《Brain and Behavior》：Ketogenic Diet–Associated Remodeling of the Cortical Proteome in Rats With Genetic Absence Epilepsy
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**目的**：本研究探讨了生酮饮食（ketogenic diet, KD）干预对遗传失神癫痫大鼠（genetic absence epilepsy rats from Strasbourg, GAERS）皮层蛋白质组的影响。GAERS是一种成熟的失神癫痫动物模
**目的**：本研究探讨了生酮饮食（ketogenic diet, KD）干预对遗传失神癫痫大鼠（genetic absence epilepsy rats from Strasbourg, GAERS）皮层蛋白质组的影响。GAERS是一种成熟的失神癫痫动物模型。生酮饮食是癫痫的一种治疗性干预手段，但其作用机制尚未完全阐明。
**方法**：研究人员将30日龄雄性GAERS大鼠分为生酮饮食组（88.8%脂肪、10.2%蛋白质、1%碳水化合物；n = 4）和正常饮食（normal diet, ND）组（n = 3），并以Wistar大鼠（n = 3）作为健康对照。采用基于数据依赖性采集（data-dependent acquisition, DDA）的鸟枪蛋白质组学方法，分析了体感皮层（somatosensory cortex, SCx）——失神发作的关键皮层驱动区域。数据使用MaxQuant和Perseus软件进行处理。
**结果**：与Wistar大鼠相比，GAERS-ND大鼠SCx中有526种蛋白质发生显著改变；生酮饮食干预显著改变了GAERS大鼠SCx中的121种蛋白质。值得注意的是，生酮饮食与其中22种蛋白质的表达模式部分向Wistar对照组水平转变相关。多数受生酮饮食影响的蛋白质为突触蛋白（SCx中占72%）和线粒体蛋白。通路分析表明，生酮饮食相关的蛋白质变化富集于体感皮层的轴突导向、神经发育和代谢通路。
**结论**：综上所述，这些结果表明，在该区域观察到的突触和线粒体蛋白质改变与生酮饮食干预下失神癫痫所伴随的皮层分子适应有关。
**论文解读：生酮饮食干预下GAERS大鼠体感皮层蛋白质组重塑**
**1. 研究背景与意义**
失神癫痫是一种常见于儿童和青少年的癫痫类型，约占该人群癫痫病例的10%–17%，其典型特征为突发性自主运动停止及脑电图上3–4 Hz的广泛性棘慢波放电（spike-and-slow wave discharges, SWDs）。尽管已有多种抗癫痫发作药物（anti-seizure medications, ASM），仍有部分患者疗效不佳，被归类为药物难治性癫痫。生酮饮食（ketogenic diet, KD）自1911年起被用于癫痫治疗，尽管随着新药开发其应用一度减少，但近期研究表明其在某些失神癫痫病例中可能有助于减少发作。然而，生酮饮食在失神癫痫中发挥抗惊厥作用的确切机制尚不清楚。已有研究提示该饮食方式可促进糖异生和生酮作用，并影响线粒体活性、神经递质稳态及离子通道行为。蛋白质组学是研究神经系统疾病病理机制的有力工具，可鉴定差异表达蛋白及其蛋白形式，为理解癫痫中蛋白质相互作用和生物网络动态过程提供信息。目前，虽然已有研究在其他癫痫模型中采用蛋白质组学方法，但尚无研究考察生酮饮食如何影响遗传性失神癫痫模型的大脑蛋白质组。已有药物治疗主要着眼于控制临床症状，对疾病相关分子和网络水平改变的认识有限，因此探索生酮饮食等非药物疗法对癫痫相关皮层通路的蛋白质组水平影响具有重要意义。本研究聚焦于失神癫痫发作起源的体感皮层（somatosensory cortex, SCx），系统比较了Wistar对照大鼠、正常饮食GAERS大鼠和生酮饮食GAERS大鼠的蛋白质表达谱，以期从系统层面揭示生酮饮食干预下皮层分子反应。本研究所用GAERS动物与先前代谢和脑电图研究（Acikgoz et al. 2026）来自同一实验队列，该前期研究已报道生酮饮食可增加β-羟丁酸水平、降低血糖和体重增长，并缩短单个棘慢波放电的平均持续时间。
