腦智卓越中心等揭示CDKL5缺乏癥癲癇發生發展的分子細胞機制與干預靶點

10月1日，Cell Reports在線發表了題為CDKL5 deficiency in adult glutamatergic neurons alters synaptic activity and causes spontaneous seizures via TrkB signaling的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、上海腦科學與類腦研究中心研究員熊志奇研究組和上海交通大學醫學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發育疾病。CDD主要癥狀包括早發性癲癇、刻板動作以及認知與運動障礙等。2003年，中國學者陶炯與合作導師德國馬普分子遺傳研究所教授Vera Kalscheuer在智力障礙伴嬰兒痙攣患者中發現了CDKL5基因的突變。2004年，陶炯與熊志奇合作開啟了CDKL5的功能研究，克隆了嚙齒類動物的同源基因，揭示了CDKL5在大腦中的時空表達特征，并在2010年報道了CDKL5在神經元形態發育中的作用與機制。 ?? ?

早發性難治性癲癇發作是CDD患兒的典型癥狀。這一疾病首次發作通常出現在出生后的3個月內，給患者和家庭帶來身心負擔。早期的CDD動物模型，如Cdkl5基因全敲除以及致病突變敲入小鼠，均未表現出癲癇發作。2021年，熊志奇研究組發現，在出生早期條件性敲除前腦興奮性神經元中的Cdkl5基因可致小鼠自發性癲癇發作，這改變了當時領域內普遍的觀點即CDD模型小鼠無法體現類似臨床的癲癇癥狀。盡管科研人員在CDD小鼠模型中重現了癲癇發作的表型，但這些小鼠存在發作時間延遲、進程慢等問題。本研究發現，在成年小鼠中特異性敲除前腦興奮性神經元中的Cdkl5基因能夠使所有小鼠在兩周后出現自發性癲癇發作，而在發育期誘導敲除Cdkl5基因則發作癲癇的小鼠比例下降。這表明小鼠腦發育過程中的代償效應可能是影響出現癲癇表型的重要原因，繞過發育過程在成年大腦失活CDKL5是建立CDD癲癇模型的關鍵。 ?? ?

研究利用新構建的CDD癲癇小鼠模型發現，腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor， BDNF）的表達在癲癇發作前增加，其受體TrkB及下游信號分子亦存在過度激活，這導致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。利用遺傳學手段敲除一個拷貝的TrkB編碼基因來降低TrkB的表達，能夠阻止CDD小鼠的癲癇發生與發展。更具有臨床意義的是，在已發作癲癇的小鼠中，通過藥理學手段抑制TrkB受體的活性顯著減少了癲癇發作。這表明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作的重要機制。 ?? ?

熊志奇團隊致力于推動CDKL5缺乏癥的基礎與臨床研究，并與患兒家長發起成立了中國CDKL5互助聯盟和希舞關愛之家。該團隊揭示了CDKL5在神經元遷移和樹突/軸突生長中的重要作用、CDKL5在興奮性突觸中的作用和機制以及CDKL5自身磷酸化在神經元發育和可塑性中的功能，并在國際上首次構建了具有顯著自發癲癇表型的CDD小鼠模型，發現了潛在的藥物干預靶點。

研究工作獲得中國科學院、科學技術部、國家自然科學基金委員會和上海市的資助，并得到腦智卓越中心光學成像平臺、分子細胞技術平臺和實驗動物平臺的技術支持。