在主要症状为复发性癫痫和疑似脑炎的病人中,从病理生理学评估Drebrin(树突棘的支架蛋白)作为自身抗体靶标的存在。
实验样本为来自四个病人的血清。他们都有成年型癫痫以及疑似且病原未知的脑炎症状。我们使用了一系列的方法学,包括免疫印迹、免疫沉淀、质谱、原代神经培养样本的亚细胞结合规律分析、野生和Drebrin基因敲除模型小鼠脑组织免疫组化。并在体外水平对突触形态及其形成受损以及抗体处理后神经网络的异常兴奋性做了研究。
小鼠海马区神经元体外培养至14天,对照组(native)和加入抗Drebrin自身抗体(Drebrin Sera)及健康人血清(NHS)组,神经网络功能检测结果:
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【A】: 抗体或血清孵育30min后,每个组选取一个有代表性的电极记录到的自发放电连续波形图。
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【B】:NHS和Drebrin Sera孵育30min后,簇放电光栅图如图左。(网络簇放电用红框标识,红框宽度对应网络簇放电时长。)
图右是计算500ms内平均网络簇放电光栅图。(其中左侧纵轴是电极序号1-16;右侧纵轴是每ms平均放电率。记录数据总时长20min)。
该结果显示Drebrin Sera处理组的网络簇放电个数及平均网络簇放电率高于NHS组。网络簇放电相关参数的增加意味着神经元突触连接功能的增加。
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【C】:孵育0-4h过程中,平均放电率、平均簇放电率和簇放电时长随时间变化图。该结果表明,Drebrin Sera可显著促进神经元平均放电率和簇放电率,并且在4h达到最高。它还可在30min内促使簇放电时长达到最高,随后逐渐降低,但仍明显高于NHS处理组。这说明抗Drebrin自身抗体可引起神经元的超兴奋性。
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上述结果共同说明了抗Drebrin自身抗体是通过增加神经元突触连接和可兴奋性,从而导致神经网络的超兴奋性。
病人的抗Drebrin自身抗体处理离体培养的小鼠海马区神经元网络后,能够观察到超兴奋态(上图A和B所示)。这和在血清含Drebrin抗体的病人身上检测到的部分脑结构兴奋性增强并导致癫痫病症的情况是相呼应的。
而且我们认为抗Drebrin自身抗体是作用在突触水平的(从而会导致更高的放电频率和更强的网络簇放电)。MEA实验(参见上图C)能够证实这个观点。另外(得益于MEA的实时检测功能)鉴于抗体孵育样本10-30分钟后就会有这种效果,我们猜测这种作用并不需要转录或者翻译过程的参与,看起来更像是抗Drebrin自身抗体直接绑定到靶标上了。
众所周知抗体是无法自行透过细胞膜的,在这里我们无法直接证明这种抗Drebrin自身抗体是如何作用到胞内的靶标上的。但是,突触的活动(比如说在培养的海马区神经元上观察到的自发放电)永远是和胞吞作用共同发生的。比如说后者可以通过调节突触后AMPA受体的数量来对前者进行调节。所以我们猜测抗Drebrin自身抗体就是利用了这种胞吞循环从而得以进入到细胞内部的。
最终,被抗体绑定的Drebrin可能会在很大程度上影响到树突棘的功能,并导致病理性的突触解偶联(可以被视作神经网络超兴奋态)。接下去,我们实验室将结合分子和超分辨成像研究,从病理生理学角度来评估Drebrin自身抗体后遗症。
上述实验表明,抗Drebrin自身抗体会导致人体的一系列慢性综合症。包括包括复发性癫痫、神经精神病学障碍、大脑边缘系统(有时还包括皮层)的炎症反应。所以,我们觉得免疫抑制疗法在这里应该有用武之地。
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