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在神经发育过程中，mTORC1通路的过度激活会导致与顽固性癫痫发作相关的局灶性皮质畸形。最近的证据表明，mTORC1下游的帽依赖翻译有助于细胞结构异常和癫痫发作活动。
基于此，2023年8月23日，德克萨斯大学达拉斯分校行为与脑科学学院神经科学系Angelique Bordey团队在Frontiers in Neuroscience上发表“4E-BP1 expression in embryonic postmitotic neurons mitigates mTORC1-induced cortical malformations and behavioral sezure severity but dose not prevent epilepsy in mice”，揭示了胚胎有丝分裂后神经元中4E-BP1的表达可减轻mTORC1诱导的皮质畸形和行为癫痫的严重程度，但不能预防小鼠癫痫。
在这里，作者探究了通过表达mTORC1下游翻译抑制因子4E-BP1的组成型活性形式来减少帽依赖性翻译是否会预防皮质畸形和癫痫发作的发生。4E-BP1CA在胚胎表达过程中可在产生第2/3层锥体神经元的径向胶质细胞中表达，或使用条件表达系统在最终到达第2/3层的迁移神经元中表达。在这两种情况下，4E-BP1CA的表达减少了mTORC1诱导的神经元肥大，减轻了皮质层叠错误，但有一部分异位神经元持续存在于深层和白质中。尽管有上述改善，但径向胶质细胞中4E-BP1CA的表达对癫痫发作频率没有影响，并进一步加重了与mTORC1过度激活相关的行为癫痫发作的严重程度。相比之下，条件性4E-BP1CA在迁移神经元中的表达减轻了行为性癫痫发作的严重程度，但癫痫发作频率保持不变。这些发现表明在胚胎发育过程中通过4E-BP1CA表达靶向4E-BP1以预防癫痫，并提示4E-BP1在mTORC诱导的癫痫中存在发育依赖的作用。
图一 在L2/3锥体神经元中，4E-BP1CA的表达对RhebCA小鼠的癫痫发作频率没有影响，并加重了行为癫痫发作的严重程度
在小鼠皮质形成过程中通过RhebCA表达增加mTORC1活性可以再现人类皮质发育局灶性畸形（FMCD）病理，包括神经元皮质肥大和错位以及癫痫。为了检验胚胎中4E-BP1CA的表达是否能阻止RhebCA诱导的FMCD病理和癫痫发作，作者在E15皮质中共同电穿孔RhebCA和4E-BP1CA，靶向L2/3锥体神经元的径向胶质细胞。对照组小鼠与RhebCA和GFP共电穿孔。4E-BP1CA的表达显著降低了RhebCA神经元的躯体大小，增加了L2/3中正确定位神经元的比例。然而，作者观察到一个异位RhebCA+4e-bp1ca的神经元子集，它们仍然保留在皮质深层、靠近扣带束和白质中。尽管组织学上有改善，但通过脑电图记录评估，RhebCA +4E-BP1CA和RhebCA +GFP小鼠之间癫痫发作的频率和发生率没有变化。为了确定癫痫发作的行为表现是否得到改善，对所有已识别的电图癫痫发作的相关运动症状进行了评分。作者发现与RhebCA +GFP小鼠相比，RhebCA +4E-BP1CA的4-5级癫痫发作比例显著增加，1-2级和3级癫痫发作比例显著减少。这些发现表明，在产生L2/3锥体神经元的E15径向胶质细胞中，4E-BP1CA的胚胎表达加重了RhebCA诱导的癫痫发作的严重程度。
图二 c4E-BP1CA表达减少了RhebCA小鼠的神经元肥大，并减轻了行为癫痫发作的严重程度
考虑到4E-BP1CA的表达并没有阻止异位神经元，作者推测径向胶质细胞中4E-BP1CA的表达可能间接影响锥体神经元亚群的迁移。此外，推测RhebCA导致的mTORC1激活可能滞后于4E-BP1CA对帽依赖翻译的影响，导致mTORC1过度激活之前翻译的减少。作者在双皮质激素启动子的控制下，将RhebCA与Cre诱导的条件性4E-BP1CA和Cre重组酶共电穿孔。在这个实验条件下，c4E-BP1CA的表达仅限于DCX+阳性迁移神经元，而RhebCA在径向胶质细胞和随后的神经元中表达的方式与上述相同。因此，在4E-BP1CA功能表达之前，RhebCA在新生神经元中功能性表达。对照组小鼠与RhebCA、条件性DsRed和DCX-Cre共电穿孔。两组中均包含一个条件GFP报告基因来标记目标细胞。c4E-BP1CA的表达显著降低了RhebCA神经元的体细胞大小，增加了L2/3中正确定位的神经元的比例。与上面描述的4E-BP1CA条件相似，作者在深层皮质层和白质中观察到一个异位神经元的子集；然而，这甚至比上述情况更为显著，并且与对照组显著不同。c4E-BP1CA的表达并没有降低RhebCA小鼠的癫痫发作频率和发生率。然而，与RhebCA +cDsRed小鼠相比，RhebCA +c4E-BP1CA中与癫痫发作相关的行为症状较轻，Racine1-2级癫痫发作比例明显较高，3级和4-5级癫痫发作比例较低。这些发现表明，尽管持续存在神经元异位，但有丝分裂后选择性表达4E-BP1CA神经元可以减轻RhebCA诱导的行为癫痫发作的严重程度。
综上所述，作者的研究通过胚胎生命中4E-BP1CA的表达来预防癫痫，并提示4E-BP1CA在mTORC1诱导的癫痫中具有复杂的发育阶段依赖作用。虽然研究表明，胚胎4E-BP1CA的表达并不能预防癫痫发作，但其他一些抑制翻译的方法，如直接抑制内源性4E-BP1CA的磷酸化，可能会产生不同的结果，有待进一步探索。未来的研究旨在分析4E-BP1CA在皮质发育中的功能，从而进一步阐明这些问题，并为mTORC1诱导的癫痫的新治疗途径提供见解。
https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1257056
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