抑制胶质细胞过度糖酵解抗癫痫新策略的机理研究

癫痫为世界性常见疑难病。自上世纪初发现第一代抗癫痫药物以来，治疗药物一直以神经细胞为靶标，疗效有限、副作用大，迫切需要抗癫痫新策略及相关创新药物。申请人新近在国际首次提出并研究了抑制胶质细胞过度糖酵解防治癫痫的新策略，为癫痫治疗打开了新窗口，有必要深入研究其抗癫痫机理、寻找相关创新药物作用靶点。谷氨酸（Glu）兴奋性神经毒性和胶质细胞过度糖酵解对癫痫发作、发生和发展至关重要，但二者是否有内在联系尚不清楚，揭示二者的关系对阐明此新策略作用机理和指导新型抗癫痫药物研究具有重要意义。本课题研究胶质细胞过度糖酵解产物乳酸能否转化为神经递质Glu及其对癫痫状态下细胞外Glu异常升高和癫痫发作的贡献。用多学科交叉的技术方法，在分子、细胞和癫痫活动三个水平，揭示胶质细胞过度糖酵解与Glu毒性和癫痫的内在联系，阐明此新策略的抗癫痫机理，发现药物作用新靶点，为研究开发防治癫痫的创新药物奠定理论基础。

本课题围绕抑制星形胶质细胞糖酵解防治癫痫及其作用机制研究的中心，开展了以下几方面的作用，获得预期研究结果，为深入理论研究和创新抗癫痫药物研发打下良好基础。先用细胞培养系统寻找可选择性抑制胶质细胞糖酵解的小分子化合物，而后用急性和慢性癫痫模型研究了选择性抑制胶质细胞糖酵解的抗癫痫作用，特别比较了与现有抗癫痫药物的不同。为阐明胶质细胞糖酵解参与癫痫发作的机制，需要建立清醒动物脑微透析技术平台，而后用此平台并联合使用选择性抑制胶质细胞糖酵解的小分子化合物和已知糖酵解抑制剂２－脱氧－葡萄糖（２ＤＧ）探索了胶质细胞糖酵解可能通过乳酸来补充兴奋性神经递质谷氨酸（Ｇｌｕ）参与癫痫发作的机制。研究结果：１）发现了一种可选择性抑制胶质细胞过度糖酵解的小分子化合物ZZZ-1，其可同时抑制胶质细胞糖酵关键酶ＰＦＫ２和ＬＤＨ５，但不抑制胶质细胞和其他细胞的正常糖代谢活动。这就为研究通过抑制胶质细胞糖酵解来防治癫痫的新策略及其作用机制提供了理想的分子探针，同时ZZZ-1也是实现通过抑制胶质细胞糖酵解来防治癫痫新策略的理想化合物。２）用２ＤＧ和ZZZ-1在急性癫痫模型证实了抑制胶质细胞糖酵解具有显著的抗癫痫作用；特别是，用慢性癫痫模型证实了ZZZ-1的显著抗癫痫作用及其较现有抗癫痫药物的显著优势即可综合治疗癫痫疾病而且高度安全—在控制癫痫发作的同时，可改善癫痫动物的认知能力和精神行为，而现有抗癫痫药物仅对癫痫发作有效并产生中枢神经系统的广泛副作用；ZZZ-1无现有抗癫痫药物的停药后癫痫发作反弹，停药一周仍然维持药效。３）建立了清醒大鼠脑微透析联合ＨＰＬＣ测定神经递质的技术平台，并用此平台证实了星形胶质细胞糖酵解-乳酸过度产生-神经递质Glu-癫痫发作之间的正相关联系。ZZZ-1和２ＤＧ均能显著抑制毛果芸香碱（Ｐｉｌｏ）诱导的海马脑区细胞外乳酸和Ｇｌｕ水平的升高，同时抑制Ｐｉｌｏ诱导的癫痫发作。特别是，ZZZ-1不影响生理条件下细胞外Ｇｌｕ水平，而２ＤＧ则有降低作用。已知胞外Ｇｌｕ水平升高与Ｐｉｌｏ诱导的急性癫痫发作密切相关，也是临床癫痫发作的重要机制。所以，以上研究结果从一个重要的角度支持了本课题核心科学假设：“星形胶质细胞可能通过其过度糖酵解活动参与神经兴奋性毒性，特别是过度糖酵解产物乳酸作为兴奋性神经递质Glu前体物质参与兴奋性毒性的可能机制”，也从一个重要的侧面解释了ZZZ-1的抗癫痫机