流行病學數據和基因關聯研究表明，遺傳易感性是后天腦損傷（如腦外傷）后發展為癲癇的主要病因。因此，對遺傳易感性進行深入的了解將會對疾病的早期診斷和預后，以及開發靶向抗癲癇藥物（AEDs）和優化臨床試驗設計具有巨大的幫助。在實驗室中，調查部分人群更易發展為獲得性癲癇的方法是建立表現出易感性或對癲癇發生具有抵抗力的獨特嚙齒動物模型。本綜述著重于這些模型中最具代表性的模型，即 FAST（快點燃）和 SLOW（慢點燃）大鼠品系，它們是通過選擇性育種具有不同的杏仁核電點燃率篩選出來的。文章描述了這些品系在基線和腦損傷后的癲癇發作特征、神經解剖學和神經行為表型的不同之處，被證明可用于識別與癲癇發作易感性和精神類疾病合并癥相關的常見的病理異常。值得注意的是，盡管在多個生物學過程中獲得的品系數據差異可說明部分人群更易發生癲癇的原因，但仍需進一步研究以確定確切的分子和遺傳危險因素。FAST 和 SLOW 大鼠品系以及其他類似的實驗模型，是研究遺傳背景對發展為獲得性癲癇風險以及癲癇發展與相關合并癥之間關系的寶貴的神經生物學工具。
引用本文： LeungWL, Casillas-EspinosaP, SharmaP, 張穎穎, 慕潔. 獲得性癲癇的遺傳易感性的動物模型：快點燃和慢點燃大鼠. 癲癇雜志, 2020, 6(4): 354-365. doi: 10.7507/2096-0247.20200058 復制
獲得性癲癇主要由于腦部受傷（卒中、感染、頭部外傷、腫瘤或神經退行性疾病）所致，約占所有癲癇的 1/3。目前對癲癇發展過程的理解（即“癲癇發生”）可分為三個不同階段：腦損傷初期、潛伏期（數月至數年）和慢性期。在潛伏期，神經元活動逐步發生變化，最終導致自發性、反復的癲癇發作的傾向增加。
即使經歷過嚴重的腦部損傷，也僅有部分人最終發展為癲癇，且這一過程可能需要經歷很多年。充分的證據表明，腦部創傷后，癲癇的發生具有遺傳易感性。此外，遺傳因素可以決定癲癇的表現形式和時間。目前該領域的研究仍處于起步階段，具有迫切的發展需求，以便更好地了解個體的遺傳背景導致罹患癲癇風險的原因。通過探究獲得性癲癇發生的易感性（或抗性）相關的遺傳因素，以推動該領域的發展，并為靶向抗癲癇藥物（AEDs）的開發和臨床試驗設計帶來持續的收益。
本綜述主要基于獨特的嚙齒動物模型，其在腦部創傷后表現出對癲癇發生的易感性（或抗性）。具體而言，我們主要聚焦于 Racine 及其同事首次建立的 FAST（快點燃）和 SLOW（慢點燃）大鼠模型。這些模型發現了與精神類疾病合并癥和癲癇發作易感性相關的常見病理異常。在此，我們回顧了證據，在基線和腦損傷后，FAST 大鼠的癲癇發作特征、神經解剖學和神經行為表型與 SLOW 大鼠相比有所不同。我們重點介紹了這種比較，為探究部分個體更易發生癲癇的生物學機制提供了新穎的見解，并強調了未來研究進一步確定遺傳風險變異的必要性。總之，本研究旨在加深對獲得性癲癇的遺傳易感性決定因素的理解，對其診斷和預后具有重要意義。
1 人類獲得性癲癇的遺傳易感性
盡管癲癇可能源于不同的環境損傷，但臨床、流行病學和分子研究表明，遺傳確定的易感性對這些“獲得性”癲癇具有脆弱性。
在一項早期研究中，伴癲癇發作的偏癱患兒的一級親屬發生癲癇和腦電圖（EEG）異常放電的異常率高于不伴癲癇發作的偏癱患兒的一級親屬。最近，在一項基于超過 160 萬人的丹麥人群的研究發現，具有癲癇家族史的患者嚴重腦部創傷后比無癲癇家族史的患者發生癲癇的風險增加了約 10 倍。
