星形胶质细胞FKBP5通过调控NF-κB信号通路介导兴奋性毒性癫痫的神经炎症与认知损伤

《Brain, Behavior, and Immunity》：Astrocytic FKBP5 regulates neuroinflammation and cognitive outcomes in male mouse models of excitotoxic epilepsy

本研究针对兴奋性毒性癫痫中星形胶质细胞特异性分子机制不清的问题，通过构建全球性与条件性Fkbp5基因敲除小鼠模型，结合KA诱导的癫痫模型，发现星形胶质细胞FKBP51通过激活NF-κB信号通路加剧神经炎症、下调GLT-1表达，从而增加癫痫易感性和认知损伤。该研究揭示了FKBP51作为连接兴奋性毒性与神经炎症的关键分子，为靶向非离子通道的癫痫治疗提供了新策略。

　　

癫痫作为一种常见的神经系统疾病，其发病机制复杂，其中兴奋性毒性引起的神经元过度兴奋和神经炎症是关键的病理环节。目前临床常用的抗癫痫药物多靶向离子通道，但存在副作用大、对部分患者无效等问题。近年来，神经炎症在癫痫中的作用日益受到重视，尤其是星形胶质细胞在调节神经兴奋性和炎症反应中的双重角色备受关注。然而，星形胶质细胞中特异性分子如何介导兴奋性毒性损伤仍不清楚。

在这项发表于《Brain, Behavior, and Immunity》的研究中，研究人员聚焦于FK506结合蛋白51(FKBP51)，这是一种多重信号传导的共分子伴侣，已知参与应激反应和炎症信号调控。尽管前期研究发现FKBP51在反应性星形胶质细胞中表达上调，但它在癫痫和兴奋性神经毒性中的作用尚未明确。过度星形胶质细胞增生和谷氨酸转运体1(GL_T-1)介导的谷氨酸清除功能受损会促进兴奋性毒性并增加癫痫易感性。因此，研究团队旨在探讨星形胶质细胞FKBP51是否通过调控NF-κB信号通路影响癫痫易感性、星形胶质细胞增生、神经炎症和认知功能。

研究人员主要运用了基因工程小鼠模型构建、行为学评估、分子生物学技术和生物信息学分析等方法。他们使用了全球性Fkbp5敲除(Fkbp5-KO)小鼠和利用Cre-loxP系统构建的星形胶质细胞特异性条件性Fkbp5敲除(aFkbp5-cKO)小鼠，并通过海人酸(KA)诱导建立小鼠癫痫模型。通过免疫荧光染色、蛋白质印迹(Western blot)等技术分析神经元损失、星形胶质细胞增生和相关蛋白表达；通过开放场地测试和新物体识别测试评估小鼠的焦虑样行为和认知功能；利用原代胶质-神经元混合培养模型研究NMDA诱导的兴奋毒性机制；通过计算机模拟和点突变技术探究FKBP51与IKKα的相互作用；最后通过RNA测序和生物信息学分析揭示FKBP51缺失对海马转录组的影响。

3.1. Fkbp5缺失减轻兴奋毒素诱导的癫痫发作、神经元损失、星形胶质细胞增生和白质损伤

研究人员通过侧脑室注射KA建立兴奋毒性模型，发现与野生型(WT)小鼠相比，Fkbp5-KO小鼠的癫痫发作评分显著降低，海马CA1区NeuN阳性神经元数量得以保留，GFAP阳性星形胶质细胞增生减轻。此外，Fkbp5-KO小鼠的胼胝体髓鞘碱性蛋白(MBP)水平得以维持，节点密度和Na_V1.6结构域长度异常得到改善，表明白质损伤减轻。

3.2. 星形胶质细胞特异性Fkbp5条件性敲除小鼠(aFkbp5-cKO)的构建与表型

通过CRISPR/Cas9技术构建Fkbp5^fl/fl小鼠，并与Slc1a3-Cre^ERT小鼠交配获得aFkbp5-cKO小鼠。他莫昔芬诱导后，ACSA-2阳性星形胶质细胞中FKBP51蛋白水平降低约42%，而小鼠的体重、 locomotor activity和焦虑水平无显著变化，证实了模型的有效性和特异性。

3.3. 星形胶质细胞Fkbp5缺失减轻KA诱导的癫痫发作、认知障碍和海马GLT-1丢失

在腹腔注射KA的模型中，aFkbp5-cKO小鼠的癫痫发作严重程度低于Fkbp5^fl/fl对照组，且在新物体识别测试中认知功能得到改善。Western blot和免疫荧光显示，aFkbp5-cKO小鼠海马CA3区GFAP表达降低，GLT-1阳性面积得以保留，且癫痫发作评分与CA3区GLT-1面积呈负相关，提示星形胶质细胞FKBP51缺失通过维持GLT-1表达改善兴奋毒性损伤。

3.4. Fkbp5缺失通过NF-κB信号通路减轻原代胶质-神经元混合培养中兴奋毒素诱导的神经毒性和星形胶质细胞增生

在原代胶质-神经元混合培养中，NMDA处理导致WT培养物中MAP2阳性神经元减少和GFAP阳性星形胶质细胞增生，而Fkbp5-KO培养物中这些变化得到缓解。Western blot分析显示，Fkbp5缺失显著降低了NMDA诱导的p65磷酸化（NF-κB激活的标志），而对PHLPP1-AKT通路影响不大，表明FKBP51主要通过NF-κB信号介导兴奋毒性。

3.5. Fkbp5-3AR突变体通过破坏FKBP51-IKKα相互作用降低脂多糖(LPS)诱导的星形胶质细胞NF-κB p65磷酸化

计算机模拟显示FKBP51与IKKα存在相互作用。在原代星形胶质细胞中，过表达设计的Fkbp5-3AR突变体（旨在破坏FKBP51-IKKα结合）可显著抑制LPS诱导的p65磷酸化和Tnf-α mRNA表达，而不影响AKT磷酸化，证实了FKBP51通过IKKα/NF-κB轴调控星形胶质细胞的炎症反应。

3.6. LPS处理后海马转录组谱显示NF-κB信号通路富集，且被Fkbp5缺失所抵消

RNA测序分析显示，LPS处理后WT小鼠海马炎症反应和经典NF-κB信号转导通路显著激活，而Fkbp5-KO小鼠中这些通路被抑制。 Ingenuity Pathway Analysis(IPA)进一步证实NFKB1等上游调控因子被抑制，支持FKBP51在驱动NF-κB介导的神经炎症中的核心作用。

研究结论与讨论部分强调，该研究首次揭示了星形胶质细胞FKBP51在兴奋毒性癫痫中的关键作用。FKBP51通过调控IKKα/NF-κB信号通路，促进反应性星形胶质细胞增生和GLT-1下调，从而加剧神经炎症、癫痫发作和认知损伤。特异性敲除星形胶质细胞Fkbp5或破坏FKBP51-IKKα相互作用，均可有效减轻这些病理变化。这不仅深化了对癫痫发病机制中神经炎症环节的理解，而且提出了靶向FKBP51-NF-κB轴作为治疗癫痫及相关兴奋毒性脑损伤的新策略，为开发非离子通道靶点的抗癫痫药物提供了理论依据。研究的局限性包括仅使用雄性小鼠、基因敲除效率不完全以及星形胶质细胞异质性等，未来研究需要纳入雌性小鼠，并利用单细胞测序等技术进一步阐明FKBP51在不同星形胶质细胞亚型中的具体作用机制。