Stathmin1通过调控微管动力学参与癫痫发病机制的研究

The purpose of this project is to elucidate the mechanism of stathmin1 participating in epilepsy. Our previous studies have firstly found there were differences on expression level of stathmin1 between epilepsy patients and their controls. More protrusions extending to the surroundings were found in stathmin1 immunopositive neurons. The same results have been observed in epileptic animal models. Researches have demonstrated the important role of abnormal synaptic connections and neural networks regeneration participating in epilepsy. Therefore, we assumed the abnormality of stathmin1 expression would facilitate the formation of connections of abnormal synapse by destroying the microtubule dynamic balance, and finally cause epilepsy. By using molecular and cytobiologic methods, electrophysiologic technologies, and animal behavior research tools, in this project, we will explore 1. the effect of stathmin1 on epileptic animals' behaviors, electroencephalograms and electrophysiologic index and its mechanism. 2. the key role of microtubule involved stathmin1 facilitating the formation of connections of abnormal synapse and regulating neuron excitation. This project will provide a new therapy target for antiepilepsy.

本项目旨在阐明微管不稳定因子STMN1在癫痫调控中的作用和机制。课题组前期研究首次发现癫痫患者脑组织与癫痫动物模型中STMN1表达水平异常, STMN1免疫反应阳性细胞存在更多突起向周围延伸。而研究已经证明异常突触连接和神经网络重组是癫痫形成的重要机制。因此我们假设STMN1表达异常将导致微管动力学平衡紊乱，促进了异常突触连接，最终引起癫痫发作。采用分子和细胞生物学、电生理学以及动物行为学研究技术，我们将探讨：1. STMN1对癫痫发作行为、脑电图及电生理指标的作用和相关机制；2.微管在STMN1参与癫痫发作和神经元兴奋性中的关键作用，明确STMN1是否通过调节微管参与异常突触连接。本项目将为探索癫痫的防治提供潜在的新靶点及理论依据。

课题组前期研究首次发现癫痫患者脑组织与癫痫动物模型中明微管不稳定因子STMN1 表达水平异常。在本研究中我们发现：（1）慢病毒介导STMN1表达抑制组癫痫大鼠出现自发性反复惊厥发作率降低、出现最高等级发作的大鼠数量明显减少，而过表达STMN1可以增加癫痫发作频率及最高等级发作大鼠的数量（2）颞叶癫痫患者颞叶皮质、癫痫大鼠皮质和海马乙酰化α微管蛋白含量明显减少，STMN1与乙酰化α微管蛋白共表达于癫痫患者颞叶新皮层、癫痫大鼠颞叶新皮层和海马神经元的细胞质和细胞膜上，抑制STMN1表达能够显著增加乙酰化α微管蛋白的含量。而乙酰化α微管蛋白增多代表微管稳定性增加。（3）加入微管解聚剂秋水仙碱和微管稳定剂noscapine后可对癫痫动物行为学产生影响，微管稳定剂减少发作次数和发作时间，微管解聚剂组的影响正好相反（4）加入微管解聚剂后再抑制STMN1的表达，癫痫大鼠发作行为学未发生改变（5）在体抑制STMN1表达将导致mIPSC(抑制性突触后电流)振幅增加（6）癫痫大鼠海马组织中STMN1含量增加，经过丙戊酸治疗的癫痫大鼠海马组织中的STMN1含量可以降至正常对照水平，而正常对照组大鼠服用丙戊酸前后海马中STMN1含量没有变化；癫痫大鼠海马组织中乙酰化α微管蛋白的含量明显降低，经过丙戊酸治疗乙酰化α微管蛋白可以上升到正常对照水平，而正常对照组大鼠服用丙戊酸前后海马中乙酰化α微管蛋白的含量没有变化。综上所述，本研究证明了STMN1可能通过调节微管动力学参与介导突触后电流改变突触兴奋与抑制平衡参与癫痫发生，并提供了STMN1可能成为药物治疗癫痫的新靶点部分依据。