**2. 研究主要技术方法**
研究人员采用基于数据依赖性采集（data-dependent acquisition, DDA）的鸟枪蛋白质组学方法，对生酮饮食组（n = 4）和正常饮食组（n = 3）的GAERS大鼠及正常饮食Wistar对照组（n = 3）的体感皮层样本进行蛋白质鉴定和定量分析。样本经胰蛋白酶（Trypsin-LysC）酶解后，通过EASY-Spray C18色谱柱分离，并使用Q Exactive Plus质谱仪进行数据采集。蛋白质鉴定和标记-free定量（label-free quantification, LFQ）采用MaxQuant软件完成，数据以1%假发现率（FDR）对Rattus norvegicus蛋白序列数据库检索。统计分析和差异蛋白筛选在Perseus软件中完成，采用Welch's t检验和Benjamini–Hochberg FDR校正（FDR = 0.05）。蛋白质互作和通路富集分析使用ZS-Revelen工具并以Reactome为主要参考数据库，突触蛋白富集分析使用SynGO数据库及van Oostrum等（2023）的小鼠脑突触蛋白质组参考数据集，亚细胞定位预测采用DeepLoc v2.1。此外，利用DisGeNET和DOID数据库进行癫痫相关蛋白富集分析。
**3. 研究结果**
**3.1 生酮饮食对代谢参数的影响**: 与前期报道一致，生酮饮食干预增加了GAERS大鼠的β-羟丁酸水平，并降低了血糖和体重增长。
**3.2 蛋白质组学分析**: 共鉴定和定量了2079种蛋白质，经质量控制筛选后保留1881种蛋白质进行后续分析。在GAERS与Wistar对比中，SCx中有526种蛋白质经Benjamini–Hochberg校正后显著改变（FDR < 0.05），其中455种蛋白质满足|log2FC| ≥ 2标准（439种上调，16种下调）。在生酮饮食与正常饮食GAERS的对比中，SCx中有121种蛋白质显著改变（66种上调，55种下调）。值得注意的是，生酮饮食干预使22种在GAERS中异常表达的蛋白质部分向Wistar对照组的表达模式转变，这些蛋白质包括Aldh1l1、Arpc4、Asns、Chl1、Sco1、Txn2等。通过PCA分析，主成分1（PC1）解释了45.4%的组间变异，生酮饮食组在PCA空间中与正常饮食GAERS组分离，并向Wistar组方向偏移。
**3.3 生物信息学分析**
**3.3.1 突触蛋白富集与亚细胞定位预测**: SynGO数据库和参考数据集分析显示，在GAERS与Wistar比较中，SCx差异蛋白中65%为突触蛋白；在生酮饮食效应中，该比例升至72%，超几何检验均高度显著（pSCx = 9.508e-175和pSCx = 2.668e-50）。DeepLoc v2.1亚细胞定位预测进一步显示线粒体蛋白显著富集（pSCx mito = 1.543e-06）。
**3.3.2 蛋白质互作与通路富集**: 在GAERS与Wistar比较中，SCx主要富集通路包括代谢、蛋白质代谢、轴突导向、神经系统发育、氨基酸代谢、细胞对应激和化学刺激的反应、ROBO受体信号转导及SLITs和ROBOs调控等。生酮饮食干预后，SCx中富集的通路包括轴突导向、L1CAM相互作用、反式高尔基体网络囊泡出芽和Sema3A信号通路中的CRMP信号等。
**3.3.3 PCA分析**: 主成分分析显示PC1解释了45.4%的观察变异，PC4（8.5%）作为补充维度改善了组间特异性聚类的可视化。
**4. 总结与讨论**
讨论部分重点分析了生酮饮食干预后SCx中显著富集的通路及其相关蛋白。轴突导向和神经系统发育通路排名最高，涉及Cltb、Rpl27a、Nfasc、Ncan、Ncam1、Plxna1、Chl1、Arpc4、Dlg4、Actb和Crmp1等12种蛋白质，其中Plxna1和Crmp1在Semaphorin-3A信号轴中协同作用，Nfasc、Chl1、Ncan和Ncam1为细胞黏附分子。Ncan在多种实验性癫痫模型中表达升高，生酮饮食干预后其表达降低，可能与癫痫细胞外基质重塑相关。Dlg4（即PSD-95）在生酮饮食后表达降低，该蛋白作为兴奋性突触后致密区关键支架蛋白，其基因变异可导致Dlg4相关突触病，约50%的携带者出现癫痫。在代谢相关蛋白中，Txn2、Ncan、Rpl27a、Sco1、Coasy、Aldh1l1和Asns的表达方向在生酮饮食后发生转变；线粒体复合物I蛋白（Mt-nd4）、丙酮酸氧化相关蛋白（Dld）和线粒体输入组分Tomm34表达降低，而脂肪酸β-氧化和酮体代谢相关蛋白（Crat、Acaa1b、Eci2、Aco1、Acat1、Hadha和Bcat1）表达上调，与生酮饮食增加脂质衍生能量利用的报道一致。Asns在GAERS中表达升高而在生酮饮食后转变，该酶催化天冬氨酸和谷氨酰胺转化为天冬酰胺和谷氨酸，其变化可能影响谷氨酰胺-谷氨酸代谢和兴奋性神经传递。膜运输是生酮饮食后显著富集的另一通路，涉及Arpc4、Rab21、Cltb和Vps28等囊泡运输调控蛋白。
**研究结论**: 综上所述，本研究的蛋白质组学分析表明，生酮饮食干预与GAERS体感皮层广泛的分子改变相关。在癫痫相关蛋白中观察到的表达转变，以及突触功能、线粒体能量代谢和细胞稳态相关通路的变化，为生酮饮食条件下皮层分子反应提供了系统层面的见解。这些发现提示，生酮饮食干预可能与遗传性失神癫痫相关生物学通路的分子改变有关，支持进一步研究饮食干预的分子效应。
