客户文章 | Adv Sci：李晓明/陈家东团队揭示杏仁核调控癫痫的新神经环路机制

2024年10月31日，浙江大学脑科学与脑医学学院、双脑中心李晓明/陈家东团队在Advanced Science杂志发表了题为“Posterior Basolateral Amygdala is a Critical Amygdaloid Area for Temporal Lobe Epilepsy”的研究论文，该研究揭示了后基底外侧杏仁核（pBLA）谷氨酸能神经元在癫痫发生和传播中的神经环路，并在TLE小鼠模型中确定pBLA是调节癫痫发作的杏仁核复合体中的关键核团。

为了操控C57BL/6J小鼠中pBLA的谷氨酸能神经元，研究人员使用了CaMKIIα启动子介导的腺相关病毒（AAV）工具。在小鼠的pBLA注射了AAV-CaMKIIα-ChR2-mCherry或AAV-CaMKIIα-mCherry的AAV，并在两侧植入光纤以光遗传学方式刺激pBLA中的谷氨酸能神经元（图1A）。脑电图（EEG）记录显示，光遗传学激活pBLA谷氨酸能神经元引起了持续39.75±5.31秒（n=6只小鼠）的显著癫痫样放电（图1D），显著增加了五种不同频率脑波的功率：δ波（0.5-4 Hz）、θ波（4-8 Hz）、α波（8-12 Hz）、β波（12-30 Hz）和γ波（30-500 Hz）（图1E）。这种激活还导致了5-6级癫痫发作（图1F），并引发了其他癫痫症状，包括瞳孔扩大和口吐白沫。值得注意的是，pBLA谷氨酸能神经元的短暂30秒激活可能导致动物突然死亡（癫痫阶段6；六只小鼠中有三只）。相比之下，光遗传学激活前基底外侧杏仁核（aBLA）的谷氨酸能神经元并未引起癫痫发作。

图1 光遗传激活pBLA谷氨酸能神经元可诱发癫痫症状甚至死亡

图2 用AAV逆行标记pBLA投射神经元

图3 侧支投射的pBLA神经元钙信号与癫痫发作活动同步

图4 光遗传激活靶向IC的pBLA神经元可诱发癫痫样放电和癫痫发作

为了进一步确定BNST GABA+或CeA GABA+神经元与pBLA谷氨酸能神经元之间的突触连接性质，研究人员进行了全细胞膜片钳电生理记录实验（图5D,K），结果显示光刺激从BNST或CeA投射到pBLA的轴突末梢时，在超过70%的mCherry标记的pBLA谷氨酸能神经元中诱发了抑制性突触后电流（eIPSCs），而不是兴奋性突触后电流（eEPSCs）（图5E,G,L,N）。此外，光遗传学激活pBLA谷氨酸能神经元对BNST GABA+或CeA GABA+投射的轴突末梢，结果显示表现出单突触抑制反应，记录到的eIPSCs被电压门控钠通道阻断剂河豚毒素（TTX, 1μM）阻断，随后被钾通道阻断剂4-氨基吡啶（4-AP, 100μM）恢复，并且被GABAA受体拮抗剂匹可毒素（PTX, 100μM）消除（图5E,F,L,M），结合病毒示踪、FISH和膜片钳电生理记录的结果，BNST GABA+或CeA GABA+神经元对pBLA谷氨酸能神经元形成了反馈抑制（图5B,C,I,J）。

图5 BNST GABA+和CeA GABA+神经元对pBLA谷氨酸能神经元形成反馈抑制

图6 从pBLA神经元投射到BNST的单突触逆行追踪

为了测试激活vCA1-pBLA神经环路是否足以引发癫痫发作，研究人员在C57BL/6J小鼠的vCA1注入AAV-CaMKIIα-ChR2-mCherry或AAV-CaMKIIα-mCherry，并在pBLA上方植入光纤。光遗传学激活vCA1-pBLA神经环路引发了癫痫样放电和癫痫行为。相比之下，尽管pBLA神经元也接收来自梨状皮质（Pir）和丘脑室旁核前部（aPVT）的突触输入（图7G），光遗传学激活兴奋性的Pir-pBLA或aPVT-pBLA神经环路路并未引发癫痫样放电或癫痫行为（图7H-J）。

图7 光遗传激活vCA1-pBLA环路

图8 消融pBLA谷氨酸能神经元可以抑制KA诱导的急性癫痫发作

接下来，研究人员探索了消融pBLA谷氨酸能神经元是否能够抑制KA诱导的慢性自发性癫痫发作。在海马注射KA，双侧引入AAV-DIO-DTA和AAV-CaMKIIα-Cre进行pBLA神经元消融，并在颅骨表面放置电极进行EEG记录。在KA注射后七周，每天观察超过8小时对小鼠进行评估，连续5天评估自发性高电压尖峰（> 0.5 mV）（图9G）。消融pBLA谷氨酸能神经元显著减少了自发性高电压尖峰的数量（图9H,I）。在pBLA消融的小鼠中也未观察到GSs（图9J,K）。这些发现表明，消融pBLA神经元有效地减轻了慢性TLE模型中的癫痫发作。

图9 pBLA神经元消融减轻慢性TLE模型中的癫痫发作

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