基因關聯研究表明，常見的遺傳變異增加了腦創傷后癲癇（Post-traumatic epilepsy，PTE）的風險，例如，腺苷 A1 受體（A1AR）、亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）酶和谷氨酸脫羧酶 1（GAD1）基因中的單核苷酸多態性（SNP）增加了罹患 PTE 的風險。這三個基因的改變很可能與癲癇相關，GAD1 在催化抑制性神經遞質 γ-氨基丁酸（GABA）的產生中發揮了重要的作用。編碼腺苷受體的 A1AR 基因，通過結合可以導致癲癇發作停止；并且 MTHFR 基因負責蛋氨酸的代謝，但當其受損時會增加副產物高半胱氨酸的產生，從而降低癲癇發作的閾值。此外，Diamond 等報道了白介素-1β（IL-1β）基因中的 SNP 與 PTE 風險增加、血清 IL-1β 水平降低和 IL-1βCSF /血清比例升高有關。以上數據與 IL-1β 信號傳導在癇性發作和癲癇發生中起重要作用的新興證據相吻合。
遺傳變異還與缺血性卒中后發生癲癇的風險有關，其中包括短暫受體電位陽離子通道亞家族 M 成員 6（TRPM6）基因的功能性多態性與血清鎂離子水平降低相關。此外，據報道線粒體的多態性醛脫氫酶 2（ALDH2）與卒中后癲癇易感性和氧化應激水平有關。
這些基因關聯研究暗示了常見的遺傳變異對人類獲得性癲癇的易感性。但此類研究既耗時又昂貴，且到目前為止，僅以假設驅動的方法檢查了少數基因，尚未有研究在人群中進行驗證。一個重要的補充方法是利用癲癇易感性不同的遺傳動物模型進行比較，以便更快速地研究獲得性癲癇的新型遺傳危險因素。為此，最有實用價值的嚙齒動物模型是 FAST 和 SLOW 大鼠。
2 快點燃和慢點燃大鼠—產生和癲癇發作情況
為了研究可能導致癲癇發生的決定遺傳的神經生物學因素，基于藥敏性的不同而選擇性育種了兩種大鼠品系：“FAST”和“SLOW”大鼠。在電點燃模型中，通過在動物邊緣結構中（海馬或杏仁核）植入電極，動物將會收到電刺激。當動物受到重復性電刺激會引起越來越強和更長的 EEG 癇性發作反應，且在各個嚴重階段會波及到其它大腦區域，類似于人類中較為常見的局部繼發全面強直陣攣性癲癇發作。點燃誘發癲癇發作的行為表現的各個階段傳統上通過 Racine Class Scale 進行分類：Ⅰ類為不動和面部自動癥；Ⅱ類為點頭；Ⅲ類為對側前肢陣攣；Ⅳ類為雙側前肢陣攣和扭轉；Ⅴ類為有或沒有繼發性全身性癲癇發作的情況下扭轉和倒地。
Wistar 和 Long-Evans 大鼠之間的雜交是選擇性繁殖 FAST 和 SLOW 大鼠的親本種群。選擇這些親本的主要基于先前的實驗，該實驗顯示出可以誘發 V 級癲癇發作的電刺激杏仁核的電刺激次數的范圍（8～28），見圖 1。
圖1
通過基于杏仁核點燃率進行選擇性育種所產生的快點燃和慢點燃大鼠
在每個后代（F1-F10 和 F20；y 軸）中描述了父代大鼠（*；最低行）以及 FAST（▲，●）和 SLOW（△，○）大鼠的杏仁核點燃率（x 軸）。以固定強度 400 μA（*，▲，△）或剛好高于放電后閾值水平（●，○）點燃大鼠。停止點燃后，部分 SLOW 大鼠（△，○）尚未出現 5 期癲癇發作。在這些情況下，雖然低估了該點的后放電次數，但將其作為點燃率，FAST 和 SLOW 大鼠的引種率在 F5 以后的所有世代中均顯著不同，且到 F20 為止，品系之間無重疊
