創傷性腦損傷（Traumatic brain injury，TBI）和癲癇持續狀態（Status epilepticus，SE）皆與人類癲癇的發生發展密切相關。雖病因不同，但目前的研究表明，這些損傷后癲癇發生的分子機制趨于一致。其中一個機制涉及腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及其高親和力受體酪氨酸激酶 B（Tropomyosin related kinase B，TrkB）。文章總結了 BDNF / TrkB 信號通路在癲癇發展中所起的病理生理學作用。軸突橫斷模型和 SE 動物模型分別模擬了人類 TBI 和 SE 后誘發的癲癇，在這兩種動物模型的研究基礎上，討論了靶向 BDNF/TrkB 信號通路以減少癲癇發作及其導致的神經損傷的策略。
引用本文： 張冉冉, 王珂黙, 石燕婷, 杜倩雯, 劉學伍. 靶向腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號通路對癲癇的抑制. 癲癇雜志, 2020, 6(3): 215-219. doi: 10.7507/2096-0247.20200038 復制
癲癇是多種原因導致的腦部神經元高度同步化異常放電所致的臨床綜合征，是中樞神經系統最常見的嚴重疾病之一，但其發病機制目前尚不清楚[1, 2]。盡管癲癇的治療方法多樣，但臨床治愈率有限，目前仍有近 1/3 的患者對可用的治療方法有所抵抗，因此研究具有新作用機制的療法非常重要[3]。
腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及其受體酪氨酸激酶 B（Tropomyosin related kinase B，TrkB）廣泛分布于全身多個系統，主要分布于中樞神經系統的海馬和皮質，是哺乳動物神經系統研究最廣泛的神經營養因子[4]。BDNF 也是神經元分化和突觸可塑性的重要調控因子[5, 6]。BDNF 及其受體 TrkB 的發現對神經科學的研究產生了重要影響。
目前普遍認為，癲癇是 BDNF/TrkB 信號通路起關鍵作用的疾病之一。在長時間癲癇發作后，BDNF 表達會顯著而短暫地增加，這一發現激發了人們對該課題的興趣，隨后產生了內源性 BDNF/TrkB 信號通路促進癲癇發生的假說。本綜述在利用皮層下軸突橫斷和癲癇持續狀態（Status epilepticus，SE）模型來模擬人類創傷性腦損傷（Traumatic brain injury，TBI）和 SE 誘導的癲癇這兩種動物模型基礎之上，總結了 BDNF/TrkB 信號通路對癲癇發生發展的影響。
1 創傷后癲癇軸突橫斷模型中的/腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號傳導
TBI 會引起腦部結構和功能的改變[7]，也是引起創傷后癲癇（Post-traumatic epilepsy，PTE）的常見原因[8]，患者在潛伏期后可出現自發性復發性癲癇發作[9]。我們之所以使用軸突橫斷模型，是因為軸突橫斷的病理損傷在臨床上見于 TBI，且這種動物模型已被建立并進行了 BDNF/TrkB 信號通路作用的研究。
既往研究確立了底切大腦皮層可誘導皮層過度興奮，在小鼠模型中底切皮層可誘發 PTE 的事實[10]。對幾周后分離的含有損傷組織的切片進行電生理學研究，80% 以上的動物在全細胞記錄中檢測到癲癇樣事件，持續時間通常為幾百毫秒，這種模式與在癲癇患者腦電圖（EEG）中檢測到的發作間期峰值一致。通過在低濃度的 γ-氨基丁酸 A 型（γ-Aminobutyrisacid A，GABAA）受體拮抗劑荷包牡丹堿中孵育來自底切皮層的切片，可以誘導持續時間更長的與 EEG 所示癲癇一致的癲癇發作事件[11]。
