FCDⅡ型基因表达的生物信息学分析及mTOR-STAT3信号通路在FCD亚型中的表达研究

作     者：王江娅 

作者单位：河北医科大学 

学位级别：博士

导师姓名：江莲

授予年度：2022年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0711[理学-系统科学] 1002[医学-临床医学] 07[理学] 08[工学] 100204[医学-神经病学] 10[医学] 

主      题：难治性癫痫 局灶性皮层发育不良 生物信息学分析 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 信号转导和转录激活因子3 

摘      要：局灶性脑皮层发育不良(Focal cortical dysplasia,FCD)是皮质发育畸形(Malformations of cortical development,MCD)中一种常见的病理类型,MCD是难治性癫痫的重要原因,据统计,3岁以下儿童难治性癫痫中80%患儿存在MCD,而在这些患儿中有75%以上其术后病理存在FCD。1971年,Taylor等人对10例难治性癫痫患者手术切除的脑组织标本进行病理学检查,发现了异常的皮层结构,并伴有异型神经元和气球样细胞的病理现象,首次提出了“局灶性皮层发育不良的概念,并描述了FCD的病理组织结构特点。这一概念提出后广泛应用于解剖学、病理学、神经影像学等各个专业。随着对FCD的不断认识,FCD的病理学分类标准不断更新,尤其是2004年Palmini等人提出的分类方法在临床上广泛应用,将FCD分为I型和Ⅱ型。但该分类方法的重复性一直备受争议。2011年国际抗癫痫联盟(International League Against Epilepsy,ILAE)对FCD进行了重新分类,在Palmini分类的基础上进行了修改,增加了FCDⅡ型的概念。FCDⅢ有4个亚型,FCDⅡa(FCD合并海马硬化),FCDⅡb(FCD合并神经系统肿瘤),FCDⅡc(FCD合并血管畸形)和FCDⅡd(FCD合并脑损伤、炎症、围产期缺氧等早期脑病变)。FCD的发病机制可能与胚胎发育早期神经元的增殖、迁移、分化等过程密切相关。人类大脑皮层形成于胚胎发育时期的第8至24周,在皮层发育中,兴奋性神经元沿着放射状方向从脑室迁移到脑皮层区域;同时,抑制性神经元沿着切线方向从神经节突起迁移到皮层。当神经元到达特定位置后,它们开始发出轴突和树突,这样就形成了神经网络。在这一时间段内任何不利因素,如感染、缺氧、外伤、基因突变等都会影响神经元的正常迁移轨迹和正常神经网络的形成。近十几年来,随着神经影像学、遗传学及高通量测序技术的不断发展及普及,FCD各亚型发病机制及致痫机制的研究越来越多。尤其是自2011年FCD新的分类标准提出以后,有关FCD型的发病机制学者们提出了很多假说,包括递质受体假说、GABA受体假说、GABA突触活动起搏器假说、mTOR通路过度激活假说、体细胞突变假说及病毒感染等。但具体的发病机制尚不明确,尤其是FCDⅡ型的发病机制,有关FCDⅡ型这一亚型发生机制的研究成为目前研究的热点。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路在MCD疾病发生中的关键作用逐渐被认识,尤其是其抑制剂被批准用于结节性硬化(Tuberous Sclerosis,TSC)治疗之后。由于TSC与FCD在组织病理学、临床表现等方面高度的相似性,mTOR信号通路在FCD方面的研究也越来越多。信号转导和转录激活因子3(Signal sensor and activators of transcription 3,STAT3)是一种具有转录活性的DNA结合蛋白,可通过不同的信号通路参与生物体内细胞增殖、分化、凋亡等多种生物学现象。STAT3也是mTOR通路中一个重要的下游分子。mTOR-STAT3信号通路可介导胶质细胞增生、细胞凋亡、干细胞增殖分化、自噬等过程。近些年,有研究发现STAT3与癫痫的发生关系密切,尤其是与海马神经元凋亡有关。mTOR-STAT3信号通路是否参与FCD的发病机制尚不明确,本研究拟从mTOR-STAT3信号通路探讨FCD各亚型的发病机制。STAT3与癫痫的发生有关,尤其是胶质细胞增生过程。mTOR-STAT3信号通路是否参与FCD的发生,尤其是在FCDⅡ型中的研究,尚未见报道。本研究拟从mTOR-STAT3信号通路探讨FCD各亚型的发病机制。对于FCDⅢ型,由于FCDⅢa型在手术中可以明确区分硬化的海马和周边的FCD,FCDⅢb型、Ⅲc型、Ⅲd型因原发病变肿瘤、血管病及早期脑改变与FCD界限不清,很难区分,故本研究组以FCDⅡa型为代表以研究FCDⅢ型的发病机制。精准医学的发展,使得从遗传学角度寻找FCD的候选致病基因成为当前临床研究的热点与焦点,目前报道的癫痫相关致病基因研究主要从MCD着手,至今已发现100余种与MCD相关的基因突变,但由于MCD疾病复杂且病例数量有限,FCD候选基因研究成果不多。目前,仅TSC有明确的基因突变,其他类型的MCD尚未找到确切的突变基因。因此,深入探索FCD相关的致病基因,有助于FCD发病机制及癫痫发生机制的研究。FCDⅡ型是难治性癫痫患者治疗性切除脑组织中常见的病理类型。病灶多见于颞外区域,特别是在额叶。影像学上一般表现为皮质增厚、脑沟脑回发育异常、灰白质界限不清等,尽管约60%的患儿经手术治疗后能获得良好的控制,但仍有40%的