前边缘皮层 Cortistatin(CST)+神经元通过 BDNF–TrkB 信号通路调控雌性小鼠癫痫发作易感性

《Neurobiology of Disease》：Cortistatin neurons in the prelimbic cortex regulate seizure susceptibility in female mice via BDNF–TrkB signaling

　　

摘要：癫痫患者出现应激相关精神障碍（尤其是重性抑郁障碍(MDD)及创伤后应激障碍(PTSD)）的风险升高约3倍，除罹患癫痫本身的影响外，共享的神经生物学机制——特别是GABA能信号失调——可能参与该共病。为探究此关联，研究人员考察了共表达神经肽Cortistatin(CST，具抗惊厥效应且参与MDD与PTSD病理)的GABA能神经元功能。通过靶向与人的背前扣带皮层(dACC)在功能和解剖上相似的啮齿类动物前边缘皮层(PrL, prelimbic cortex)中的CST+神经元，研究人员发现消融CST+神经元可降低情境依赖性恐惧重现(fear renewal)、诱发自发性惊厥发作、显著提高化学诱导癫痫发作的易感性，并在应激后增强焦虑样表型。进一步研究显示，反复化学遗传学抑制PrL CST+神经元可加速雌性小鼠戊四氮(pentylenetetrazole, PTZ)点燃(kindling)进程；而在CST+神经元中破坏脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)–TrkB受体信号亦可产生与化学遗传学抑制相同的表型。上述结果支持癫痫与应激相关精神障碍可能共享共同神经生物学机制的假说，并提示CST+神经元功能缺失是恐惧调节异常和皮层高兴奋性(hyperexcitability)的关键特征。

论文解读：前边缘皮层 Cortistatin(CST)⁺神经元通过 BDNF–TrkB 信号调控雌性小鼠癫痫易感性

本研究发表于《Neurobiology of Disease》。癫痫与创伤后应激障碍(PTSD)、重性抑郁障碍(MDD)存在显著双向共病关系，患者间互患风险均升高约3倍，提示二者可能存在共享神经病理机制，其中GABA能抑制性神经元尤其是生长抑素(somatostatin, SST)⁺、小白蛋白(parvalbumin, PVALB)⁺神经元的功能紊乱被广泛认为参与多种精神及神经疾病。Cortistatin(CST)是一种结构与SST相似、主要表达于皮层及海马SST⁺和部分PVALB⁺GABA能神经元中的神经肽，具有抗惊厥、调节睡眠及抗炎作用，且在PTSD和MDD患者背前扣带皮层(dACC)中显著下调。前期研究表明组成型删除CST⁺神经元或CST⁺神经元中TrkB受体可导致发育期小鼠致命性癫痫，但成年大脑中CST⁺神经元是否参与维持兴奋–抑制(E/I)平衡及调控癫痫与恐惧记忆尚不清楚。为此，研究人员采用Cort-T2A-Cre小鼠，通过病毒介导的PrL区CST⁺神经元特异性消融、化学遗传学抑制(iDREADD hM4D_i)及BDNF–TrkB信号阻断(TrkB显性负性突变体 TrkB.DN)，结合听觉恐惧条件反射、旷场实验及PTZ点燃癫痫模型，探讨PrL CST⁺神经元在恐惧调节、焦虑及癫痫易感性中的作用及其性别差异机制。

主要关键技术方法：

使用 heterozygous Cort^tm1(cre)Zjh/J（CST^Cre）小鼠，雄性及雌性成体。①PrL双侧立体定位注射Cre依赖性 caspase-3/taCasp3病毒与mCherry对照实现CST⁺神经元消融；②注射Cre依赖性hM4D_i(Gi)-mCherry与mCherry对照，腹腔给予氯氮平-N-氧化物(clozapine-N-oxide, CNO)实现CST⁺神经元急性抑制；③注射Cre依赖性TrkB.DN-mCherry与mCherry对照阻断BDNF–TrkB信号。行为学包括听觉线索恐惧条件化与消退、情境恐惧消退与恐惧重现(renewal)测试、旷场(open field)测试。癫痫易感性采用PTZ（剂量5–35 mg/kg ip）逐日或递增点燃(kindling)模型，按改良Racine量表评分。免疫荧光验证病毒表达；单分子RNA荧光原位杂交(smFISH/RNAscope)检测Fos与Pvalb、Sst、Cort共表达。统计采用t检验、ANOVA、Cox比例风险模型等。

研究结果：

2.1. Ablation of CST⁺neurons in the PrL reduces fear renewal and increases seizure susceptibility（PrL CST⁺神经元消融降低恐惧重现并增加癫痫易感性）