場電位電流源密度分析顯示癲癇樣活動起源于第 5 層錐體細胞（L5）。L5 錐體細胞的全細胞記錄顯示自發興奮性突觸后電流（Spontaneous excitatory post synaptic currents，sEPSC）和微型興奮性突觸后電流（Miniature exci-tatory post synaptic currents，mEPSC）的頻率增加。組織學分析顯示錐體細胞樹突的形態沒有明顯變化，但軸突的長度和分支增加。此外，還觀察到軸突芽生的標記物生長相關蛋白-43（Growth associated protein 43 kDA，GAP-43）的免疫反應性增加。谷氨酸功能化介導的 L5 錐體細胞的激活提供了與 L5 錐體細胞間增強的突觸連接一致的證據，支持由于底切皮層而出現的增強的復發性興奮性突觸網絡的出現[12]。這為軸突損傷后皮質興奮性的增強提供了一個有吸引力的機制。
除了增強的興奮性突觸連接外，在來自底切皮層的切片中檢測到 L5 錐體細胞的突觸抑制損傷，全細胞記錄顯示自發抑制性突觸后電流（Spontaneous inh-ibitory post synaptic currents，sIPSCs）頻率降低，同時伴有微型抑制性突觸后電流（Miniature inhibitory post synaptic currents，mIPSCs）頻率減少，但幅度不明顯。雖然沒有發現小清蛋白（Parvalbumin，PV）中間神經元數量減少，但 PV 神經元的樹突變薄，大樹突的數量減少。此外免疫組織化學分析顯示，L5 錐體細胞的胞體周圍，囊泡型 γ-氨基丁酸（GABA）轉運體（Vesicular GABA transporter，VGAT），谷氨酸脫羧酶 65 kD（Glutamic acid decarboxylase，GAD65）和 GAD 67 kD 亞型的免疫反應性降低[13]。
PV 中間神經元的結構改變和錐體細胞的突觸抑制功能受損，增加了底切皮層可能會減少對這些神經元營養支持的可能性。mRNA 的原位雜交檢測表明，正常情況下，在中樞神經系統中，TrkB 在錐體細胞和中間神經元中表達，相比之下，BDNF mRNA 在錐體細胞中表達很明顯，但在中間神經元中處于低水平[14]。有趣的是，在切割損傷 3 周后，L5 錐體細胞中的 BDNF mRNA 明顯減少[13]；若 mRNA 的減少與 BDNF 本身的減少是平行的，那么可推測這將減少對 TrkB 受體的激活和 PV 中間神經元的營養支持。
總體而言，這些發現為測試調節 BDNF/TrkB 信號通路是否會影響癲癇的發展提供了理論依據。一種調節方法涉及 TrkB 受體的部分激動劑 LM22A-4。LM22A-4 具有部分激活 TrkB 受體的特性，但不能激活 TrkA 或 TrkC 受體[15]。Gu 等[11]利用這種部分激動劑，研究了在底切皮層后立即開始并持續兩周的治療效果，在這兩周內對抑制性神經元進行了結構和功能測試。結果發現 L5 錐體細胞 mIPSCs 的頻率增加，且突觸抑制的增強還伴隨著 VGAT，GAD65 和在 L5 錐體細胞周圍的 PV 免疫反應性增強。LM22A-4 治療還降低了在 GABAA 受體拮抗劑荷包牡丹堿中孵育的切片中記錄的癲癇發作頻率。其研究表明，皮層損傷后 LM22A-4 對 TrkB 的慢性激活有利于恢復 GABA 能抑制神經元的結構和功能，并可抑制 PTE 的發生。
之前有軸突橫斷模型表明，橫切 CA3 錐體細胞的軸突可誘導軸突芽生并增強細胞間的興奮性突觸連接，最終導致過度興奮的結果。隨后證明的神經營養因子對軸突生長的作用使研究者關注于 BDNF/TrkB 信號通路的作用。通過酶聯免疫吸附試驗（ELISA）法檢測到切割損傷后海馬切片中 BDNF 的含量顯著增加，在損傷后 24～48 h 達到峰值，72 h 后恢復正常，而且這與 TrkB 含量增加有關[16]。此外，在培養的 TrkB 表達水平較低的轉基因小鼠的切片中，發現切割損傷誘導的 GAP-43 免疫反應性增加的效應幾乎被消除，從而支持 BDNF/TrkB 信號在損傷誘導的軸突芽生中的因果作用[16]。Aungst 等[17]采用了一種化學遺傳學方法，該方法使用了 TrkBF616A小鼠，其中丙氨酸取代 TrkB 結構域中的苯丙氨酸，這使得突變型 TrkB 可被小分子 1NMPP1 抑制。研究中用 1NMPP1 處理突變小鼠的海馬切片阻止了 GAP-43 免疫反應性的增加和過度興奮的發展，而用 1NMPP1 處理野生型小鼠不能抑制過度興奮或軸突芽生。Gill 等[18]證明用 BDNF 清除劑 TrkB-Fc 可減弱損傷誘導的動作電位增加的幅度以及損傷的海馬切片中的軸突芽生。這些研究表明，對 BDNF 和 TrkB 的抑制可以阻止 CA3 錐體細胞軸突在切割損傷后誘發的癲癇樣結果，以及軸突芽生標志物 GAP43 的表達。
