低頻率電刺激外側(cè)蒼白球?qū)Υ笫蟀d癇的治療作用及相關(guān)機(jī)制研究.pdf

1、研究背景：
　　癲癇是臨床常見(jiàn)的慢性神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂綜合征，我國(guó)約有1000多萬(wàn)患者。該病反復(fù)發(fā)作嚴(yán)重影響患者的正常生活和身心健康，還會(huì)造成認(rèn)知、情感等腦功能的慢性損害。由于癲癇發(fā)病機(jī)制尚不清楚，藥物及手術(shù)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(huì)對(duì)抗癲癇藥物耐受，成為難治性癲癇。手術(shù)治療可能導(dǎo)致潛在不可逆性腦功能損害而且并非適用于所有患者，應(yīng)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(yù)治療腦部疾病的新手段，通過(guò)腦內(nèi)立體定位植入刺激電極，以一定頻率、強(qiáng)度、脈沖時(shí)程的電流刺激神經(jīng)組織來(lái)調(diào)控大腦某些環(huán)路的興奮性，具有可逆性、可調(diào)性、微創(chuàng)性和并發(fā)癥少等諸多優(yōu)勢(shì)。目前DBS已被美國(guó)FDA批準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(hù)作用，且無(wú)明顯的“點(diǎn)燃”效應(yīng)，逐漸引起人們的關(guān)注。但是迄今為止，LFS的作用機(jī)制仍不清楚，最佳刺激靶點(diǎn)的選擇、刺激參數(shù)的優(yōu)化等這些問(wèn)題都亟待進(jìn)一步深入研究。
　　外側(cè)蒼白球(External

4、globus pallidus，GPe)是基底核系統(tǒng)中協(xié)調(diào)神經(jīng)活動(dòng)的綜合樞紐，是皮層丘腦環(huán)路的重要部分，相對(duì)體積較大，且富含GABA能神經(jīng)元。已有研究認(rèn)為基底核可能參與控制皮層癲癇的活動(dòng)，對(duì)癲癇尤其是顳葉癲癇具有抑制作用。皮層丘腦環(huán)路被認(rèn)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(cè)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(diǎn)。
　　我們首先觀察了LFS和HFS外側(cè)蒼白球在大鼠杏仁核電點(diǎn)燃癲癇模

5、型、完全點(diǎn)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(píng)價(jià)了本實(shí)驗(yàn)參數(shù)下DBS GPe對(duì)大鼠正常運(yùn)動(dòng)有無(wú)影響。
　　另一方面，DBS治療癲癇的機(jī)制目前尚不清楚，是研究者探索的熱點(diǎn)之一。背景腦電圖節(jié)律是神經(jīng)精神疾病診斷中的一個(gè)重要指標(biāo)。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(cè)DBS GPe是否可能通過(guò)干預(yù)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(luò)疾病，癲癇放電的擴(kuò)步傳播涉及腦內(nèi)廣泛的神經(jīng)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，既包括灶點(diǎn)及其周邊網(wǎng)絡(luò)，也涉及距離灶點(diǎn)較遠(yuǎn)的一些腦區(qū)結(jié)構(gòu)，皮層丘腦環(huán)路被認(rèn)為是參與癲癇傳播的三大環(huán)路之一。而目前觀點(diǎn)認(rèn)為DBS是通過(guò)調(diào)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(dá)成共識(shí)，目前認(rèn)為其發(fā)揮治療作用主要是由于DBS干預(yù)了刺激靶點(diǎn)

7、及相關(guān)環(huán)路中神經(jīng)元的發(fā)放頻率及模式。外側(cè)蒼白球是皮層丘腦環(huán)路的重要結(jié)構(gòu)，LFS GPe有可能通過(guò)調(diào)節(jié)GPe區(qū)及相關(guān)環(huán)路神經(jīng)活動(dòng)來(lái)干預(yù)癲癇的產(chǎn)生和傳播。
　　因此，本課題進(jìn)一步分析了LFS、HFS GPe對(duì)大鼠杏仁核電點(diǎn)燃過(guò)程中背景腦電圖的影響，并研究了單脈沖刺激及LFS GPe對(duì)靶點(diǎn)區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)的作用，對(duì)LFS GPe抗癲癇作用的機(jī)制進(jìn)行了初步探討。
　　第一部分 低頻率電刺激外側(cè)蒼白球?qū)Υ笫蟀d癇的治療作用
　　在杏仁

