癫痫诱导的呼吸暂停导致结节性硬化症小鼠模型中独立于皮层棘波放电的猝死

《Neurobiology of Disease》：Seizure-induced apnea causes sudden death independent of cortical spike wave discharge in mouse models of Tuberous Sclerosis Complex

　　

癫痫猝死（SUDEP）是癫痫患者（PWE）中与癫痫发作相关死亡的主要原因。当前证据表明，许多SUDEP病例是由导致呼吸停止（即癫痫诱导的呼吸暂停）的癫痫发作引起的。结节性硬化症（TSC）患者具有显著的SUDEP风险，且TSC小鼠模型存在早期死亡。先前在TSC小鼠模型中的报告表明，尽管氨己烯酸（Vigabatrin）抑制癫痫发作，但未能提高生存率。在其他小鼠模型中，研究人员已经证明，癫痫诱导的呼吸暂停发生在强直发作（tonic seizures）期间，并且在体外诱发的癫痫发作中，皮层棘波放电（spike-wave discharge, SWD）并非产生呼吸暂停所必需。研究人员假设，在TSC小鼠模型的自发性癫痫发作中，癫痫诱导的呼吸暂停独立于SWD驱动死亡，这就是氨己烯酸治疗无效的原因。对两种TSC小鼠模型持续监测脑电图（electroencephalography, EEG）、心电图（electrocardiography, ECG）、体积描记图（plethysmography）和视频记录，以检测自发性癫痫发作和SUDEP事件。一部分小鼠每日接受氨己烯酸治疗。两种TSC小鼠模型均表现出两种自发性癫痫发作类型：伴有SWD的阵挛发作（clonic seizures）和不伴有SWD的强直发作。所有与癫痫发作相关的死亡均归因于癫痫诱导的呼吸暂停。在21次SUDEP事件中，有20次发生在强直发作后立即出现。氨己烯酸几乎消除了阵挛发作，但未能阻止强直发作及其伴随的呼吸暂停。此外，接受氨己烯酸治疗的小鼠在SUDEP前数小时表现出心电信号下降。这些发现强调了超越癫痫发作抑制的SUDEP特异性干预措施的必要性。

癫痫猝死（SUDEP）是癫痫患者死亡的主要原因之一，尤其在结节性硬化症（TSC）患者中风险显著增高。TSC小鼠模型存在早期死亡，且既往研究发现，尽管氨己烯酸（Vigabatrin, VGB）能抑制部分癫痫发作，却未能显著延长生存期。前期研究在Scn8a癫痫小鼠模型中发现，癫痫诱导的呼吸暂停主要发生在强直发作（tonic seizures）阶段，且外源性刺激诱发的发作中皮层棘波放电（SWD）并非呼吸暂停的必要条件。基于此，研究人员假设：在TSC小鼠模型的自发性发作中，强直发作驱动的呼吸暂停独立于SWD，这解释了VGB治疗为何无效。为验证这一假说，研究人员对两种常用TSC小鼠模型（Tsc1^GFAP-Cre和Tsc1^Syn1-Cre）进行了持续监测，并评估VGB的作用。

该研究共使用11只Tsc1^Syn1-Cre和23只Tsc1^GFAP-Cre小鼠（其中14只Tsc1^GFAP-Cre接受每日VGB腹腔注射，剂量200 mg/kg）。主要技术方法包括：通过植入式电极连续记录脑电图（EEG）、心电图（ECG）；利用体积描记法（plethysmography）监测呼吸运动；同步视频记录行为学表现。生物信号分析采用Spike2软件，由盲法实验者完成，评估指标包括发作频率、心率（HR）、呼吸幅度及EEG功率（通过快速傅里叶变换计算）。统计学分析采用Mann-Whitney检验、Mantel-Cox检验、Fisher精确检验及泊松回归等。

**2.1 非致命的阵挛和强直发作在Tsc1^GFAP-Cre小鼠中被观察到**
通过监测EEG、ECG和呼吸信号，研究人员将自发发作分为两类：阵挛发作伴有SWD和EEG功率显著升高；强直发作不伴SWD但出现阵发性快活动（PFA），且呼吸暂停与强直相同时发生。阵挛发作时程（平均94.4秒）显著长于强直发作（平均26.3秒），且强直发作的EEG平均频率更高，但功率无显著增加。

**2.2 Tsc1^GFAP-Cre小鼠中的致命性发作**
8次致命性发作中，7次具有明确强直相，仅1次为阵挛发作。所有致命性发作均因发作后呼吸暂停导致，终末呼吸暂停先于心脏停搏数分钟。在强直相死亡的7次发作中，3次发作前邻近阵挛发作伴有SWD，但强直相本身仍独立于SWD。

**2.3 氨己烯酸抑制阵挛但非强直发作**
每日VGB（200 mg/kg）处理使Tsc1^GFAP-Cre小鼠平均存活期从7.4周延长至10.5周。VGB显著降低了阵挛发作频率，但对强直发作频率无显著影响。致命性发作机制保持不变：所有死亡仍由强直发作诱导的呼吸暂停引起。

**2.4 Tsc1^Syn1-Cre小鼠中的致命性发作**
Tsc1^Syn1-Cre小鼠更早死亡（平均4.4周），致命性发作均发生在强直发作后，未观察到SWD。呼吸信号在死亡前已严重衰减，无法清晰分辨强直相与呼吸暂停的精准时程，但终末呼吸暂停仍先于心脏停搏（平均6.4分钟）。

**2.5 VGB处理的Tsc1^GFAP-Cre和未处理的Tsc1^Syn1-Cre小鼠在致命性发作前心率和呼吸率下降**
VGB处理的Tsc1^GFAP-Cre和未处理的Tsc1^Syn1-Cre小鼠在致命性发作前10小时内出现心率和呼吸幅度的进行性下降，而未处理的Tsc1^GFAP-Cre小鼠则无此变化。这提示VGB治疗虽延长生存，但可能暴露了Tsc1缺失对心肺系统的渐进性损伤。

**结论**
研究人员总结：1）两种TSC小鼠模型均存在相互独立的阵挛发作（伴皮层SWD）与强直发作（无SWD且伴强直相呼吸暂停）；2）观察到的21次SUDEP事件中，20次由强直相呼吸暂停导致；3）VGB每日给药阻断阵挛发作，但不影响强直发作；4）VGB虽延长存活，但强直发作仍是早期死亡的主要原因；5）VGB处理的Tsc1^GFAP-Cre和小鼠在死亡前数小时出现心率和呼吸功能下降。这些发现表明，强直发作诱导的呼吸暂停是SUDEP的直接原因，且独立于皮层SWD。因此，仅抑制阵挛发作不足以预防SUDEP，需要针对脑干介导的强直相及呼吸暂停机制开发新型干预策略。