綜上所述，在這兩種不同的模型中，BDNF/TrkB 信號可以對軸突橫斷誘導的興奮性增強產生相反的影響。我們認為，皮層底切模型的超興奮性的機制是突觸抑制受損，可能至少部分是由 PV 中間神經元所介導，而由切割海馬引起的過度興奮的機制可能是軸突芽生介導的增強的興奮性突觸連接的形成。若正確的話，增強 BDNF/TrkB 信號傳導通路對這兩個區域中局部回路的興奮性的凈效應將是相反的，即皮層中的興奮性降低和海馬中的興奮性增強。
2 癲癇持續狀態模型中的腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號傳導
臨床和臨床前觀察表明，SE 是引發顳葉癲癇（TLE）的一個重要原因。既往研究也為 SE 誘導的 BDNF/TrkB 信號通路的激活可促進 TLE 發展的假設提供了理論依據。因此，我們選用 SE 模型模擬人類 SE 誘發的癲癇。
大量的生化遺傳學和藥理學證據表明，BDNF/TrkB 信號通路在使用點燃模型誘發癲癇發生中具有增強作用，且 SE 誘導 BDNF 表達增加，這一增加與 SE 誘導的 TrkB 信號激活的時間過程具有相關性[19]。
Liu 等[20]利用上述 TrkBF616A 小鼠將海人酸（KA）注入杏仁核基底外側核誘導 SE。與 SE 的其他模型一樣，KA-SE 誘導 TrkB 的活化增加，這種活化持續了 2～3 d。在給予地西泮抑制 SE 后立即開始用持續兩周的 1NMPP1 治療。結果顯示，對照組中所有小鼠均有 TLE 發作，在 8 只 1NMPP1 處理的 TrkBF616A 小鼠中 7 只未檢測到 TLE 發作。此外，用 1NMPP1 治療 TrkBF616A 小鼠，可阻止其焦慮樣行為的發生。這表明 SE 后對 TrkB 的短暫抑制可以防止在該小鼠模型中 SE 誘導的 TLE 和相關的焦慮樣行為。雖然這項研究將 TrkB 作為 SE 誘導的癲癇的治療靶點，但 TrkB 的神經保護作用引發了一項擔憂，即抑制 TrkB 可能使 SE 誘導的 CNS 神經元變性增加。為了驗證 TrkB 的神經保護作用，對 SE 后 24h 安樂死的小鼠海馬切片進行 Fluoro-Jade C（FJC）染色來定量神經元變性。如上所述，地西泮抑制 SE 后立即開始了對 TrkB 的抑制，結果顯示海馬 CA1 和 CA3 錐體細胞層中的 FJC 染色陽性細胞數增加了 3～10 倍。這表明 SE 誘導的 TrkB 信號激活可產生神經保護作用和全面抑制 TrkB 信號可產生不良后果，即增加神經元的變性。
全面抑制 TrkB 信號產生的不良后果引發了一個問題，即 TrkB 下游的哪個信號通路介導了 SE 的致癇結果。若介導由 SE 誘導的 TrkB 信號傳導所致的有益和有害作用的下游通路是不同的，那么選擇性抑制有害通路可能是治療癲癇有吸引力的策略。將磷脂酶 Cγ1（Phospholipase C-γ1，PLCγ1）與興奮性突觸的長期增強聯系起來的證據表明，PLCγ1 信號通路的激活介導了 TrkB 激活的致癇后果[21]。Gu 等[22]首先提出抑制這一信號通路是否會影響癲癇的發生，其研究結果顯示，與野生型小鼠相比，在 TrkBPLC / PLC 小鼠（其中苯丙氨酸取代 TrkB 殘基 816 處的酪氨酸并由此破壞 TrkB 介導的 PLCγ1 信號傳導）中，KA 誘導的 SE 可被部分抑制。為了驗證 TrkB /PLCγ1 信號通路對 SE 誘導癲癇發生的作用，Gu 等[22]設計了一種新型肽，命名為 pY816，可將 TrkB 與 PLCγ1 解耦聯。與上述所用的方法類似，用地西泮抑制 SE 后使用 PY816，結果顯示 TLE 發作和焦慮樣行為有所減少。這表明 PLCγ1 是 TrkB 下游的主要效應物，介導 SE 后 TrkB 激活的致癲癇和致焦慮后果。
