低頻率電刺激外側蒼白球對大鼠癲癇的治療作用及相關機制研究.pdf

1、研究背景：
　　癲癇是臨床常見的慢性神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂綜合征，我國約有1000多萬患者。該病反復發(fā)作嚴重影響患者的正常生活和身心健康，還會造成認知、情感等腦功能的慢性損害。由于癲癇發(fā)病機制尚不清楚，藥物及手術等臨床方法治療癲癇的效果仍有限。約30％的癲癇患者，尤其是顳葉癲癇患者，會對抗癲癇藥物耐受，成為難治性癲癇。手術治療可能導致潛在不可逆性腦功能損害而且并非適用于所有患者，應用受到較大局限。因此，如何防治難治性癲癇一直是臨床癲癇治

2、療的重大難題。
　　深部腦刺激（Deep brain stimulation，DBS）是干預治療腦部疾病的新手段，通過腦內立體定位植入刺激電極，以一定頻率、強度、脈沖時程的電流刺激神經(jīng)組織來調控大腦某些環(huán)路的興奮性，具有可逆性、可調性、微創(chuàng)性和并發(fā)癥少等諸多優(yōu)勢。目前DBS已被美國FDA批準用于臨床上帕金森病、肌張力障礙及重度抑郁病人的輔助治療，有望成為治療難治性癲癇的新手段。DBS根據(jù)其刺激頻率的不同可分為高頻率電刺激（High

3、 frequency stimulation，HFS）和低頻率電刺激（Low frequency stimulation，LFS）兩種方式。臨床和實驗研究表明HFS和LFS特定腦區(qū)均具有抗癲癇作用。相較于HFS，LFS作用比較溫和，有神經(jīng)保護作用，且無明顯的“點燃”效應，逐漸引起人們的關注。但是迄今為止，LFS的作用機制仍不清楚，最佳刺激靶點的選擇、刺激參數(shù)的優(yōu)化等這些問題都亟待進一步深入研究。
　　外側蒼白球(External

4、globus pallidus，GPe)是基底核系統(tǒng)中協(xié)調神經(jīng)活動的綜合樞紐，是皮層丘腦環(huán)路的重要部分，相對體積較大，且富含GABA能神經(jīng)元。已有研究認為基底核可能參與控制皮層癲癇的活動，對癲癇尤其是顳葉癲癇具有抑制作用。皮層丘腦環(huán)路被認為是參與癲癇傳播的三大環(huán)路之一。此外，在特發(fā)性癲癇患者中發(fā)現(xiàn)雙側蒼白球局部萎縮。因此，GPe可能是深部腦刺激治療癲癇的潛在靶點。
　　我們首先觀察了LFS和HFS外側蒼白球在大鼠杏仁核電點燃癲癇模

5、型、完全點燃大發(fā)作模型及最大電休克模型中是否具有抗癲癇作用，并且評價了本實驗參數(shù)下DBS GPe對大鼠正常運動有無影響。
　　另一方面，DBS治療癲癇的機制目前尚不清楚，是研究者探索的熱點之一。背景腦電圖節(jié)律是神經(jīng)精神疾病診斷中的一個重要指標。癲癇患者的腦電圖（Electroencephalogram，EEG）往往存在較明顯的變化。既往的研究發(fā)現(xiàn)δ波(delta，0.5-4Hz)、θ波（theta,4-8Hz）及γ波(gamma，

6、30-100Hz)在癲癇中具有不同特征。由此，我們推測DBS GPe是否可能通過干預這些特征節(jié)律而發(fā)揮不同的作用。另外，癲癇是神經(jīng)網(wǎng)絡疾病，癲癇放電的擴步傳播涉及腦內廣泛的神經(jīng)環(huán)路網(wǎng)絡，既包括灶點及其周邊網(wǎng)絡，也涉及距離灶點較遠的一些腦區(qū)結構，皮層丘腦環(huán)路被認為是參與癲癇傳播的三大環(huán)路之一。而目前觀點認為DBS是通過調控神經(jīng)環(huán)路而起作用的。DBS在帕金森等疾病中的治療作用基本達成共識，目前認為其發(fā)揮治療作用主要是由于DBS干預了刺激靶點