8、核電點(diǎn)燃癲癇形成過(guò)程中，LFS GPe能有效抑制行為學(xué)等級(jí)的進(jìn)展和后放電時(shí)間的延長(zhǎng)，提示LFS GPe具有抑制電點(diǎn)燃癲癇形成的作用。進(jìn)一步分析到達(dá)各等級(jí)和在各等級(jí)停留的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)LFS GPe延長(zhǎng)了癲癇形成過(guò)程中到達(dá)1-3級(jí)所需的時(shí)間，主要是由于停留在0、1級(jí)的時(shí)間延長(zhǎng)，說(shuō)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(yù)測(cè)、診斷和干預(yù)的重要性。在杏仁核完全點(diǎn)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(jí)，縮短后放電時(shí)間及大發(fā)作時(shí)間，并延長(zhǎng)了大發(fā)作潛時(shí)，而且LFS GPe可以抑制大發(fā)作過(guò)程中后放電閾值的下降，提示LFS GPe對(duì)完全點(diǎn)燃后的大發(fā)作也有治療作用。同時(shí)，在最大電休克模型中，LFS GPe也能降低平均發(fā)作等級(jí)，縮短后肢強(qiáng)直持續(xù)時(shí)間。而HFS GPe在以上模型中均沒(méi)有明顯的抗癲癇作用，甚至加快了杏仁核點(diǎn)燃的行為學(xué)進(jìn)展。此外，本實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的DBS GPe未引起動(dòng)物出現(xiàn)異常行為，對(duì)其活動(dòng)也無(wú)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(diǎn)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(cè)蒼白球抗癲癇機(jī)制的初步探討
　　通過(guò)杏仁核電點(diǎn)燃癲癇形成過(guò)程中背景腦電圖的分析，我們發(fā)現(xiàn)在杏仁核電點(diǎn)燃癲癇形成過(guò)程中，delta波能量呈增加趨勢(shì)，LFS GPe能有效抑制GPe及杏仁核delta波能量的增加，而HFS GPe對(duì)背景腦電圖delta波無(wú)明顯影響，提示LFS GPe發(fā)揮抗癲癇作用可能

11、與干預(yù)癲癇形成過(guò)程中的delta節(jié)律有關(guān)。另一方面，我們通過(guò)單神經(jīng)元發(fā)放記錄單脈沖電刺激GPe及LFS GPe對(duì)GPe區(qū)神經(jīng)元發(fā)放的作用，發(fā)現(xiàn)給予單個(gè)脈沖電刺激會(huì)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(jié)果提示LFS GPe發(fā)揮抗癲癇作用可能與調(diào)節(jié)EEG delta波及促進(jìn)GPe神經(jīng)元發(fā)放有關(guān)。
　　綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)LFS外側(cè)蒼白球?qū)π尤屎穗婞c(diǎn)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(qiáng)直陣攣發(fā)作均具有治療作用，對(duì)癲癇形成過(guò)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(diào)節(jié)背景腦電圖的delta節(jié)律、促進(jìn)GPe神經(jīng)元發(fā)放有關(guān)。外側(cè)蒼白球可能是治療癲癇潛在的有效刺激靶點(diǎn)，為L(zhǎng)FS治療癲癇的臨床試驗(yàn)及應(yīng)用提供了參考，具有一定的臨床意義。另外，以外側(cè)蒼白球?yàn)榘悬c(diǎn)，HFS與LFS作用效果不同，為DBS作用機(jī)制的進(jìn)一步研究提供探討方向，同時(shí)也提示各靶點(diǎn)可能需要不同的刺激