有研究提出了一個獨特的 TrkB 信號通路，即 TrkB/Shc/Akt 信號通路，參與了 SE 后 TrkB 信號轉導的神經保護作用[23]。這些實驗使用 TrkBShc / Shc 突變小鼠，其中 TrkB 的點突變（Y515F）阻止 Shc 與活化的 TrkB 結合。結果顯示野生型小鼠和 TrkBShc / Shc 突變小鼠在向杏仁核內輸注 KA 誘導的 SE 的嚴重程度相似，TrkBShc / Shc 小鼠中 SE 誘導的促存活銜接蛋白 Akt 的活化被部分抑制，且 TrkB-Shc 信號的破壞加重了 SE 誘導的神經元變性。
總之，這些研究表明，介導由 SE 誘導的 TrkB 信號激活所致有利和有害作用的下游通路是不同的，通過選擇性干擾 TrkB 的下游通路，可以將 TrkB 信號激活所致的有利（神經保護）作用與不良（致癲癇和致焦慮）后果分離開來。
3 腦源性神經營養因子的癲癇發作抑制作用
與 BDNF/TrkB 信號通路對 SE 誘導的 TLE 發展的研究相反，曾有研究發現低劑量 BDNF 對癲癇小鼠有神經保護作用[24]，并可通過突觸的相互作用來影響記憶和認知[25]。這使研究者開始關注 BDNF 對 SE 后癲癇發作的抑制作用。Falcicchia 等[26]在用匹魯卡品誘導 SE 后 3 周，將表達 BDNF 的細胞系注射到成年大鼠的海馬中，對大鼠進行癲癇發作檢測和認知能力測試，結果顯示，BDNF 組動物癲癇發作頻率顯著降低，且 SE 誘導的認知能力損傷得到改善。組織學分析顯示，對照組大鼠 SE 后海馬體積減少 30%，而 BDNF 組未減少。對照組中 PV 中間神經元的數量減少了 50%，而在用 BDNF 處理的組中僅減少了 20%。對照組大鼠海馬中 FJC 染色陽性細胞的數量顯著增加，而 BDNF 組中 FJC 染色陽性的細胞僅占少數。
BDNF 分泌細胞系產生的這些有益效果是否是通過增加或減少 TrkB 的激活尚不明確。將 BDNF 應用于表達 TrkB 的細胞系，對 TrkB 的免疫印跡分析顯示 BDNF 可增加 TrkB 的激活；然而，持續暴露于 BDNF 可減少 TrkB 的激活，這可能與 TrkB 受體內化以及離子通道功能的改變有關[27]。通過滲透微型泵將 BDNF 持續輸注到海馬體中導致 TrkB 和磷酸化 TrkB 的減少，這與點燃模型中的癲癇發作抑制相平行[28]。因此，BDNF 分泌細胞系抑制癲癇發作的機制似乎是通過減少 TrkB 的激活來實現的。而 Falcicchia 等[26]并未報道通過免疫印跡評估的 TrkB 和磷酸化 TrkB 的水平，從而留下了一個懸而未決的問題。
盡管分子機制尚存在不確定性，但這些研究清楚地表明了含有 BDNF 分泌細胞系的海馬內植入裝置的多種有益效果。值得注意的是，在沒有明顯癲癇發作的情況下，BDNF 向內嗅皮層的遞送改善了阿爾茨海默病動物模型中的認知功能[29]。
4 通往臨床的腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號通路
由橫斷軸突的損傷引起的病理性過度興奮的研究引發了一個問題，即是否可以通過干擾 BDNF/TrkB 信號通路來預防 TBI 后的癲癇。腦外傷可由加速或減速損傷所致的彌漫性損傷引起，也可由致顱骨骨折、硬膜穿透和血腫的局灶性損傷引起。在這些不同情況下，軸突橫斷引起的過度興奮導致顱腦損傷后癲癇發作的嚴重程度尚不確定。多個小組正研究與特定的腦外傷亞群相一致的動物模型，這些模型的提供將有助于研究干擾 BDNF/TrkB 信號通路對 PTE 的影響。若軸突橫斷引起的超興奮性被證明是引發 PTE 發生的重要因素，BDNF/TrkB 信號通路對皮層與海馬損傷引起的過度興奮所起的相反作用可為這些研究提供思路。對于 TLE，當前研究表明 BDNF/TrkB/PLCγ1 信號通路為 SE 誘導 TLE 的分子機制[22]，從而為尋找這種信號通路的抑制劑以預防癲癇提供了理論依據。
