SUR1-TRPM4在人类癫痫中表达,并促进啮齿动物的神经元过度活跃和癫痫发作

SUR1-TRPM4 is expressed in human epilepsy and promotes neuron hyperactivity and seizures in rodents

作者信息Mitchell B Moyer, Svetlana Ivanova, Kaspar Keledjian, Matthew Kreinbrink, Jenna Langbein, Penghua Yang, Darrian McAfee, Ujwal Boddeti, Ziam Khan, Jemima Olu-Owotade, Timothy Zhang, David R Benavides, Joshua Diamond, Kareem Zaghloul, Muznabanu Bachani, Volodymyr Gerzanich, J Marc Simard, Alexander Ksendzovsky
PMID41239869
期刊Brain
发布时间2026-06-03
DOI10.1093/brain/awaf435

实验完整度

多层级验证:人类患者样本、PTZ点燃小鼠模型、低镁诱导的体外神经元过度兴奋模型、过表达和抑制实验;且包含功能验证(行为学、MEA、Ca2+成像)和机制验证(co-IP、FOS表达)。

主要模型

人类颞叶癫痫患者脑组织(颞叶皮层/海马) PTZ点燃小鼠模型(C57/Bl6N) 大鼠原代皮层神经元培养(低Mg2+诱导过度兴奋模型)

重点核对

人类样本:6例药物难治性颞叶癫痫患者,按颅内电极脑电图分为致痫区与非致痫区组织 PTZ点燃模型:35 mg/kg剂量递增方案,腹腔注射,Racine评分评估行为学发作 药物抑制:格列本脲(30 μg/只)和9-菲诺(30 μg/只)与PTZ同时给药 遗传敲除:组成性Trpm4敲除和神经元特异性Trpm4敲除(CaMKIIa启动子驱动) 体外模型:低Mg2+培养液处理2小时,MEA记录及Ca2+成像评估神经元过度兴奋

摘要

三分之一的癫痫患者使用当前标准的抗癫痫药物无法获得足够的无癫痫发作。因此,更好地理解导致癫痫发生的病理机制对于改善当前疗法是必要的。SUR1-TRPM4是一种去极化离子通道,在健康大脑中表达极少,在癫痫源性中枢神经系统损伤(如创伤性脑损伤和中风)后在神经元和胶质细胞中从头表达上调。然而,其在癫痫中的作用尚不清楚。在这里,我们使用免疫荧光显微镜证明,与来自六名耐药性颞叶癫痫患者切除后获得的非癫痫脑相比,在电图形学分类的人癫痫脑中,SUR1-TRPM4在神经元中的表达升高。此外,我们利用免疫荧光和免疫共沉淀观察到,在戊四氮(PTZ)点燃(一种慢性啮齿动物癫痫模型)后,小鼠海马和颞叶皮层中SUR1-TRPM4表达上调。使用美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物格列本脲或9-菲诺,以及该通道的组成性或神经元特异性敲除进行SUR1-TRPM4的药理学抑制,均减轻了该模型中慢性癫痫的发展。在体外,通过质粒转染在神经元中外源过表达SUR1-TRPM4增加了低Mg2+刺激下的神经元过度兴奋,而内源性TRPM4的药理学抑制减弱了神经元群体的过度兴奋。总的来说,我们的结果表明,在人及啮齿动物癫痫神经元中升高的SUR1-TRPM4表达通过增加神经元兴奋性促进慢性癫痫。这些发现直接支持对SUR1-TRPM4抑制剂作为癫痫患者潜在抗癫痫疗法的临床研究,并提示应进一步研究SUR1-TRPM4对特定癫痫源性损伤(如创伤性脑损伤(TBI))诱导的癫痫发作的贡献。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
SUR1-TRPM4通道是否在人类癫痫和啮齿动物慢性癫痫模型中表达上调,并促进神经元过度兴奋和慢性癫痫发作?
核心机制
SUR1-TRPM4在癫痫神经元中表达上调,通过增加神经元去极化和过度兴奋,从而促进慢性癫痫发作。
主要证据
人类癫痫组织免疫荧光显示SUR1-TRPM4在神经元中表达升高;PTZ点燃小鼠模型中发现SUR1-TRPM4在海马和颞叶皮层上调并与神经元共定位;药理学抑制(格列本脲、9-菲诺)和遗传敲除(组成性及神经元特异性Trpm4敲除)均降低慢性癫痫发作评分;体外过表达SUR1-TRPM4增加低Mg2+诱导的神经元Ca2+反应,而药理学抑制降低神经元群体放电。
研究意义
SUR1-TRPM4可作为癫痫组织的生物标志物及治疗靶点,其抑制剂可能成为新的抗癫痫疗法,并提示需进一步研究SUR1-TRPM4在特定癫痫源性损伤(如创伤性脑损伤)中的作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人类癫痫组织中SUR1-TRPM4表达检测

验证SUR1-TRPM4在人类致痫脑组织中的表达是否升高。

收集6例药物难治性颞叶癫痫患者手术切除的脑组织,根据颅内电极脑电图将组织分为致痫区和非致痫区(对照),通过免疫荧光染色检测SUR1和TRPM4的表达及与神经元标志物NEUN的共定位。

