FKBP5表达水平的升高与癫痫相关的分子变化有关，并会促进神经元的过度兴奋

《Brain Organoid and Systems Neuroscience Journal》：Elevated FKBP5 expression associates with epilepsy-related molecular changes and promotes neuronal hyperexcitability

癫痫模型中FKBP5对神经元兴奋性和谷氨酸稳态的影响及其潜在治疗靶点意义

　　

孟彩|王书阳|刘明素|赖斌|陈晨|丁静|王欣

摘要

目的

癫痫是一种神经系统疾病，其特征是大脑中神经元过度兴奋和同步性增强导致的反复发作性自发性癫痫发作。癫痫的机制非常复杂，至今仍未完全明了。FKBP5是一种与阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）等神经系统疾病相关的关键蛋白质。本研究旨在探讨FKBP5在卡尼酸（KA）诱导的海马体癫痫模型中的作用，并评估FKBP5的功能增强及其抑制剂FKBP51对神经递质动态和神经元兴奋性的影响。

方法

我们检测了卡尼酸（KA）诱导的癫痫模型中海马体中FKBP5的表达情况。为了探究FKBP5对神经元活动的影响，我们在原代皮层神经元和星形胶质细胞中过表达FKBP5，并在含有或不含有FKBP51选择性抑制剂SAFit2（250 nM）的神经元-星形胶质细胞共培养体系中测量了细胞外谷氨酸水平。使用全细胞膜片钳记录和高密度微电极阵列（HD-MEAs）评估了神经元的内在兴奋性、电压门控Na⁺电流以及网络活动。

结果

我们在卡尼酸（KA）诱导的慢性癫痫小鼠模型的海马体中观察到FKBP5水平升高，而皮层中的FKBP5在检测的时间点上没有明显变化。此外，FKBP5的过表达显著增加了共培养的原代皮层神经元和星形胶质细胞中的细胞外谷氨酸水平。有趣的是，FKBP5的过表达改变了原代神经元的电生理特性，导致其内在兴奋性增加和Na⁺电流增强。同时，FKBP5的过表达还使网络活动表现出过度兴奋性。值得注意的是，SAFit2处理也导致了共培养体系中的细胞外谷氨酸水平升高，而细胞内FKBP5和EAAT2蛋白水平在当前数据集中没有显著差异。

结论

这些发现表明FKBP5在调节神经元兴奋性和细胞外谷氨酸稳态中起着重要作用。然而，由于采样间隔和缺乏连续的癫痫发作监测，目前的体内数据未能确立FKBP5对癫痫发生的明确因果关系，需要未来结合纵向脑电图（EEG）和细胞类型特异性操作进行研究。

引言

癫痫是一种以反复发作为特征的严重神经系统疾病，全球约有7000万人受到影响（Thijs等人，2019年）。抗癫痫药物（ASMs）是主要的治疗手段，而手术干预在某些类型的癫痫中也显示出疗效（Perucca等人，2020年；Perucca，1996年）。尽管如此，仍有约三分之一的患者即使使用了多种抗癫痫药物（单独或联合使用）也无法完全控制癫痫发作。耐药性癫痫表明我们对癫痫发生机制的理解仍有不足，因此需要寻找新的治疗靶点。

作为FK506结合蛋白（FKBP）家族的成员，FKBP5（也称为FKBP51，由FKBP5基因编码）作为热休克蛋白90（Hsp90）的共伴侣蛋白，负调控糖皮质激素受体（GR），从而参与应激反应和神经元发育。近年来，越来越多的证据表明FKBP5在调节神经系统疾病中起着重要作用，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）和亨廷顿病（HD）（Jinwal等人，2010年；Storer等人，2011年；Bailus等人，2021年）。

谷氨酸能系统和GABA能系统之间的失衡是癫痫发生的基础。先前的一项研究发现，在FKBP5敲除（KO）小鼠的海马体中，谷氨酸受体（NMDAR1、NMDAR2B和AMPAR）的表达减少，而GAD65的表达增加，同时迷你突触后电流（mIPSC）的频率增加（Qiu等人，2019年）。作为FKBP5的伴侣蛋白，Hsp90在颞叶癫痫（TLE）患者和癫痫小鼠模型的海马体反应性星形胶质细胞中表达上调。低剂量Hsp90抑制剂足以上调星形胶质细胞中的GLT-1（谷氨酸转运蛋白）表达，从而降低细胞外谷氨酸浓度（Sha等人，2017年）。因此，有理由认为FKBP5在癫痫发生中起着关键作用。

在本研究中，我们观察到卡尼酸（KA）诱导的慢性癫痫小鼠模型中FKBP5的表达水平升高。体外实验显示，过表达FKBP5的皮层神经元和星形胶质细胞共培养体系的细胞外谷氨酸水平升高。随后，我们通过全细胞膜片钳记录和高密度微电极阵列（HD-MEAs）检测了FKBP5过表达原代皮层神经元的兴奋性变化。结果表明，这些神经元的内在兴奋性和钠电流显著增加，网络活动也增强。这些结果表明FKBP5在癫痫中的表达失调，可能成为抗癫痫治疗的有希望的靶点。

实验方法

实验动物

实验动物来自复旦大学中山医院的实验动物中心，包括8-10周大的C57BL/6雄性小鼠和出生后24小时内的Sprague Dawley（SD）大鼠。所有动物饲养和实验程序均遵循复旦大学中山医院动物伦理委员会的指南（批准编号2019–151，中国上海）。所有方案均获得了该委员会的批准。

KA诱导的慢性癫痫模型

C57BL/6雄性小鼠被随机分为两组

KA诱导的慢性癫痫小鼠模型中FKBP5表达的增加

为了研究癫痫模型中FKBP5的表达水平，我们通过立体定向注射KA（1 μl，0.5 mg/mL）到8-10周大的C57BL/6雄性小鼠的海马体中建立了慢性癫痫模型。注射生理盐水（1 μl）的小鼠作为对照组。对于FKBP5表达分析，我们从KA处理组和对照组小鼠中收集海马组织，并进行Western blot检测。结果显示，KA组中FKBP5的表达比对照组增加了1.32倍

讨论

癫痫发生过程中发生了一系列分子和细胞事件，导致癫痫的显著异质性以及从神经生物学角度对其理解的不充分。先前的研究报道，FKBP5基因中的单核苷酸多态性（SNPs）导致FKBP5表达上调，这与中风、焦虑、抑郁和创伤后应激障碍等神经系统和精神疾病的风险密切相关（Yu等人）

伦理批准声明

我已阅读并遵守提交给《神经科学》杂志的手稿的伦理标准声明。所有动物实验均获得了复旦大学中山医院动物伦理委员会的批准（批准编号2019–151，中国上海）。动物护理、饲养和实验均遵循该委员会的指南

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的情况

在准备本论文期间，作者使用了ChatGPT工具检查语法和风格。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容负全责。

未引用的参考文献

Asadi-Pooya等人（2023年）。

作者贡献声明

孟彩：写作——审稿与编辑、项目管理、方法学、实验设计、数据管理。王书阳：写作——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学、实验设计、数据分析、数据管理。刘明素：方法学、实验设计、数据分析。赖斌：数据可视化、方法学、实验设计、数据分析。陈晨：方法学、实验设计。丁静：写作——审稿与编辑、监督。王欣：写作——审稿与

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFC2503802）和中国国家自然科学基金（82171444）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。