與 SE 模型的發現相似，在出生后 10 d（P10）的幼鼠中由短暫性缺氧引起的癲癇發作激活了 TrkB 信號，免疫印跡法檢測到 TrkB 磷酸化水平升高。在缺氧性癲癇發作后立即用 CEP-701（一種抑制 TrkB 活化的藥物）治療，可降低 KA 在 P14 幼鼠中誘發的癲癇發作的嚴重程度[30]。盡管 CEP-701 的作用對 TrkB 沒有選擇性，但這些發現仍支持一種觀點，即對 TrkB 信號的短暫抑制可能會抑制缺氧后癲癇的發生。
最后，使用分泌人 BDNF 的基質封裝細胞系為難治性 TLE 患者提供了一種治療選擇。若植入這種細胞系抑制了癲癇發作或將藥物難治性患者轉變為對藥物有反應性的患者，那么這種細胞系可以為手術切除致癇灶提供一個有利的替代方案。
癲癇是多種原因導致的腦部神經元高度同步化異常放電所致的臨床綜合征，是中樞神經系統最常見的嚴重疾病之一，但其發病機制目前尚不清楚[1, 2]。盡管癲癇的治療方法多樣，但臨床治愈率有限，目前仍有近 1/3 的患者對可用的治療方法有所抵抗，因此研究具有新作用機制的療法非常重要[3]。
腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及其受體酪氨酸激酶 B（Tropomyosin related kinase B，TrkB）廣泛分布于全身多個系統，主要分布于中樞神經系統的海馬和皮質，是哺乳動物神經系統研究最廣泛的神經營養因子[4]。BDNF 也是神經元分化和突觸可塑性的重要調控因子[5, 6]。BDNF 及其受體 TrkB 的發現對神經科學的研究產生了重要影響。
目前普遍認為，癲癇是 BDNF/TrkB 信號通路起關鍵作用的疾病之一。在長時間癲癇發作后，BDNF 表達會顯著而短暫地增加，這一發現激發了人們對該課題的興趣，隨后產生了內源性 BDNF/TrkB 信號通路促進癲癇發生的假說。本綜述在利用皮層下軸突橫斷和癲癇持續狀態（Status epilepticus，SE）模型來模擬人類創傷性腦損傷（Traumatic brain injury，TBI）和 SE 誘導的癲癇這兩種動物模型基礎之上，總結了 BDNF/TrkB 信號通路對癲癇發生發展的影響。
1 創傷后癲癇軸突橫斷模型中的/腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號傳導
TBI 會引起腦部結構和功能的改變[7]，也是引起創傷后癲癇（Post-traumatic epilepsy，PTE）的常見原因[8]，患者在潛伏期后可出現自發性復發性癲癇發作[9]。我們之所以使用軸突橫斷模型，是因為軸突橫斷的病理損傷在臨床上見于 TBI，且這種動物模型已被建立并進行了 BDNF/TrkB 信號通路作用的研究。
既往研究確立了底切大腦皮層可誘導皮層過度興奮，在小鼠模型中底切皮層可誘發 PTE 的事實[10]。對幾周后分離的含有損傷組織的切片進行電生理學研究，80% 以上的動物在全細胞記錄中檢測到癲癇樣事件，持續時間通常為幾百毫秒，這種模式與在癲癇患者腦電圖（EEG）中檢測到的發作間期峰值一致。通過在低濃度的 γ-氨基丁酸 A 型（γ-Aminobutyrisacid A，GABAA）受體拮抗劑荷包牡丹堿中孵育來自底切皮層的切片，可以誘導持續時間更長的與 EEG 所示癲癇一致的癲癇發作事件[11]。
場電位電流源密度分析顯示癲癇樣活動起源于第 5 層錐體細胞（L5）。L5 錐體細胞的全細胞記錄顯示自發興奮性突觸后電流（Spontaneous excitatory post synaptic currents，sEPSC）和微型興奮性突觸后電流（Miniature exci-tatory post synaptic currents，mEPSC）的頻率增加。組織學分析顯示錐體細胞樹突的形態沒有明顯變化，但軸突的長度和分支增加。此外，還觀察到軸突芽生的標記物生長相關蛋白-43（Growth associated protein 43 kDA，GAP-43）的免疫反應性增加。谷氨酸功能化介導的 L5 錐體細胞的激活提供了與 L5 錐體細胞間增強的突觸連接一致的證據，支持由于底切皮層而出現的增強的復發性興奮性突觸網絡的出現[12]。這為軸突損傷后皮質興奮性的增強提供了一個有吸引力的機制。
