在补体成分C1qa缺乏的小鼠中,持续的抑制性功能障碍是导致癫痫及其并发症的根本原因

时间:2026年1月19日
来源:Progress in Neurobiology

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C1qa基因敲除导致小鼠感觉皮层抑制性神经元发育异常,引发尖慢波放电、焦虑样行为及感觉行为障碍,移植MGE来源的内皮祖细胞可部分恢复行为但无法消除癫痫表型,提示抑制性网络破坏与癫痫发生机制。

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Joseane Righes Marafiga|Thy Vu|Jessica Bowlus|Scott C. Baraban
加利福尼亚大学旧金山分校神经外科系,加利福尼亚州旧金山 94143

摘要

神经元网络在发育和成年过程中会经历关键的精细调整,以维持正常的脑功能。补体成分C1qa的失调(包括上调和下调)与电路功能障碍和神经系统疾病(如癫痫)有关,主要通过影响兴奋性突触来实现。然而,C1qa下调对抑制性电路的影响仍不明确。我们发现,C1qa的胚系删除会破坏体感皮层中表达生长抑素(SST)的中间神经元,这可能导致兴奋性突触传递增强、电图中的棘波放电、类似焦虑的行为以及感觉驱动行为的受损。移植来自内侧神经节隆起(MGE)的中间神经元前体可以恢复行为缺陷,但无法消除癫痫发作表型,这突显了C1qa在维持抑制性网络完整性中的关键作用——同时也表明,除了中间神经元功能障碍外,还有其他机制参与了失神发作的病理生理过程。

引言

功能性神经元电路的建立依赖于从出生后早期就开始的严格协调的突触发育和精细调整过程(Hensch, 2004; Tau and Peterson, 2010)。在这个关键时期,分子信号传导、神经元功能和突触连接的紊乱会损害网络结构的成熟,从而导致长期的变化,进而引发严重的神经发育障碍(Tau and Peterson, 2010)。癫痫是最常见的儿童神经系统疾病之一(Aaberg et al., 2017),通常发生在这些早期发育阶段,与突触结构和电路兴奋性的动态变化同时发生(Clement et al., 2013)。
越来越多的证据表明,经典补体级联反应的成分,特别是起始分子C1q,参与了神经电路的发育精细调整(Stevens et al., 2007)。C1q通常参与活动依赖性的突触修剪,即通过消除多余的或弱化的突触来提高电路效率。在生理条件下,C1q介导的突触修剪可以抑制过度兴奋并维持电路稳定性(Chu et al., 2010)。然而,在阿尔茨海默病(Dejanovic et al., 2022, Tenner, 2020)、亨廷顿病(Wilton et al., 2023)和精神分裂症(Yilmaz et al., 2021)等神经系统疾病中,同一途径的上调与病理性突触丢失(Carvalho et al., 2019, Dejanovic et al., 2022, Presumey et al., 2017)、神经炎症(Madeshiya et al., 2022, Wu et al., 2023)和进行性网络功能障碍(Stephan et al., 2013)有关。
在耐药性癫痫患者中,切除的脑组织中C1q的表达上调(Wyatt et al., 2017)。临床前模型也表明,包括C1q和C3在内的补体成分促进了电路的过度兴奋并促进了癫痫的发生(Aronica et al., 2007, Holden et al., 2021, Jeong et al., 2025, Schartz et al., 2018)。在小鼠创伤性脑损伤模型和获得性癫痫模型中,通过功能阻断抗体下调C1q表现出抗癫痫活性(Holden et al., 2021, Jeong et al., 2025)。另一方面,小鼠中C1qa的胚系删除会导致自发的类似失神的癫痫发作、皮层过度兴奋以及出生后早期兴奋性电路的过度分支(Chu et al., 2010, Ma et al., 2013)。补体失调的矛盾且可能双向的后果突显了需要阐明不同细胞类型和阶段特异性机制,以了解个别补体成分如何塑造电路发育并影响癫痫的发生。由于这些相反的结果,我们试图确定C1qa删除如何影响电路功能和电图中的癫痫样活动的出现。虽然增强的兴奋性突触输入已被认为与C1qa缺陷小鼠的过度兴奋有关(Chu et al., 2010),但尚不清楚这是否足以解释整个表型。补体级联的下调是否也会改变抑制性电路的成熟,从而导致持续的网络功能障碍和癫痫易感性增加?
中间神经元发育或抑制性突触整合的破坏——特别是表达小清蛋白(PV)和生长抑素(SST)的中间神经元——会损害锥体网络的抑制控制,导致皮层过度兴奋、同步性和癫痫发作(Righes Marafiga et al., 2021)。鉴于补体成分表达的时间及其在突触消除中的已知作用,GABA能网络的适当塑造失败可能导致持续的兴奋-抑制失衡(Chen et al., 2025)。了解C1qa缺乏如何影响抑制性突触可能揭示其他机制,这些机制通过改变网络稳态在C1qa敲除(KO)小鼠中引发类似失神的癫痫发作。
基于此,我们研究了C1qa的胚系删除是否会影响抑制性神经元的发育,从而导致持续的网络改变,这些改变不仅在早期生活中引发癫痫发生,还会在成年后破坏电路。以抑制性电路动态为中心,我们的发现表明生长抑素中间神经元是补体介导的神经电路破坏与持久神经行为功能障碍之间的关键纽带,而C1qa缺陷小鼠中的失神发作似乎源于抑制性功能障碍之外的网络级过程。

部分摘录

成年C1qa KO小鼠表现出自发的棘波放电和皮层过度兴奋

尽管之前使用C1q缺陷小鼠的研究报告了C1q删除在神经系统疾病模型中的有益效果(Schulz and Trendelenburg, 2022, Zhang et al., 2023),但C1qa KO小鼠在相当于人类儿童期和青春期的发育阶段会表现出自发的类似失神的癫痫发作(例如P18–27)。这些癫痫发作以双侧棘波放电(SWDs)和行为停止为特征,与

讨论

发育过程中的生理过程紊乱会严重重塑电路动态,并促进癫痫的出现和发展(Cavazos and Cross, 2006)。我们的研究探讨了补体成分C1qa的丢失——它是出生后发育期间突触修剪的关键介质——如何影响C1qa KO小鼠的长期突触、功能和行为特征。我们发现,小鼠中C1qa的胚系删除会导致电图中的棘波放电(

动物和伦理

所有实验方案和程序均符合加利福尼亚大学旧金山分校实验室动物资源中心的指南(IACUC;方案编号#AN208171-00)。实验在年轻成年(2个月大)和成熟成年(5个月大)的雄性C1qa敲除(KO; −/−, 品系#031675)小鼠及其年龄匹配的野生型(WT; C57BL/6J)对照组上进行,所有动物均购自The Jackson Laboratory(美国)。对于MGE来源的中间神经元移植,使用了P1–P4阶段的小鼠。

资金来源

本工作得到了美国国立卫生研究院(R01-NS071785-15 to S.C.B.)的支持。

CRediT作者贡献声明

Jessica Bowlus:方法学、研究、数据分析。Thy Vu:方法学、研究、数据分析。Scott C. Baraban:写作——审稿与编辑、初稿撰写、资源获取、概念构思。Joseane Righes Marafiga:写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、项目管理、方法学、研究、资金获取、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们要感谢Baraban实验室的成员(R. Paterno, C. Carpenter, P. Whyte-Fagundes & B. Zhu)的支持和建设性反馈。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

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