反思与心脏病相关的癫痫发作

大多数患有长QT间期综合征的人都有一种基因突变,这种突变会导致快速、混乱的心跳。他们还会晕厥和癫痫发作。临床方法在很大程度上假定,当心脏跳动不规律时,大脑最终得不到足够的氧气,而氧气又会导致癫痫发作。

华盛顿大学圣路易斯分校的研究发现,与人类长QT间期综合征有关的基因突变可能会引发癫痫发作,因为它们对大脑中某些神经元的直接影响——与基因突变对心脏功能的影响无关。艺术公司的新作品《科学》杂志对果蝇进行了研究,并于8月8日发表在《公共科学图书馆·遗传学》杂志上。

ben – shahar

“这种基因似乎是一个关键因素,在生理过程中,保护神经元开始不受控制地启动,以应对温度的快速升高,这可能导致瘫痪和死亡,”Yehuda Ben-Shahar说,他是艺术和生物学副教授科学。

亚历克西斯·希尔(Alexis Hill)最近在本-沙哈尔实验室(Ben-Shahar laboratory)担任博士后,她在研究神经系统对急性环境压力的反应时,发现了这种意想不到的关系。

一般来说,高温会导致神经元开始加速放电,所以大脑对过热特别敏感。哺乳动物和其他大型动物有办法保持体内温度,保护大脑不受热。但果蝇没有。由于小身体没有多余的赘肉,苍蝇唯一能做的调节体温的事情就是从一个不舒服的地方飞到一个舒服的地方。

本-沙哈尔此前发表的研究表明,缺少一种名为sei的基因的苍蝇在25摄氏度(77华氏度)以上的温度下无法自救。他们没有缓冲热应激的能力,随着温度的升高,他们开始发作。

sei通道在果蝇神经系统中广泛表达。图中显示的是大脑中的神经元(顶部)和腹神经节(底部),这是一个与脊髓同源的结构,表达sei蛋白(绿色)。所有其他神经元都用洋红色表示。(图片:本实验室沙哈尔)

这个基因sei -被其他研究人员曾发现其发作的角色,出现在很多地方在果蝇神经元主要负责通信的兴奋性和抑制性信号,在神经系统的神经胶质细胞,以各种方式支持神经元,在心脏。

在他们的新工作中,Hill和Ben-Shahar能够证明sei只有在某些特定种类的神经元和胶质细胞中表达时,才能防止热诱导的过度兴奋。敲除心脏中的基因对癫痫发作活动没有影响。

本-沙哈尔说:“果蝇抵御高温的能力存在于那些释放神经递质的神经元中,这些神经元释放的神经递质能使其他神经元更快地发出信号,从而刺激神经元。”

令人惊讶的是,这项研究还发现sei在神经系统的另一个主要细胞胶质中具有保护作用。神经胶质传统上一直被神经元的重要性所掩盖,但近年来,它们在维持健康的大脑功能方面发挥着同样重要的作用。研究人员说,这项工作证实了离子通道在神经胶质中的保护作用,这进一步支持了神经胶质在神经系统中具有更广泛的生理功能,以及它可能如何应对环境挑战的观点。

仔细阅读科学文献,就会发现许多与长QT综合征相关的癫痫发作的文献。长QT综合征是一种与sei类似的基因hERG发生基因突变的人类疾病。

但大多数临床医生认为这些癫痫发作是心血管疾病的继发性结果。本-沙哈尔希望这种情况能很快改变。

他说:“如果你看一下人口统计,QT间期较长的患者癫痫发作的发生率比一般人群高得多。”“因为心血管功能障碍可以导致各种各样的问题,在目前的文献中,癫痫是继发性的——因为人们的心脏有病,他们最终会发展成癫痫和其他疾病。

“根据我们的数据,这有可能是两个独立的影响。因为如果突变影响了心脏基因的功能,就会影响神经元的功能。

“在果蝇中,它不会杀死神经元,”Ben-Shahar说。“我们知道,我们可以完全从果蝇基因组中去除这种基因,而果蝇基本上会正常发育。然而他们对环境非常敏感。这很有可能就是人类身上正在发生的事情——它是完全独立的。”

野生型对照果蝇(左)和携带sei基因突变的果蝇(右)对温度的急剧升高反应不同。与耐热性相对较强的野生型苍蝇相比,突变型苍蝇表现出癫痫发作和瘫痪的快速发展。(视频由Ben-Shahar实验室提供)

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2019/08/rethinking-seizures-associated-with-cardiac-disease/

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