除了增強的興奮性突觸連接外，在來自底切皮層的切片中檢測到 L5 錐體細胞的突觸抑制損傷，全細胞記錄顯示自發抑制性突觸后電流（Spontaneous inh-ibitory post synaptic currents，sIPSCs）頻率降低，同時伴有微型抑制性突觸后電流（Miniature inhibitory post synaptic currents，mIPSCs）頻率減少，但幅度不明顯。雖然沒有發現小清蛋白（Parvalbumin，PV）中間神經元數量減少，但 PV 神經元的樹突變薄，大樹突的數量減少。此外免疫組織化學分析顯示，L5 錐體細胞的胞體周圍，囊泡型 γ-氨基丁酸（GABA）轉運體（Vesicular GABA transporter，VGAT），谷氨酸脫羧酶 65 kD（Glutamic acid decarboxylase，GAD65）和 GAD 67 kD 亞型的免疫反應性降低[13]。
PV 中間神經元的結構改變和錐體細胞的突觸抑制功能受損，增加了底切皮層可能會減少對這些神經元營養支持的可能性。mRNA 的原位雜交檢測表明，正常情況下，在中樞神經系統中，TrkB 在錐體細胞和中間神經元中表達，相比之下，BDNF mRNA 在錐體細胞中表達很明顯，但在中間神經元中處于低水平[14]。有趣的是，在切割損傷 3 周后，L5 錐體細胞中的 BDNF mRNA 明顯減少[13]；若 mRNA 的減少與 BDNF 本身的減少是平行的，那么可推測這將減少對 TrkB 受體的激活和 PV 中間神經元的營養支持。
總體而言，這些發現為測試調節 BDNF/TrkB 信號通路是否會影響癲癇的發展提供了理論依據。一種調節方法涉及 TrkB 受體的部分激動劑 LM22A-4。LM22A-4 具有部分激活 TrkB 受體的特性，但不能激活 TrkA 或 TrkC 受體[15]。Gu 等[11]利用這種部分激動劑，研究了在底切皮層后立即開始并持續兩周的治療效果，在這兩周內對抑制性神經元進行了結構和功能測試。結果發現 L5 錐體細胞 mIPSCs 的頻率增加，且突觸抑制的增強還伴隨著 VGAT，GAD65 和在 L5 錐體細胞周圍的 PV 免疫反應性增強。LM22A-4 治療還降低了在 GABAA 受體拮抗劑荷包牡丹堿中孵育的切片中記錄的癲癇發作頻率。其研究表明，皮層損傷后 LM22A-4 對 TrkB 的慢性激活有利于恢復 GABA 能抑制神經元的結構和功能，并可抑制 PTE 的發生。
之前有軸突橫斷模型表明，橫切 CA3 錐體細胞的軸突可誘導軸突芽生并增強細胞間的興奮性突觸連接，最終導致過度興奮的結果。隨后證明的神經營養因子對軸突生長的作用使研究者關注于 BDNF/TrkB 信號通路的作用。通過酶聯免疫吸附試驗（ELISA）法檢測到切割損傷后海馬切片中 BDNF 的含量顯著增加，在損傷后 24～48 h 達到峰值，72 h 后恢復正常，而且這與 TrkB 含量增加有關[16]。此外，在培養的 TrkB 表達水平較低的轉基因小鼠的切片中，發現切割損傷誘導的 GAP-43 免疫反應性增加的效應幾乎被消除，從而支持 BDNF/TrkB 信號在損傷誘導的軸突芽生中的因果作用[16]。Aungst 等[17]采用了一種化學遺傳學方法，該方法使用了 TrkBF616A小鼠，其中丙氨酸取代 TrkB 結構域中的苯丙氨酸，這使得突變型 TrkB 可被小分子 1NMPP1 抑制。研究中用 1NMPP1 處理突變小鼠的海馬切片阻止了 GAP-43 免疫反應性的增加和過度興奮的發展，而用 1NMPP1 處理野生型小鼠不能抑制過度興奮或軸突芽生。Gill 等[18]證明用 BDNF 清除劑 TrkB-Fc 可減弱損傷誘導的動作電位增加的幅度以及損傷的海馬切片中的軸突芽生。這些研究表明，對 BDNF 和 TrkB 的抑制可以阻止 CA3 錐體細胞軸突在切割損傷后誘發的癲癇樣結果，以及軸突芽生標志物 GAP43 的表達。