從親代中，選擇誘發首次 V 級癲癇發作的最小刺激率（平均刺激率為 8.8 次刺激）的大鼠作為 FAST 大鼠品系的繁殖者。相反，選擇需要最大刺激量才能達到首次 V 級癲癇發作（平均 15.0 次刺激）的大鼠作為 SLOW 大鼠品系的繁殖者。盡管 FAST 和 SLOW 親系的第 6 代的點燃率分布幾乎沒有或沒有重疊，但在第 11 代時，通過每天電刺激杏仁核，FAST 大鼠實現了 V 級癲癇發作，而 SLOW 大鼠需要 3～4 周才能顯示出相同的癲癇發作級別。FAST 和 SLOW 大鼠的第 7～10 代之間，有 71.0%的 FAST 大鼠癲癇發作直接從 II 級發展為 V 級，而僅 23.1%的 SLOW 大鼠表現出這種加速進展，且 FAST 大鼠的發作持續時間更長。
在其他大腦結構的電點燃中也看到了類似結果。與其他大鼠品系一樣，在 FAST 和 SLOW 大鼠中，在鼻周皮層中觀察到最快的點燃率，其次是梨狀皮層、杏仁核和海馬體。
3 快點燃和慢點燃大鼠—行為表型
3.1 神經發育軌跡
發育遲緩是大腦異常發育的常見指標，可表現為語音和語言學習、運動控制（粗和精細）、聽覺處理和社交溝通方面障礙。在 FAST 和 SLOW 品系中進行的探索性神經發育研究表明，FAST 大鼠發育延遲，主要表現為身體發育延遲（睜眼）、神經肌肉發育延遲（運動能力降低）以及神經運動和感覺系統發育異常（對扶正反射、斷崖回避反射和負性趨地性測試的反應潛伏期增加）。上述發育異常表現在出生后的前兩個星期（PND 5～15）內比較明顯，該時期相當于人類孕晚期至妊娠后 8 個月。值得注意的是，這些行為表型與在 FAST 大鼠中觀察到的異常的神經解剖學發現相關，包括髓鞘形成延遲和心室增大，這些異常在患有神經發育障礙疾病，如自閉癥（ASD）和注意力缺陷/多動癥（ADHD）患兒中也有報道。
3.2 恐懼、焦慮和一般活動
恐懼和焦慮是 FAST 和 SLOW 大鼠系之間最明顯的行為表型差異，大量研究表明，與 FAST 大鼠相比，SLOW 大鼠在不同的測試范式中表現出更明顯的恐懼和焦慮反應。如在高架迷宮測試中，“正常”動物通常會同時探索開放和封閉的迷宮手臂，而焦慮的動物會優先在封閉的手臂中花費更多時間。與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠在開放手臂上花費的時間是其兩倍，而 SLOW 大鼠很少在封閉的手臂上花費時間。若 SLOW 大鼠先前曾暴露于電刺激或不利條件，則這種焦慮狀行為會進一步加劇，因其在抑制性規避任務中表現出降低的探索活動和僵硬狀態。
有趣的是，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠在野外試驗中通常表現出更高的活動水平。當受到約束時，FAST 大鼠比 SLOW 大鼠更加掙扎和發出更多的聲音。FAST 大鼠的這種過度活躍與大腦增大和髓鞘完整性降低有關。此外，與 SLOW 大鼠或其親本相比，FAST 大鼠更易沖動，當其配對用于繁殖目的時，對發情和雌性大鼠均表現出異常的性自信。值得注意的是，過度活躍和沖動可能會混淆前面提到的焦慮樣表型的解釋。如，多動和沖動可能會導致高難度迷宮任務中的探索行為增加，從而掩蓋了 FAST 大鼠的焦慮樣行為。