7、及相關環(huán)路中神經(jīng)元的發(fā)放頻率及模式。外側蒼白球是皮層丘腦環(huán)路的重要結構，LFS GPe有可能通過調節(jié)GPe區(qū)及相關環(huán)路神經(jīng)活動來干預癲癇的產生和傳播。
　　因此，本課題進一步分析了LFS、HFS GPe對大鼠杏仁核電點燃過程中背景腦電圖的影響，并研究了單脈沖刺激及LFS GPe對靶點區(qū)神經(jīng)元活動的作用，對LFS GPe抗癲癇作用的機制進行了初步探討。
　　第一部分 低頻率電刺激外側蒼白球對大鼠癲癇的治療作用
　　在杏仁

8、核電點燃癲癇形成過程中，LFS GPe能有效抑制行為學等級的進展和后放電時間的延長，提示LFS GPe具有抑制電點燃癲癇形成的作用。進一步分析到達各等級和在各等級停留的時間，發(fā)現(xiàn)LFS GPe延長了癲癇形成過程中到達1-3級所需的時間，主要是由于停留在0、1級的時間延長，說明LFS GPe抑制癲癇形成的作用主要體現(xiàn)在癲癇發(fā)生早期，提示了臨床癲癇早期預測、診斷和干預的重要性。在杏仁核完全點燃大發(fā)作模型中，LFS GPe顯著降低大發(fā)作幾率、

9、平均發(fā)作等級，縮短后放電時間及大發(fā)作時間，并延長了大發(fā)作潛時，而且LFS GPe可以抑制大發(fā)作過程中后放電閾值的下降，提示LFS GPe對完全點燃后的大發(fā)作也有治療作用。同時，在最大電休克模型中，LFS GPe也能降低平均發(fā)作等級，縮短后肢強直持續(xù)時間。而HFS GPe在以上模型中均沒有明顯的抗癲癇作用，甚至加快了杏仁核點燃的行為學進展。此外，本實驗參數(shù)下的DBS GPe未引起動物出現(xiàn)異常行為，對其活動也無明顯影響。這些發(fā)現(xiàn)直接證明LF

10、S GPe可以抑制癲癇的形成和大發(fā)作，也為GPe作為DBS治療癲癇的靶點存在的頻率選擇性提供了證據(jù)。
　　第二部分 低頻率電刺激外側蒼白球抗癲癇機制的初步探討
　　通過杏仁核電點燃癲癇形成過程中背景腦電圖的分析，我們發(fā)現(xiàn)在杏仁核電點燃癲癇形成過程中，delta波能量呈增加趨勢，LFS GPe能有效抑制GPe及杏仁核delta波能量的增加，而HFS GPe對背景腦電圖delta波無明顯影響，提示LFS GPe發(fā)揮抗癲癇作用可能

11、與干預癲癇形成過程中的delta節(jié)律有關。另一方面，我們通過單神經(jīng)元發(fā)放記錄單脈沖電刺激GPe及LFS GPe對GPe區(qū)神經(jīng)元發(fā)放的作用，發(fā)現(xiàn)給予單個脈沖電刺激會引起GPe神經(jīng)元發(fā)放頻率增加，1Hz的LFS刺激GPe可以引起GPe區(qū)神經(jīng)元發(fā)放頻率出現(xiàn)每秒一次的神經(jīng)元發(fā)放增加。這些結果提示LFS GPe發(fā)揮抗癲癇作用可能與調節(jié)EEG delta波及促進GPe神經(jīng)元發(fā)放有關。
　　綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)LFS外側蒼白球對杏仁核電點燃癲癇

12、形成、癲癇大發(fā)作和最大電休克誘發(fā)的全面強直陣攣發(fā)作均具有治療作用，對癲癇形成過程的抑制作用主要體現(xiàn)在癲癇早期。LFS GPe發(fā)揮抗癲癇作用可能與調節(jié)背景腦電圖的delta節(jié)律、促進GPe神經(jīng)元發(fā)放有關。外側蒼白球可能是治療癲癇潛在的有效刺激靶點，為LFS治療癲癇的臨床試驗及應用提供了參考，具有一定的臨床意義。另外，以外側蒼白球為靶點，HFS與LFS作用效果不同，為DBS作用機制的進一步研究提供探討方向，同時也提示各靶點可能需要不同的刺激