神经调节素(NRG1)是神经生长因子家族的一员,其通过作用于ErbB受体家族发挥作用,包括ErbB4受体。近年来,来自世界不同研究组的遗传学研究发现Nrg1和Erbb4是两个独立的精神分裂症易感基因。在成年脑内,Erbb4 mRNA在中间神经元上比较丰富。最近的研究结果显示,ErbB4受体特异性表达在GABA能中间神经元上,特别是PV中间经元上。这些研究提示PV神经元可能是NRG1-ErbB4信号在成年大脑中的主要细胞靶点。在大脑皮层中,约有20-30%的GABA能中间神经元,尽管数量不多,但是GABA能中间神经元在兴奋抑制平衡、感觉信息的处理、神经环路的同步化以及情绪,动机的传递和调节中发挥了重要作用。GABA能抑制性神经元主要在局部环路中起作用,比如PV中间神经元,主要投射到锥体细胞近胞体端,可以非常有效地调控锥体细胞的输出和同步化活动。大量研究指出,PV神经元参与调控大脑的高级认知功能。多项研究提示GABA能神经元介导的微环路异常是癫痫、精神分裂症、自闭症等神经精神疾病的致病基础。所以,我们想以NRG1-ErbB4为切入点,研究PV介导的微环路在神经精神疾病中的作用及机制。癫痫(Epilepsy)是大脑神经元突发性异常放电,进而导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病。目前,经过现有的抗癫痫药物治疗,仍有大约30%的患者不能控制。药物不能控制的癫痫,即难治性癫痫的死亡率可达50%。因此,寻找有效和安全的治疗药物是生物医学重要的目标之一。尽管癫痫的起始和发生的机制仍没有完全明白,但是大脑中兴奋与抑制的失平衡被认为是一个关键因素。PV神经元主要以近胞体端投射的方式投射到锥体神经元,即投射到锥体细胞胞体、基树突以及轴突起始端,这种投射可以控制锥体细胞的发放模式和发放时机,进而以gamma和theta震荡的方式同步化锥体细胞。来自不同实验室David Lau, Ikuo Ogiwara等人用在体脑电记录的方式显示PV中间神经元的低功能可以导致癫痫发生。PV神经元抑制能力的下降与癫痫的这种联系让我们猜测NRG1-ErbB4信号的失常在癫痫发生中发挥怎样的作用。此项研究综合运用转基因小鼠、生化、药理学以及电生理学的方法证明NRG1通过其受体ErbB4,增加了parvalbumin阳性神经元的兴奋性。这一作用是通过调节Kvl.1型钾离子通道来降低神经元动作电位发放的阈值来实现的。敲除ErbB4的parvalbumin阳性神经元也表现为兴奋性的降低。所以说NRG1-ErbB4信号通路的异常可能参与到由parvalbumin日性神经元介导的抑制性环路的异常。我们发现,在parvalbumin阳性神经元上特异性敲除ErbB4受体的小鼠,对匹鲁卡品,戊四唑等癫痫模型有很高的易感性。这种敲除小鼠发作的癫痫等级更高,小鼠发作癫痫的几率更高。另外,脑室内注射重组NRG1可以降低致痫药诱导的癫痫的发生和发展。我们想进一步探讨NRG1-ErbB4信号在人类癫痫中潜在生物学价值。我们比较了继发性癫痫与对照组织中NRG1-ErbB4信号及其下游蛋白的表达。第一,我们比较了正常组织的颞叶,额叶皮层与癫痫患者相应区域的蛋白表达量,发现癫痫组织中ErbB4的含量显著增高；第二,癫痫组织中,颞叶皮层具有升高的Src家族蛋白表达量,但是Src-pY416/Src比例下降。那是否有可能是NRG-ErbB4信号参与了src家族激酶的活性调控呢?有意思的是,NRG1孵育脑片可以逐渐降低Src-pY416/Src比例水平。第三,我们知道GluN2B是一个重要的Src酪氨酸激酶调节靶点,而GluN2B-pY1472位点磷酸化水平可以影响GluN2B在细胞膜的滞留和功能。所以我们试图观察癫痫组织中GluN2B-pY1472的水平是否发生变化。我们发现在癫痫皮层组织中GluN2B表达显著增多,但其1472位点的磷酸化水平并没有相应程度的增加。所以,我们推测这可能是由于癫痫组织中升高的ErbB4引起的Src激酶活性下降而受到的调节。第四,我们对NRG-ErbB4是否能通过Src调节GluN2B的磷酸化水平感兴趣。我们观察到NRG1孵育可以降低src-pY416水平,同时降低了GluN2B-pY1472的水平。第五,癫痫组织中抑制性神经元更兴奋,NRGl可以增加癫痫或对照组织抑制性神经元兴奋性。这些实验为NRG1-ErbB4信号参与PV神经元兴奋性的调节及GABA能神经元保护及抑制性突触传递对癫痫的影响提供了有力的证据,也为解析癫痫发展中GABA能抑制系统的作用及其接受的调节提供了人脑水平的研究。综上,系统利用电生理、行为学、药理学和生化的方法,借助精神分裂症的易感基因Nrgl和Erbb4,我们研究了PV神经元介导的抑制性微环路在癫痫疾病中的作用及机制。同时,我们还找到Neuregulinl-ErbB4信号的作用靶点,为后续的癫痫等疾病治疗提供了细胞水平的候选分子。