《Communications Biology》：Ventral subicular pyramidal neurons contribute to epileptogenesis via anterior thalamic circuit
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本研究针对颞叶癫痫（TLE）癫痫发生机制不清的问题，揭示了腹侧下托谷氨酸能神经元（vSubglu）通过前丘脑核（ATN）环路驱动癫痫发生的关键作用。通过光遗传学、化学遗传学等多技术手段，证实调控vSubglu-ATN通路可双向干预癫痫进程，为TLE治疗提供了新靶点。
癫痫作为一种常见的神经系统疾病，全球有超过7000万患者深受其扰。其中颞叶癫痫（Temporal Lobe Epilepsy, TLE）是最常见的癫痫类型之一，其特点是海马等颞叶结构异常放电导致反复发作。尽管现有抗癫痫药物能控制部分患者症状，但约三分之一患者会出现耐药性，且现有药物多针对症状控制而非干预癫痫发生（epileptogenesis）的根本过程。这主要是由于我们对癫痫发生过程中神经环路的时空动态变化认识不足。因此，揭示癫痫发生的关键神经环路机制，寻找能够干预癫痫发生而不仅仅是控制症状的靶点，成为当前癫痫研究领域的迫切需求。
海马结构是TLE的主要癫痫灶，而下托（subiculum）作为海马信息输出的主要枢纽，其功能异常与TLE密切相关。下托沿背腹轴存在功能异质性，分为背侧下托（dorsal subiculum, dSub）和腹侧下托（ventral subiculum, vSub）。以往研究多关注dSub在癫痫中的作用，而对vSub，特别是其主要的谷氨酸能神经元（vSubglu）在癫痫发生中的具体贡献和相关的神经环路却知之甚少。vSub与边缘系统及丘脑等脑区有着密切的连接，提示其可能在癫痫活动中扮演重要角色。填补这一空白对于理解海马输出如何调控癫痫动态至关重要。
为此，龚一苇（Yiwei Gong）、张硕（Shuo Zhang）等研究人员在《Communications Biology》上发表了最新研究，综合运用在体纤维光度测定、光遗传学、化学遗传学和病毒示踪等技术，深入探究了vSubglu在TLE癫痫发生中的作用及其神经环路基础。
本研究主要运用了几项关键技术：在体纤维光度测定技术用于监测自由活动小鼠癫痫发生过程中vSubglu的钙活动变化；光遗传学技术利用腺相关病毒（AAV）在vSubglu特异性表达Channelrhodopsin-2 (ChR2)或ArchT，分别进行神经元激活或抑制；化学遗传学技术利用AAV在vSubsup>glu表达抑制性 Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs (DREADDs，即hM4Di)，并通过腹腔注射氯氮平N-氧化物（Clozapine-N-oxide, CNO）实现长效抑制；病毒介导的神经环路追踪技术（顺向和逆向）用于解析vSubglu的投射图谱；以及海马快速电点燃（hippocampal kindling）和海人酸（kainic acid, KA）诱导的急慢性TLE小鼠模型。
研究结果
vSubglu在癫痫发生过程中被激活
研究人员首先通过c-Fos免疫组化染色发现，癫痫小鼠的vSub区域神经元活动显著增强。进而，利用在体纤维光度测定技术实时记录小鼠海马电点燃过程中vSubglu的钙信号变化，发现无论是在局灶性发作（focal seizures, FSs）还是全身性发作（generalized seizures, GSs）期间，vSubglu均表现出明显的钙信号增强，表明vSubglu在癫痫发生过程中被显著激活。
激活vSubglu促进癫痫发生
为了验证vSubglu活动与癫痫发生的因果关系，研究人员使用光遗传学技术特异性激活vSubglu。结果显示，单纯重复光刺激激活vSubglu即可模拟电点燃过程，诱发小鼠出现进行性加重的癫痫行为。在电点燃模型基础上，联合光遗传激活vSubglu能够显著加速癫痫进程，表现为更快的癫痫级别进展和更长的后放电时长（afterdischarge duration, ADD）。然而，在完全点燃（fully kindled）小鼠中，激活vSubglu对已形成的全身性发作（secondary generalized seizures, sGSs）没有显著影响，提示vSubglu主要参与癫痫的发生（epileptogenesis）而非维持。
抑制vSubglu延缓癫痫发生
相应地，抑制vSubglu则展现出治疗潜力。无论是在电点燃模型还是急性KA模型中，光遗传学或化学遗传学抑制vSubglu均能有效延缓癫痫进程，表现为癫痫级别进展减慢、ADD缩短、达到完全点燃状态所需的刺激次数增加。更重要的是，在KA诱导的慢性自发性癫痫模型中，长期化学遗传抑制vSubglu显著延长了从初始损伤到出现首次自发性全身性发作的潜伏期，并降低了网络兴奋性（表现为发作间期癫痫样放电减少）。与激活实验一致，抑制vSubglu对完全点燃小鼠的sGSs也无明显影响，进一步证实了vSubglu作用的时间特异性，即选择性参与癫痫发生早期。
vSubglu通过前丘脑环路发挥促癫痫作用
那么，vSubglu是通过哪些下游脑区来发挥其促癫痫作用的呢？病毒顺向追踪结果显示，vSubglu发出密集的投射纤维到伏隔核（Acb）、终纹床核（BST）、外侧隔核（LS）、前丘脑核（ATN，包括前腹侧核AV和前内侧核AM）、下丘脑前核（AHN）、乳头体核（MM）和基底外侧杏仁核（BLA）等多个脑区。通过投射特异性的光遗传学抑制（即仅抑制vSub投射到特定靶区的神经末梢），研究人员发现，抑制vSub投射到ATN的末梢能够有效延缓电点燃进程，而抑制投射到BLA或LS的末梢则无此效果。逆向追踪实验也证实了vSub到ATN存在直接的单突触连接。进一步的环路功能验证实验表明，同时光遗传激活vSub投射到ATN的纤维末梢并化学遗传抑制ATN本身的谷氨酸能神经元（ATNglu），可以逆转因激活vSub-ATN通路而导致的癫痫加速效应。这证明vSubglu-ATNglu环路在癫痫发生中既具有必要性（抑制则延缓），又具有充分性（激活则促进）。
研究结论与意义
本研究首次系统地揭示了腹侧下托谷氨酸能神经元（vSubglu）在颞叶癫痫（TLE）癫痫发生中的关键作用及其神经环路机制。研究发现，vSubglu在癫痫发生过程中被特异性激活，其活动双向调控癫痫进程：激活促进而抑制延缓癫痫发生，但对已形成的全身性发作影响有限。更重要的是，研究鉴定出vSubglu到前丘脑核谷氨酸能神经元（ATNglu）的神经通路是介导这一促癫痫效应的主要下游环路。
这项研究的发现具有重要的科学意义和临床转化价值。首先，它深化了我们对癫痫发生神经环路机制的理解，将关注点从传统的海马癫痫灶扩展到了海马输出枢纽——下托，特别是其腹侧部分，并揭示了前丘脑这一关键中转站的重要性。其次，研究明确了vSubglu干预的时间窗口主要在于癫痫发生期，这为开发针对癫痫发生过程的干预策略（即疾病修饰疗法）而非单纯对症治疗提供了新思路。最后，所鉴定的vSubglu-ATNglu环路为未来开发精准的神经调控疗法（如深部脑刺激Deep Brain Stimulation, DBS的新靶点）用于难治性TLE的治疗提供了潜在的候选靶点。总之，该研究不仅补充了癫痫发生环路的图谱，也为TLE的干预策略开辟了新的途径。
