人iPSC模型揭示Dravet综合征神经网络功能异常：SCN1A致病性变异对GABA能与异质皮质网络活动的差异化影响

本研究利用患者特异性iPSC来源的神经元与微电极阵列技术，揭示了Dravet综合征（DS）不同SCN1A致病性变异在GABA能富集培养与异质皮质网络中诱发差异化的功能表型，为疾病机制研究和个体化治疗策略开发提供了重要平台。

　　

Dravet综合征（Dravet Syndrome, DS）是一种严重的婴幼儿期起病的癫痫性脑病，其主要由SCN1A基因（编码电压门控钠通道Na_V1.1的α亚基）新生突变引起。超过80%的DS病例归因于该基因突变，患者除反复发作的癫痫外，还常伴随智力障碍、自闭症样行为、共济失调甚至猝死等严重并发症。尽管早期研究认为DS的病理机制与GABA能神经元功能失抑制相关，但近年研究发现兴奋性神经元中的钠电流异常也可能参与发病过程。因此，构建包含抑制性和兴奋性神经元亚型的体外模型，对于深入理解神经网络层面的功能异常具有重要意义。

在此背景下，研究团队利用人诱导多能干细胞（iPSC）技术，结合微电极阵列（MEA）记录，系统研究了两种不同SCN1A致病性变异对神经网络功能的影响。该研究论文发表在《Neuroscience Research》上，为理解DS的病理机制和开发靶向治疗策略提供了新的视角和实验依据。

本研究采用了以下关键技术方法：1）从健康对照和DS患者来源的iPSC分化为GABA能富集神经元和异质皮质神经元；2）使用免疫细胞化学和qPCR对分化细胞进行表型鉴定；3）利用微电极阵列长期监测神经网络的自发电活动，分析单通道水平和网络水平的爆发活动；4）应用多种神经递质受体激动剂和拮抗剂（包括GABA、GABAzine、KA和CNQX）进行药理学干预；5）使用主成分分析对多参数MEA数据进行聚类分析。研究所用患者细胞系来自瑞典乌普萨拉大学，并包含多名对照。

研究结果分为以下几个部分：

3.1. hPSC源性神经元表达典型祖细胞和GABA能神经元标志物

通过双SMAD抑制法，团队成功将对照和DS患者iPSC分化为GABA能神经元。分化细胞在体外12天（DIV12）时表达神经外胚层标志物FOXG1、SOX2和PAX6，并逐渐表达腹侧端脑标志物NKX2.1、LHX6等。至DIV37时，细胞高表达GAD67和βTUBIII，证实其GABA能神经元身份。SCN1A基因及Nav1.1蛋白在对照组和患者组中均有表达。

3.2. DS患者来源GABA能网络的功能活动存在差异

MEA长期记录显示，不同细胞系在平均放电率（MFR）、爆发次数等指标上存在显著差异。DS患者1来源的神经元在DIV47后表现出更高的MFR和爆发活动，网络爆发（NB）数量也显著增加，呈现功能亢进表型；而DS患者5的神经元活动与部分对照组类似，表型较弱。

3.3. 皮质网络包含异质神经元群体

团队进一步建立了包含兴奋性（VGLUT1阳性）和抑制性（GAD67阳性）神经元的异质皮质网络模型，并证实其具有成熟的突触结构（Synaptophysin和PSD95共定位）。该模型更好地模拟了大脑皮层的细胞组成。

3.4. DS患者异质皮质网络呈现显著功能表型差异

在异质网络中，DS来源的神经网络表现出显著降低的MFR和爆发频率，但DS患者1仍显示出更高的网络爆发数量和更短的爆发间期。主成分分析表明，患者与对照网络在放电兴奋性参数和网络爆发组织特征上形成明显聚类。

3.5. Dravet患者异质皮质网络对药理学干预响应更敏感

药理学实验表明，DS来源网络对GABA和红藻氨酸（KA）的处理响应更为显著。例如，GABA处理后DS患者1的放电活动下降更明显；KA则引起DS患者1网络爆发活动完全破坏，表明其存在网络兴奋性失衡和易感性增强。

研究结论与讨论部分指出，本研究首次在患者特异性iPSC衍生的GABA能富集培养和异质皮质网络中，系统评估了SCN1A不同致病性变异对神经网络功能的影响。发现DS患者1（携带p.Pro1837Argfs24突变）表现出更严重的网络亢进表型，与其临床严重程度相符；而DS患者5（p.Thr217Arg突变）表型较轻。异质皮质模型更好地再现了神经网络层面的异常，对药物干预也更具敏感性，说明其疾病建模能力更强。这些发现不仅深化了对DS病理机制的理解，也为开展个性化药物筛选和治疗策略优化提供了重要平台。未来研究可进一步扩大患者队列、结合等基因对照设计，并在电生理层面直接测量兴奋/抑制性突触电流，以推动靶向治疗的转化应用。