC介导的从睡眠到觉醒的转换与细胞外K+浓度（[K+]e）的增加以及细胞外体积的缩小有关。由于Na+, K+-ATPase（NKA）是调节[K+]e和脑细胞体积的主要调节器，于是探究肾上腺素能信号是否调节NKA活性。NKA在细胞中普遍表达，它将3个Na+离子从细胞质中排出，同时从细胞外空间反向转运2个K+离子，从而缓冲[K+]e，进而扩大细胞外空间。作者制备了小鼠前脑星形胶质细胞和神经元的原代培养研究星形胶质细胞和神经元。多巴胺、乙酰胆碱、食欲素和ATP都促进了NKA活性。阻断NKA-α3亚单位表达，消除了NE诱导的NKA活性增强。NE差异性调节了星形胶质细胞和神经元的NKA活性，并且依赖于细胞类型特异性的NKA亚单位表达。NE和组胺对星形胶质细胞NKA活性的抑制作用是一个独特的特征。

2. 体内脂质信号的操控控制视觉诱发电位的幅度

为了评估NE-FFA信号通路在清醒、自由行为小鼠中的重要性，作者接下来在视觉皮层局部操控脂质信号，同时监测对神经元活动和细胞外K+浓度（[K+]e）的影响。年轻成年雄性或雌性野生型小鼠在光刺激（20毫秒，每30秒一次）前适应头部固定。选择强烈的刺激是为了引发惊吓反应，从而引发NE的释放。在记录前，通过光纤记录在视觉皮层的NE sensor，以评估光刺激对NE释放的影响。在暗适应的小鼠中，光刺激后V1中的NE显示出一致的增加。接下来，在视觉皮层同时记录视觉诱发电位（VEPs）和[K+]e。首先，在基线条件下对皮质层2-3进行VEPs记录，持续30分钟。接下来，局部给予包括亚麻酸、油酸和花生四烯酸在内的FFA混合物。FFA混合物显著降低了30分钟时的VEP振幅，而对照组应用没有效果。实验表明，局部应用于V1皮层的FFA混合物短暂降低了VEP振幅和相关的[K+]e反应。

3. 长时间皮质暴露于脂酶抑制剂76-0079引发的光诱导癫痫活动

接下来进一步探究脂酶抑制是否最终会导致癫痫样活动。为了最小化头部固定和光刺激带来的压力，在应用76-0079（一种激素敏感性脂肪酶抑制剂）后延长了VEP记录的时间。在对照组处理的小鼠中，VEP的振幅在记录期间（60至200分钟）保持不变，而在用76-0079处理的小鼠中，VEP振幅从60分钟时已经升高的水平继续增加。实际上，所有用76-0079处理的小鼠最终都观察到了癫痫样放电，而对照组处理的小鼠中没有一个表现出异常的尖峰活动。作者注意到两种癫痫样放电模式。观察到的最常见类型的爆发放电由低幅度快速（LAF）活动组成，其特征是一系列低幅度快速尖峰（幅度<1 mV，频率>10 Hz，持续时间30-50毫秒）。还观察到高幅度尖峰（HAS），由一系列高宽尖峰组成（幅度>1 mV，频率<1 Hz，持续时间200-300毫秒）。用76-0079处理的小鼠表现出与癫痫样活动相关的大振幅和持久的[K+]e增加。脂酶抑制最终会导致暴露于高强度光刺激小鼠中VEP诱导的异常尖峰活动。相比之下，暴露于对照组的小鼠在整个记录过程中表现出正常的VEP，没有过多的[K+]e增加。

综上所述，去甲肾上腺素在战斗或逃跑反应中释放，增加能量代谢物的可用性。去甲肾上腺素通过增加FFAs的生成，不仅提供能量，还通过调节Na+、K+ ATP酶活性来降低神经元的兴奋性，从而发挥抗癫痫作用。这些发现为开发新的抗癫痫药物提供了新的思路，通过调节FFAs的生成和代谢，可能有助于控制癫痫发作。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.10.011

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