發(fā)布時(shí)間：2023-10-02 21:49:00
2023年10月1日，《Cell Reports》 期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為 《CDKL5 deficiency in adult glutamatergic neurons alters synaptic activity and causes spontaneous seizures via TrkB signaling》 的研究論文，由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心熊志奇研究組和上海交通大學(xué)醫學(xué)院附屬精神衛生中心朱永川研究組合作完成。
CDKL5缺乏癥（CDKL5 deficiency disorder，CDD）是由位于X染色體的CDKL5基因功能缺失性突變導致的神經(jīng)發(fā)育疾病，主要癥狀包括早發(fā)性癲癇、刻板動(dòng)作以及認知與運動(dòng)障礙等。CDD患者主要為女性，發(fā)病率約為四萬(wàn)分之一，2023年該病被納入中國第二批罕見(jiàn)病目錄。2003年中國學(xué)者陶炯與合作導師德國馬普分子遺傳研究所Vera Kalscheuer教授在智力障礙伴嬰兒痙攣患者中發(fā)現了CDKL5基因的突變。2004年陶炯教授回國后與熊志奇研究員合作開(kāi)啟了CDKL5的功能研究，克隆了嚙齒類(lèi)動(dòng)物的同源基因，揭示了CDKL5在大腦中的時(shí)空表達特征，并在2010年最早報道CDKL5在神經(jīng)元形態(tài)發(fā)育中的作用與機制。
早發(fā)性難治性癲癇發(fā)作是CDD患兒的典型癥狀，首次發(fā)作通常出現在出生后3個(gè)月內，給患者和家庭帶來(lái)沉重的身心負擔。早期的CDD動(dòng)物模型，如Cdkl5基因全敲除以及致病突變敲入小鼠均未表現出癲癇發(fā)作。2021年，熊志奇研究組率先發(fā)現，在出生早期條件性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Cdkl5基因能導致小鼠自發(fā)性癲癇發(fā)作，這改變了當時(shí)領(lǐng)域內普遍的觀(guān)點(diǎn)，即CDD模型小鼠無(wú)法體現類(lèi)似臨床的癲癇癥狀。盡管在CDD小鼠模型中重現了癲癇發(fā)作的表型，但這些小鼠存在發(fā)作時(shí)間延遲、進(jìn)程慢等問(wèn)題。在本項研究中，研究人員發(fā)現，在成年小鼠中特異性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Cdkl5基因能夠使所有小鼠在兩周后出現自發(fā)性癲癇發(fā)作，而在發(fā)育期誘導敲除Cdkl5基因則發(fā)作癲癇的小鼠比例大大下降。這表明小鼠腦發(fā)育過(guò)程中的代償效應可能是影響出現癲癇表型的重要原因，繞過(guò)發(fā)育過(guò)程在成年大腦失活CDKL5是建立CDD癲癇模型的關(guān)鍵。
利用新構建的CDD癲癇小鼠模型，研究人員發(fā)現腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的表達在癲癇發(fā)作之前增加，其受體TrkB及下游信號分子亦存在過(guò)度激活，這導致了海馬齒狀回突觸前囊泡釋放概率增大、興奮性突觸傳遞增強。利用遺傳學(xué)手段敲除一個(gè)拷貝的TrkB編碼基因來(lái)降低TrkB的表達能夠阻止CDD小鼠的癲癇發(fā)生與發(fā)展。更具有臨床意義的是，在已經(jīng)發(fā)作癲癇的小鼠中，通過(guò)藥理學(xué)手段抑制TrkB受體的活性顯著(zhù)減少了癲癇發(fā)作。這些結果表明，BDNF-TrkB信號通路在CDD癲癇小鼠模型里的異常激活是導致興奮性突觸傳遞增強和癲癇發(fā)作的重要機制。
熊志奇團隊致力于推動(dòng)CDKL5缺乏癥的基礎與臨床研究，與患兒家長(cháng)們發(fā)起成立了中國CDKL5互助聯(lián)盟和希舞關(guān)愛(ài)之家。 團隊揭示了CDKL5在神經(jīng)元遷移和樹(shù)突/軸突生長(cháng)中的重要作用 (Chen et al., 2010)，CDKL5在興奮性突觸中的作用和機制（Zhu et al., 2013），以及CDKL5自身磷酸化在神經(jīng)元發(fā)育和可塑性中的功能 (Jiang et al., 2023)，并且在國際上首次構建了具有顯著(zhù)自發(fā)癲癇表型的CDD小鼠模型，發(fā)現了潛在的藥物干預靶點(diǎn) (Wang et al, 2021；Zhu et al., 2023)，奠定了中國科學(xué)家在CDKL5缺乏癥研究領(lǐng)域的國際引領(lǐng)地位。
該研究在中國科學(xué)院腦智卓越中心熊志奇高級研究員和上海交通大學(xué)醫學(xué)院附屬精神衛生中心朱永川研究員的指導下，由朱姊艾博士和李奕彥博士共同完成。中國科學(xué)院腦智卓越中心動(dòng)物平臺實(shí)驗師胥娟、熊志奇組博士生薛慧以及封雪博士對該研究做出了重要貢獻。中國科學(xué)院腦智卓越中心光學(xué)成像平臺、分子細胞技術(shù)平臺和實(shí)驗動(dòng)物平臺提供了技術(shù)支持。該研究獲得了中國科學(xué)院、科技部、基金委以及上海市的資助。
圖1. CDKL5功能缺失通過(guò)BDNF-TrkB信號通路引起自發(fā)性癲癇發(fā)作
A. CDKL5（紅色）在興奮性神經(jīng)元和GAD65陽(yáng)性抑制性神經(jīng)元（綠色）中表達。
B. 成年小鼠前腦興奮性神經(jīng)元中敲除Cdkl5基因引起自發(fā)性癲癇發(fā)作。
C. BDNF-TrkB參與CKDL5功能缺失引起的興奮性突觸增強和自發(fā)性癲癇發(fā)作。敲除一半的TrkB編碼基因能夠阻止癲癇的發(fā)生和發(fā)展；而在癲癇發(fā)作開(kāi)始后抑制TrkB活性能夠顯著(zhù)減少癲癇發(fā)作。
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