綜上所述，在這兩種不同的模型中，BDNF/TrkB 信號可以對軸突橫斷誘導的興奮性增強產生相反的影響。我們認為，皮層底切模型的超興奮性的機制是突觸抑制受損，可能至少部分是由 PV 中間神經元所介導，而由切割海馬引起的過度興奮的機制可能是軸突芽生介導的增強的興奮性突觸連接的形成。若正確的話，增強 BDNF/TrkB 信號傳導通路對這兩個區域中局部回路的興奮性的凈效應將是相反的，即皮層中的興奮性降低和海馬中的興奮性增強。
2 癲癇持續狀態模型中的腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號傳導
臨床和臨床前觀察表明，SE 是引發顳葉癲癇（TLE）的一個重要原因。既往研究也為 SE 誘導的 BDNF/TrkB 信號通路的激活可促進 TLE 發展的假設提供了理論依據。因此，我們選用 SE 模型模擬人類 SE 誘發的癲癇。
大量的生化遺傳學和藥理學證據表明，BDNF/TrkB 信號通路在使用點燃模型誘發癲癇發生中具有增強作用，且 SE 誘導 BDNF 表達增加，這一增加與 SE 誘導的 TrkB 信號激活的時間過程具有相關性[19]。
Liu 等[20]利用上述 TrkBF616A 小鼠將海人酸（KA）注入杏仁核基底外側核誘導 SE。與 SE 的其他模型一樣，KA-SE 誘導 TrkB 的活化增加，這種活化持續了 2～3 d。在給予地西泮抑制 SE 后立即開始用持續兩周的 1NMPP1 治療。結果顯示，對照組中所有小鼠均有 TLE 發作，在 8 只 1NMPP1 處理的 TrkBF616A 小鼠中 7 只未檢測到 TLE 發作。此外，用 1NMPP1 治療 TrkBF616A 小鼠，可阻止其焦慮樣行為的發生。這表明 SE 后對 TrkB 的短暫抑制可以防止在該小鼠模型中 SE 誘導的 TLE 和相關的焦慮樣行為。雖然這項研究將 TrkB 作為 SE 誘導的癲癇的治療靶點，但 TrkB 的神經保護作用引發了一項擔憂，即抑制 TrkB 可能使 SE 誘導的 CNS 神經元變性增加。為了驗證 TrkB 的神經保護作用，對 SE 后 24h 安樂死的小鼠海馬切片進行 Fluoro-Jade C（FJC）染色來定量神經元變性。如上所述，地西泮抑制 SE 后立即開始了對 TrkB 的抑制，結果顯示海馬 CA1 和 CA3 錐體細胞層中的 FJC 染色陽性細胞數增加了 3～10 倍。這表明 SE 誘導的 TrkB 信號激活可產生神經保護作用和全面抑制 TrkB 信號可產生不良后果，即增加神經元的變性。
全面抑制 TrkB 信號產生的不良后果引發了一個問題，即 TrkB 下游的哪個信號通路介導了 SE 的致癇結果。若介導由 SE 誘導的 TrkB 信號傳導所致的有益和有害作用的下游通路是不同的，那么選擇性抑制有害通路可能是治療癲癇有吸引力的策略。將磷脂酶 Cγ1（Phospholipase C-γ1，PLCγ1）與興奮性突觸的長期增強聯系起來的證據表明，PLCγ1 信號通路的激活介導了 TrkB 激活的致癇后果[21]。Gu 等[22]首先提出抑制這一信號通路是否會影響癲癇的發生，其研究結果顯示，與野生型小鼠相比，在 TrkBPLC / PLC 小鼠（其中苯丙氨酸取代 TrkB 殘基 816 處的酪氨酸并由此破壞 TrkB 介導的 PLCγ1 信號傳導）中，KA 誘導的 SE 可被部分抑制。為了驗證 TrkB /PLCγ1 信號通路對 SE 誘導癲癇發生的作用，Gu 等[22]設計了一種新型肽，命名為 pY816，可將 TrkB 與 PLCγ1 解耦聯。與上述所用的方法類似，用地西泮抑制 SE 后使用 PY816，結果顯示 TLE 發作和焦慮樣行為有所減少。這表明 PLCγ1 是 TrkB 下游的主要效應物，介導 SE 后 TrkB 激活的致癲癇和致焦慮后果。
有研究提出了一個獨特的 TrkB 信號通路，即 TrkB/Shc/Akt 信號通路，參與了 SE 后 TrkB 信號轉導的神經保護作用[23]。這些實驗使用 TrkBShc / Shc 突變小鼠，其中 TrkB 的點突變（Y515F）阻止 Shc 與活化的 TrkB 結合。結果顯示野生型小鼠和 TrkBShc / Shc 突變小鼠在向杏仁核內輸注 KA 誘導的 SE 的嚴重程度相似，TrkBShc / Shc 小鼠中 SE 誘導的促存活銜接蛋白 Akt 的活化被部分抑制，且 TrkB-Shc 信號的破壞加重了 SE 誘導的神經元變性。
