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  研究揭示CDKL5缺乏癥癲癇發(fā)生發(fā)展的分子細胞機制與干預靶點
  
  2023-10-08 來源：腦智卓越中心
  
  
  
  Cell Reports在線發(fā)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(shù)創(chuàng)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(yī)學院附屬精神衛(wèi)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(jīng)發(fā)育疾病。CDD主要癥狀包括早發(fā)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(fā)現(xiàn)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(jīng)元形態(tài)發(fā)育中的作用與機制。
  
  早發(fā)性難治性癲癇發(fā)作是CDD患兒的典型癥狀。這一疾病首次發(fā)作通常出現(xiàn)在出生后的3個月內(nèi)，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(xiàn)出癲癇發(fā)作。2021年，熊志奇研究組發(fā)現(xiàn)，在出生早期條件性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Cdkl5基因可致小鼠自發(fā)性癲癇發(fā)作，這改變了當時領(lǐng)域內(nèi)普遍的觀點即CDD模型小鼠無法體現(xiàn)類似臨床的癲癇癥狀。盡管科研人員在CDD小鼠模型中重現(xiàn)了癲癇發(fā)作的表型，但這些小鼠存在發(fā)作時間延遲、進程慢等問題。本研究發(fā)現(xiàn)，在成年小鼠中特異性敲除前腦興奮性神經(jīng)元中的Cdkl5基因能夠使所有小鼠在兩周后出現(xiàn)自發(fā)性癲癇發(fā)作，而在發(fā)育期誘導敲除Cdkl5基因則發(fā)作癲癇的小鼠比例下降。這表明小鼠腦發(fā)育過程中的代償效應可能是影響出現(xiàn)癲癇表型的重要原因，繞過發(fā)育過程在成年大腦失活CDKL5是建立CDD癲癇模型的關(guān)鍵。
  
  研究利用新構(gòu)建的CDD癲癇小鼠模型發(fā)現(xiàn)，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor， BDNF）的表達在癲癇發(fā)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(fā)生與發(fā)展。更具有臨床意義的是，在已發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)起成立了中國CDKL5互助聯(lián)盟和希舞關(guān)愛之家。該團隊揭示了CDKL5在神經(jīng)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(jīng)元發(fā)育和可塑性中的功能，并在國際上首次構(gòu)建了具有顯著自發(fā)癲癇表型的CDD小鼠模型，發(fā)現(xiàn)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(shù)部、國家自然科學基金委員會和上海市的資助，并得到腦智中心光學成像平臺、分子細胞技術(shù)平臺和實驗動物平臺的技術(shù)支持。
  
  CDKL5功能缺失通過BDNF-TrkB信號通路引起自發(fā)性癲癇發(fā)作。A、CDKL5（紅色）在興奮性神經(jīng)元和GAD65陽性抑制性神經(jīng)元（綠色）中表達。B、成年小鼠前腦興奮性神經(jīng)元中敲除Cdkl5基因引起自發(fā)性癲癇發(fā)作。C、BDNF-TrkB參與CKDL5功能缺失引起的興奮性突觸增強和自發(fā)性癲癇發(fā)作。敲除一半的TrkB編碼基因能夠阻止癲癇的發(fā)生和發(fā)展；而在癲癇發(fā)作開始后抑制TrkB活性能夠顯著減少癲癇發(fā)作。
  
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