研究人员对成年CST^Cre小鼠PrL区注射Cre依赖性caspase-3病毒消融CST⁺神经元，对照注射mCherry。结果显示条件化、情境消退、线索消退及消退提取阶段僵住(freezing)行为无组间差异，但消融组在新异情境中恐惧重现显著降低(p=0.037)。部分消融组小鼠在实验过程中自发出现全身性强直–阵挛发作。旷场中心区停留时间减少提示应激后焦虑样行为增强。亚惊厥剂量PTZ(35 mg/kg)致全部消融组致死性发作，而对照组仅为中度；递增PTZ(5–20 mg/kg)实验中20 mg/kg即足以诱导消融组发作(p=0.015)。结论：成年小鼠PrL CST⁺神经元消融损害情境恐惧辨别/重现，引起自发癫痫及PTZ高敏，表明其参与维持皮层E/I平衡。

2.2. Inhibition of PrL CST⁺neurons increases seizure susceptibility in female mice（PrL CST⁺神经元抑制增加雌性小鼠癫痫易感性）

采用Cre依赖性hM4D_i病毒，每日PTZ前30 min给CNO抑制CST⁺神经元。恐惧学习各阶段无差异。PTZ点燃过程中hM4D_i组整体点燃速率更快(p=0.001)，达完全点燃(连续两天Racine评分≥5)所需天数更少(p=0.0378)。此效应存在显著性别差异——完全由雌性驱动：雌性hM4D_i组癫痫评分更高(p<0.001)、点燃天数更少(p=0.003)；雄性无显著差异(p=0.465)。结论：成年PrL CST⁺神经元急性抑制加速PTZ点燃且仅见于雌性小鼠，提示CST⁺神经元功能对雌性皮层兴奋性的调控尤为关键。

2.3. Kindled seizures activate GABAergic subtypes in the PrL（点燃发作激活PrL GABA能亚型神经元）

smFISH检测PTZ点燃后Fos在PrL抑制性神经元中表达。hM4D_i组总Fos⁺细胞增多(p=0.023)；各亚型(Pvalb⁺、Sst⁺、Cst⁺)比例无组间差异，但Pvalb⁺神经元中Fos共表达显著升高(p=0.0473)，Sst⁺和Cst⁺呈升高趋势。Cort⁺神经元约55%共表达Sst，约30%共表达Pvalb；Sst⁺神经元中约50%共表达Cort。结论：CST⁺神经元主要属于SST⁺GABA能神经元亚群，PTZ点燃后多种抑制性神经元被募集，CST⁺/SST⁺微环路参与 seizure-associated 网络反应。

2.4. Inhibition of BDNF–TrkB signaling increases seizure susceptibility in female mice（阻断BDNF–TrkB信号增加雌性小鼠癫痫易感性）

PrL注射Cre依赖性TrkB.DN病毒阻断CST⁺神经元BDNF–TrkB信号。整体癫痫评分无差异，但Cox模型显示总体点燃更快(HR=3.21, p=0.041)，存在性别主效应(HR=4.78, p=0.005)及组别×性别交互(p=0.031)。分层分析雌性TrkB.DN组点燃显著快于对照(HR=3.22, p=0.041)，雄性无差异(p=0.366)。旷场无差异。结论：CST⁺神经元内BDNF–TrkB信号缺失模拟化学遗传学抑制表型，且同样具雌性特异性，提示BDNF–TrkB是CST⁺神经元维持抗癫痫功能的关键通路，雌性对该信号扰动更敏感可能与皮层BDNF基线水平性别差异有关。

讨论与结论总结：

讨论指出，人PTSD/MDD患者dACC中Cort等SST⁺神经元标志基因显著下调，本研究在成年鼠PrL证实CST⁺（SST⁺亚群）神经元选择性参与情境恐惧重现而非原始恐惧编码或消退，其缺失还致应激后焦虑增强，支持CST⁺/SST⁺功能受损可能是应激相关精神障碍易感因素。CST⁺神经元消融或功能抑制致自发癫痫及PTZ高敏，证明其在成年皮层仍关键维持E/I平衡，且PrL可作为癫痫启动/传播相关区域。化学遗传抑制与TrkB.DN仅在雌性增敏点燃，与文献报道SST⁺神经元转录及功能存性别差异、雌鼠皮层BDNF较低而对TrkB信号扰动耐受差相符，为癫痫性别差异提供了细胞机制解释。局限性含未区分CST肽与共存神经肽各自作用、未细分SST⁺形态亚型环路、慢性操作可能引代偿适应。

结论（翻译）：

综上，研究人员证实前边缘皮层CST⁺神经元缺失降低情境依赖性恐惧重现，并在应激暴露后诱发焦虑样行为；成年期PrL CST⁺神经元丢失可诱导癫痫发作；CST⁺神经元功能缺失使雌性对PTZ诱导癫痫易感度升高，提示CST⁺神经元是解释癫痫性别差异的细胞群体；该群体同时调控应激相关精神障碍相关表型及癫痫易感性，支持癫痫与应激相关精神障碍存在共同神经病理基础并可能解释人类中的共病现象。