總之，這些研究表明，介導由 SE 誘導的 TrkB 信號激活所致有利和有害作用的下游通路是不同的，通過選擇性干擾 TrkB 的下游通路，可以將 TrkB 信號激活所致的有利（神經保護）作用與不良（致癲癇和致焦慮）后果分離開來。
3 腦源性神經營養因子的癲癇發作抑制作用
與 BDNF/TrkB 信號通路對 SE 誘導的 TLE 發展的研究相反，曾有研究發現低劑量 BDNF 對癲癇小鼠有神經保護作用[24]，并可通過突觸的相互作用來影響記憶和認知[25]。這使研究者開始關注 BDNF 對 SE 后癲癇發作的抑制作用。Falcicchia 等[26]在用匹魯卡品誘導 SE 后 3 周，將表達 BDNF 的細胞系注射到成年大鼠的海馬中，對大鼠進行癲癇發作檢測和認知能力測試，結果顯示，BDNF 組動物癲癇發作頻率顯著降低，且 SE 誘導的認知能力損傷得到改善。組織學分析顯示，對照組大鼠 SE 后海馬體積減少 30%，而 BDNF 組未減少。對照組中 PV 中間神經元的數量減少了 50%，而在用 BDNF 處理的組中僅減少了 20%。對照組大鼠海馬中 FJC 染色陽性細胞的數量顯著增加，而 BDNF 組中 FJC 染色陽性的細胞僅占少數。
BDNF 分泌細胞系產生的這些有益效果是否是通過增加或減少 TrkB 的激活尚不明確。將 BDNF 應用于表達 TrkB 的細胞系，對 TrkB 的免疫印跡分析顯示 BDNF 可增加 TrkB 的激活；然而，持續暴露于 BDNF 可減少 TrkB 的激活，這可能與 TrkB 受體內化以及離子通道功能的改變有關[27]。通過滲透微型泵將 BDNF 持續輸注到海馬體中導致 TrkB 和磷酸化 TrkB 的減少，這與點燃模型中的癲癇發作抑制相平行[28]。因此，BDNF 分泌細胞系抑制癲癇發作的機制似乎是通過減少 TrkB 的激活來實現的。而 Falcicchia 等[26]并未報道通過免疫印跡評估的 TrkB 和磷酸化 TrkB 的水平，從而留下了一個懸而未決的問題。
盡管分子機制尚存在不確定性，但這些研究清楚地表明了含有 BDNF 分泌細胞系的海馬內植入裝置的多種有益效果。值得注意的是，在沒有明顯癲癇發作的情況下，BDNF 向內嗅皮層的遞送改善了阿爾茨海默病動物模型中的認知功能[29]。
4 通往臨床的腦源性神經營養因子/酪氨酸激酶 B 信號通路
由橫斷軸突的損傷引起的病理性過度興奮的研究引發了一個問題，即是否可以通過干擾 BDNF/TrkB 信號通路來預防 TBI 后的癲癇。腦外傷可由加速或減速損傷所致的彌漫性損傷引起，也可由致顱骨骨折、硬膜穿透和血腫的局灶性損傷引起。在這些不同情況下，軸突橫斷引起的過度興奮導致顱腦損傷后癲癇發作的嚴重程度尚不確定。多個小組正研究與特定的腦外傷亞群相一致的動物模型，這些模型的提供將有助于研究干擾 BDNF/TrkB 信號通路對 PTE 的影響。若軸突橫斷引起的超興奮性被證明是引發 PTE 發生的重要因素，BDNF/TrkB 信號通路對皮層與海馬損傷引起的過度興奮所起的相反作用可為這些研究提供思路。對于 TLE，當前研究表明 BDNF/TrkB/PLCγ1 信號通路為 SE 誘導 TLE 的分子機制[22]，從而為尋找這種信號通路的抑制劑以預防癲癇提供了理論依據。
與 SE 模型的發現相似，在出生后 10 d（P10）的幼鼠中由短暫性缺氧引起的癲癇發作激活了 TrkB 信號，免疫印跡法檢測到 TrkB 磷酸化水平升高。在缺氧性癲癇發作后立即用 CEP-701（一種抑制 TrkB 活化的藥物）治療，可降低 KA 在 P14 幼鼠中誘發的癲癇發作的嚴重程度[30]。盡管 CEP-701 的作用對 TrkB 沒有選擇性，但這些發現仍支持一種觀點，即對 TrkB 信號的短暫抑制可能會抑制缺氧后癲癇的發生。
最后，使用分泌人 BDNF 的基質封裝細胞系為難治性 TLE 患者提供了一種治療選擇。若植入這種細胞系抑制了癲癇發作或將藥物難治性患者轉變為對藥物有反應性的患者，那么這種細胞系可以為手術切除致癇灶提供一個有利的替代方案。