《Brain Research》：Chemogenetic model of acute temporal lobe-like seizures in the area tempestas
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摘要20世纪80年代，梨状皮层被确定为引发癫痫的关键区域。针对人类的手术研究也表明，该区域会促使癫痫发作。在梨状皮层的前部，“风暴区”被确认为在啮齿类动物和非人灵长类动物中引发癫痫的敏感部位。虽然许多研究通过局部药物干预（如药物微注射）来研究这一区域，但由于需要反复向脑组织注射药
摘要
20世纪80年代，梨状皮层被确定为引发癫痫的关键区域。针对人类的手术研究也表明，该区域会促使癫痫发作。在梨状皮层的前部，“风暴区”被确认为在啮齿类动物和非人灵长类动物中引发癫痫的敏感部位。虽然许多研究通过局部药物干预（如药物微注射）来研究这一区域，但由于需要反复向脑组织注射药物，导致研究结果的重现性较差。为解决这一问题，我们开发了一种化学遗传学模型，通过靶向风暴区来诱发大鼠的急性癫痫发作。本研究共使用了22只成年Wistar大鼠（挪威鼠；5只雄性，17只雌性；年龄约4个月，体重215–490克）。首先，我们使用针对谷氨酸能神经元的兴奋性DREADD载体来检测激活风暴区的效果，并将其与使用针对GABA能神经元的抑制性DREADD载体进行的去抑制作用进行比较。只有针对GABA能神经元的hM4(Gi)载体，而非针对谷氨酸能神经元的Dq载体，在给予氯氮平-N-氧化物后能够诱发癫痫发作。将hM4(Gi)载体单侧或双侧注入风暴区后，5或10毫克/千克剂量的氯氮平-N-氧化物会迅速引发癫痫发作。脑电图记录显示，癫痫发作始于风暴区，随后向同侧的额叶皮层、海马体扩散，最终蔓延至对侧的额叶皮层。同步的脉冲爆发与4期癫痫及全面性强直-阵挛发作相对应。GAD免疫荧光检测显示，约有87%的hM4(Gi)受体与GAD蛋白共定位，这表明癫痫发作是由于风暴区的抑制性输入减少所导致的。这些结果表明，所开发的模型能够实现可控、局部且可重复的癫痫诱发，且死亡率较低（低于10%）。
引言
全球约有5000万人患有癫痫，这是最常见的神经系统疾病之一（Ahmed等人，2024年；世界卫生组织，2024年）。在癫痫的各种临床类型中，颞叶癫痫最为常见，约占所有癫痫病例的30–40%（Téllez-Zenteno和Hernández-Ronquillo，2011年）。尽管抗癫痫药物的研发取得了显著进展，但仍有约30%的颞叶癫痫患者无法通过药物治疗实现癫痫控制（Engel等人，2012年；Kwan和Brodie，2000年；Mueller等人，2022年；White和L?scher，2014年）。因此，这些患者中有很多人需要通过手术治疗来控制癫痫发作（López-Amador等人，2024年）。
临床、电生理学以及神经影像学研究均表明，颞叶内侧结构（如海马体、海马旁回和杏仁核）是颞叶癫痫手术干预的主要目标。然而，仍有高达40%的患者在手术后仍会出现癫痫发作，这说明其他脑区也可能在颞叶癫痫的病理机制中起重要作用（Chee等人，2022年；Young等人，2019年）。在此背景下，梨状皮层作为嗅觉网络的核心组成部分，与其他边缘系统及皮层区域有着广泛的连接，被认为是一个高度连通且可能具有癫痫发生潜能的结构（Iqbal等人，2022年；Vaughan和Jackson，2014年）。
在这一网络中，位于梨状皮层前部的“风暴区”被认定为化学致惊厥触发区（Young等人，2019年）。该区域对低剂量GABA能拮抗剂的诱导癫痫作用极为敏感（Piredda和Gale，1986年；Piredda和Gale，1985年）。在风暴区内，NMDA受体的阻断可以防止双环乌头碱引发的癫痫发作（Fornai等人，2005年），而AMPA受体的脱敏则对控制癫痫发作的持续时间起着关键作用（Fornai等人，2005年）。这些发现共同表明，GABA能和谷氨酸能受体系统都参与了该区域的癫痫发生机制（Cassidy和Gale，1998年；Piredda和Gale，1986年）。虽然大部分研究数据来自啮齿类动物，但最近在非人灵长类动物中的研究也发现梨状皮层存在一个对癫痫诱发极为敏感的区域，这一区域可能与啮齿类动物中的风暴区具有同源性（Gale等人，2025年）。在非人灵长类动物中由风暴区诱发的癫痫发作，其表现与颞叶癫痫患者的癫痫症状高度相似，这为将该模型应用于人类癫痫研究提供了有力的依据。