2

PTZ点燃小鼠模型中SUR1-TRPM4表达及通道复合物形成检测

验证SUR1-TRPM4在非SE慢性癫痫模型中是否上调并形成功能性通道复合物。

对小鼠进行PTZ点燃(35 mg/kg,腹腔注射,隔日一次,共16次),诱导慢性癫痫。通过免疫荧光染色检测SUR1和TRPM4在海马及颞叶皮层的表达及与神经元(NEUN)、星形胶质细胞(GFAP)、小胶质细胞(IBA1)的共定位;通过免疫共沉淀检测SUR1-TRPM4复合物的形成。

3

体外低镁模型中TRPM4抑制对神经元过度兴奋的影响

验证抑制TRPM4是否能减轻低Mg2+诱导的神经元过度兴奋。

使用大鼠原代皮层神经元(P2)在MEA板上培养,用低Mg2+ aCSF诱导过度兴奋,同时用TRPM4抑制剂CBA或NBA(10 μM)或溶剂对照处理,记录并分析神经元群体放电频率。

4

体外SUR1-TRPM4过表达对神经元兴奋性的影响

验证SUR1-TRPM4过表达是否能增强神经元的过度兴奋。

用编码功能性SUR1-TRPM4融合蛋白(WT)或非功能性突变体(Δ,D980A)的质粒转染大鼠原代皮层神经元(E18),共表达GFP标记。神经元负载Rhod-2钙指示剂,在低Mg2+刺激下进行Ca2+成像,分析ΔF/F0曲线、AUC和最大反应。

5

体内SUR1-TRPM4抑制或敲除对慢性癫痫发展的影响

验证抑制SUR1-TRPM4是否能减轻慢性癫痫的发作发展。

在PTZ点燃(剂量递增方案)过程中,分别采用药理学抑制(格列本脲、9-菲诺,30 μg/只,每日一次,与PTZ同时给药)、组成性Trpm4敲除、神经元特异性Trpm4敲除及Kcnj11敲除小鼠,观察行为学发作评分(Racine评分)的变化。此外,在神经元特异性Trpm4敲除小鼠中检测FOS表达以评估神经元激活。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
戊四氮Millipore-SigmaP6500
格列本脲Millipore-SigmaG2539
9-菲诺Millipore-Sigma211281
CBA----
NBA----
抗原修复液IHC WorldIW-1100
抗原修复蒸锅IHC WorldIW-1102
Prolong Gold抗淬灭封片剂InvitrogenP36931
蛋白酶抑制剂Roche Diagnostics11697498001
Bradford试剂Bio-Rad5000006
鸡IgY沉淀树脂GenScriptL00405
Protein G磁珠ThermoFisher10003D
NuPAGE样品还原剂InvitrogenNP0009
NuPAGE LDS样品缓冲液InvitrogenNP0007
NuPAGE MOPS SDS电泳缓冲液InvitrogenNP0001-02
PVDF膜Life TechnologiesLC2005
NuPAGE转膜缓冲液InvitrogenNP00061
Atto显影底物Thermo ScientificA38556
剥离缓冲液Thermo Scientific21059
Rhod-2 AM荧光染料InvitrogenR1244
W1尼康共聚焦显微镜Nikon--
Nikon Ti2荧光显微镜Nikon--
Maestro Pro微电极阵列系统Axion BioSystems--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
人类癫痫组织采集与分组
患者数量、年龄、性别、癫痫类型、手术切除范围;电极植入位置;致痫区和非致痫区的判别标准
阅读提示:Methods:Human patients/resection protocol及Table 1
PTZ点燃模型
小鼠品系、年龄、性别;PTZ剂量、给药频率、给药途径;是否进行剂量递增;行为学评分标准(Racine评分)
阅读提示:Methods:PTZ kindling: standard and dose escalation及图2图6
药物抑制实验
药物名称、剂量、给药途径、给药频率;与PTZ给药的时序;溶剂对照(corn oil)
阅读提示:Methods:Drug administration
基因敲除实验
敲除基因(Trpm4或Kcnj11);敲除类型(组成性或条件性);小鼠遗传背景;基因型确认方法
阅读提示:Methods:Animal subjects及图6
体外神经元培养与处理
原代皮层神经元取材年龄(E18或P2);培养条件;低Mg2+处理时间、浓度;TRPM4抑制剂浓度(CBA/NBA 10 μM)
阅读提示:Methods:Low magnesium (+ TRPM4 inhibitor) treatments及图4
SUR1-TRPM4过表达实验
质粒构建(WT和Δ D980A突变体);转染方法;低Mg2+刺激时间;Ca2+成像条件及分析参数
阅读提示:Methods:Low magnesium, Ca2+ imaging及图5
统计设计
样本量(每组动物或细胞数);重复数(至少3次);统计检验方法(t检验、双因素方差分析、非线性回归)及方向性(单尾或双尾)
阅读提示:Methods:Statistical analysis及图例