

發(fā)布時(shí)間:2023-10-02 21:49:00
2023年10月1日,《Cell Reports》 期刊在線發(fā)表了題為 《CDKL5 deficiency in adult glutamatergic neurons alters synaptic activity and causes spontaneous seizures via TrkB signaling》 的研究論文,由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、上海腦科學(xué)與類腦研究中心熊志奇研究組和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心朱永川研究組合作完成。
CDKL5缺乏癥(CDKL5 deficiency disorder,CDD)是由位于X染色體的CDKL5基因功能缺失性突變導(dǎo)致的神經(jīng)發(fā)育疾病,主要癥狀包括早發(fā)性癲癇、刻板動(dòng)作以及認(rèn)知與運(yùn)動(dòng)障礙等。CDD患者主要為女性,發(fā)病率約為四萬(wàn)分之一,2023年該病被納入中國(guó)第二批罕見病目錄。2003年中國(guó)學(xué)者陶炯與合作導(dǎo)師德國(guó)馬普分子遺傳研究所Vera Kalscheuer教授在智力障礙伴嬰兒痙攣患者中發(fā)現(xiàn)了CDKL5基因的突變。2004年陶炯教授回國(guó)后與熊志奇研究員合作開啟了CDKL5的功能研究,克隆了嚙齒類動(dòng)物的同源基因,揭示了CDKL5在大腦中的時(shí)空表達(dá)特征,并在2010年最早報(bào)道CDKL5在神經(jīng)元形態(tài)發(fā)育中的作用與機(jī)制。
早發(fā)性難治性癲癇發(fā)作是CDD患兒的典型癥狀,首次發(fā)作通常出現(xiàn)在出生后3個(gè)月內(nèi),給患者和家庭帶來(lái)沉重的身心負(fù)擔(dān)。早期的CDD動(dòng)物模型,如Cdkl5基因全敲除以及致病突變敲入小鼠均未表現(xiàn)出癲癇發(fā)作。2021年,熊志奇研究組率先發(fā)現(xiàn),在出生早期條件性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Cdkl5基因能導(dǎo)致小鼠自發(fā)性癲癇發(fā)作,這改變了當(dāng)時(shí)領(lǐng)域內(nèi)普遍的觀點(diǎn),即CDD模型小鼠無(wú)法體現(xiàn)類似臨床的癲癇癥狀。盡管在CDD小鼠模型中重現(xiàn)了癲癇發(fā)作的表型,但這些小鼠存在發(fā)作時(shí)間延遲、進(jìn)程慢等問(wèn)題。在本項(xiàng)研究中,研究人員發(fā)現(xiàn),在成年小鼠中特異性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Cdkl5基因能夠使所有小鼠在兩周后出現(xiàn)自發(fā)性癲癇發(fā)作,而在發(fā)育期誘導(dǎo)敲除Cdkl5基因則發(fā)作癲癇的小鼠比例大大下降。這表明小鼠腦發(fā)育過(guò)程中的代償效應(yīng)可能是影響出現(xiàn)癲癇表型的重要原因,繞過(guò)發(fā)育過(guò)程在成年大腦失活CDKL5是建立CDD癲癇模型的關(guān)鍵。
利用新構(gòu)建的CDD癲癇小鼠模型,研究人員發(fā)現(xiàn)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的表達(dá)在癲癇發(fā)作之前增加,其受體TrkB及下游信號(hào)分子亦存在過(guò)度激活,這導(dǎo)致了海馬齒狀回突觸前囊泡釋放概率增大、興奮性突觸傳遞增強(qiáng)。利用遺傳學(xué)手段敲除一個(gè)拷貝的TrkB編碼基因來(lái)降低TrkB的表達(dá)能夠阻止CDD小鼠的癲癇發(fā)生與發(fā)展。更具有臨床意義的是,在已經(jīng)發(fā)作癲癇的小鼠中,通過(guò)藥理學(xué)手段抑制TrkB受體的活性顯著減少了癲癇發(fā)作。這些結(jié)果表明,BDNF-TrkB信號(hào)通路在CDD癲癇小鼠模型里的異常激活是導(dǎo)致興奮性突觸傳遞增強(qiáng)和癲癇發(fā)作的重要機(jī)制。
熊志奇團(tuán)隊(duì)致力于推動(dòng)CDKL5缺乏癥的基礎(chǔ)與臨床研究,與患兒家長(zhǎng)們發(fā)起成立了中國(guó)CDKL5互助聯(lián)盟和希舞關(guān)愛之家。 團(tuán)隊(duì)揭示了CDKL5在神經(jīng)元遷移和樹突/軸突生長(zhǎng)中的重要作用 (Chen et al., 2010),CDKL5在興奮性突觸中的作用和機(jī)制(Zhu et al., 2013),以及CDKL5自身磷酸化在神經(jīng)元發(fā)育和可塑性中的功能 (Jiang et al., 2023),并且在國(guó)際上首次構(gòu)建了具有顯著自發(fā)癲癇表型的CDD小鼠模型,發(fā)現(xiàn)了潛在的藥物干預(yù)靶點(diǎn) (Wang et al, 2021;Zhu et al., 2023),奠定了中國(guó)科學(xué)家在CDKL5缺乏癥研究領(lǐng)域的國(guó)際引領(lǐng)地位。
該研究在中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心熊志奇高級(jí)研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心朱永川研究員的指導(dǎo)下,由朱姊艾博士和李奕彥博士共同完成。中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心動(dòng)物平臺(tái)實(shí)驗(yàn)師胥娟、熊志奇組博士生薛慧以及封雪博士對(duì)該研究做出了重要貢獻(xiàn)。中國(guó)科學(xué)院腦智卓越中心光學(xué)成像平臺(tái)、分子細(xì)胞技術(shù)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物平臺(tái)提供了技術(shù)支持。該研究獲得了中國(guó)科學(xué)院、科技部、基金委以及上海市的資助。

圖1. CDKL5功能缺失通過(guò)BDNF-TrkB信號(hào)通路引起自發(fā)性癲癇發(fā)作
A. CDKL5(紅色)在興奮性神經(jīng)元和GAD65陽(yáng)性抑制性神經(jīng)元(綠色)中表達(dá)。
B. 成年小鼠前腦興奮性神經(jīng)元中敲除Cdkl5基因引起自發(fā)性癲癇發(fā)作。
C. BDNF-TrkB參與CKDL5功能缺失引起的興奮性突觸增強(qiáng)和自發(fā)性癲癇發(fā)作。敲除一半的TrkB編碼基因能夠阻止癲癇的發(fā)生和發(fā)展;而在癲癇發(fā)作開始后抑制TrkB活性能夠顯著減少癲癇發(fā)作。
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