虽然基于风暴区的癫痫诱发模型已被广泛用于研究癫痫发生的脑网络机制，但该模型的一个局限在于需要反复向脑组织注射药物。而化学遗传学工具，如仅能被特定药物激活的designer受体DREADDs，可以通过在特定位置表达DREADDs并系统性地输送激活剂来克服这一限制。尽管DREADDs已被用于多种临床前研究，作为抑制癫痫发作的策略（相关综述可见：Forcelli，2022年；Desloovere等人，2019年；Goossens等人，2021年；K?tzel等人，2014年；Wicker和Forcelli，2016年；Wicker等人，2022年），但将DREADDs用作诱发癫痫方法的研究却相对较少（Alexander等人，2009年；Kahn等人，2019年）。为填补这一空白，我们开发了另一种化学遗传学模型，通过靶向风暴区来诱发急性癫痫发作。我们的研究发现，针对梨状皮层内中间神经元的抑制性DREADDs能够可靠且有效地引发癫痫发作。
章节节选
研究对象
本研究共使用了22只挪威鼠Wistar品系的大鼠（5只雄性，17只雌性；年龄约4个月，体重215–490克）。其中17只雌性大鼠被安置在巴西利亚大学生物科学研究所的动物饲养室，每组4只；5只雄性大鼠则被安置在乔治城大学比较医学系的动物饲养室，以配对方式饲养。所有动物均在受控的环境条件下生活（12小时光照/黑暗周期，光照时间
研究结果
首先，我们比较了针对风暴区内中间神经元的hM4(Gi)载体与针对兴奋性神经元的hM3D(Gq)载体的效果，以及单独使用氯氮平-N-氧化物的效果。结果显示，只有hM4(Gi)载体能够引发癫痫发作，而hM3D(Gq)载体则没有这种效果（Kruskal–Wallis检验H值=7.624，p值=0.0357；见图1）。在植入DREADD载体之前先给予氯氮平-N-氧化物，并未产生任何明显效果。
由于在风暴区抑制性神经元通过化学遗传学方法处理能够可靠地引发癫痫发作，接下来我们试图
讨论
我们的研究结果表明，激活风暴区内的hM4(Gi)（GiDREADD）受体能够诱发啮齿类动物的癫痫发作，而激活hM3D(Gq) DREADD受体则没有此类效果。此外，癫痫发作的严重程度以及发展到全身性癫痫状态的潜伏时间，均未受到病毒表达范围（双侧 vs. 单侧）或氯氮平-N-氧化物剂量的影响，这说明一旦这些受体成功表达，就能持续发挥引发癫痫的作用。这些发现进一步证实了该模型的有效性
CRediT作者贡献说明
M.C. Acero-Castillo：论文撰写——初稿、验证、方法学、研究实施。A.C. Borges：可视化处理、资源准备、研究实施。C. Campos-Rodrigues：可视化处理、资源准备、研究实施。G.F. Oliveira：可视化处理、软件应用、研究实施。M.R. Mortari：论文撰写——审阅与编辑、验证、方法学、资金筹集。P.A. Forcelli：论文撰写——审阅与编辑、可视化处理、研究指导、方法学、正式分析。R.S. Maior：论文撰写——审阅与编辑、研究指导，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了巴西联邦区研究支持基金会（FAPDF；编号00193-00000725/2021-84）的资助。RSM获得了巴西国家科学研究委员会（CNPq）的研究奖学金（编号313207/2023-2），而MCAC则获得了巴西高等教育发展委员会（CAPES）的博士奖学金（编号88887.724564/2022-00）。
M.C. Acero-Castillo|A.C. Borges|C. Campos-Rodrigues|G.F. Oliveira|M.R. Mortari|P.A. Forcelli|R.S. Maior
巴西巴西利亚市生物学院生理科学系，邮编70910-900