以上發現均表明 FAST 大鼠表現出更活躍的行為表型，而 SLOW 大鼠更易受到環境壓力的影響。因此，FAST 大鼠除了可用于獲得性癲癇的研究外，也是診斷為 ASD 或 ADHD 患者的神經行為特征的有用動物模型，同時也證實了獲得性癲癇患者中常見的神經行為合并癥。
3.3 認知障礙
有研究表明，與 SLOW 大鼠或其親本品系相比，FAST 大鼠表現出認知障礙。通過不同難度的迷宮范式分析，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠學習較慢，且工作和參考記憶受損，注意力更易分散。當 FAST 大鼠在測試前出現 V 級杏仁核樣癲癇發作時，其在延遲交替 T 迷宮測試中的表現會進一步下降，而 SLOW 大鼠未觀察到這種變化，表明 FAST 大鼠的記憶功能可能在中樞神經系統（CNS）挑戰中更易受損。FAST 大鼠傾向于朝著 T 迷宮交替測試的選擇點定向的任何方向奔跑，而非停下來思考策略，因此沖動也可能是 FAST 大鼠表現不佳的一個因素。
FAST 大鼠在 Morris 水迷宮中的較差表現主要歸因于其未能采用適當的搜索策略，它們反復在水池邊緣游動，未表現出趨軸性。而 SLOW 大鼠則更靈活，并傾向于探索在池邊越界的方法。但值得注意的是，在測試的學習階段，如，通過升高逃生平臺以確保其可見度時，當對它們提供幫助時，FAST 大鼠在水迷宮空間記憶任務中的表現得到了極大的提高。這也帶來了一個問題，即無法確定 FAST 大鼠是否存在概念形成方面的損害。
3.4 社會行為
類似于 ASD / ADHD 樣表型，FAST 和 SLOW 大鼠也表現出社交行為差異。據報道，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠表現出更像青少年的游戲戰斗行為，引發更多的嬉戲攻擊，并且更有可能進行防御攻擊。還應注意的是，FAST 和 SLOW 大鼠的防御行為也有所不同，FAST 大鼠試圖避免接觸，而 SLOW 大鼠試圖阻止接觸。此外，一些刻板行為，如盤旋、過度修飾和反復移動幼崽，僅在 FAST 大鼠中觀察到。此外，在 FAST 與 SLOW 大鼠中均未發現社交互動方面的缺陷。
3.5 多飲
與 SLOW 大鼠相比，多飲、口渴和水攝入過多更易在 FAST 大鼠中觀察到。值得注意的是，患有 ADHD、ASD 和精神疾病的患者也觀察到具有多飲行為。此外，過多飲水會導致低鈉血癥，這已被確定為癲癇患者癲癇發作的危險因素。這些發現強調了遺傳易感性、神經發育障礙和癲癇易感性之間的共性。
3.6 感覺運動門控
前脈沖抑制（Prepulse inhibition，PPI）是一種公認的感覺運動門控，在精神分裂癥等精神疾病中經常表現為異常。據報道，FAST 大鼠在海馬 CA1 點燃引起癲癇發作后 PPI 和海馬聽覺誘發電位發生了變化，這表明該品系更易出現精神病相關癥狀。然而，通過使用氟哌啶醇（一種 D2 和 D1 多巴胺能拮抗劑）和 CGP7930（一種 GABAB 受體的正變構調節劑），可以緩解這些感覺運動門控方面的缺陷。這一發現表明，多巴胺和 GABAB 受體的功能障礙可能是導致 FAST 和 SLOW 大鼠感覺和運動感覺門控差異的重要機制。出乎意料的是，同一項研究還顯示，部分點燃的 SLOW 大鼠與 FAST 大鼠相比，甲基苯丙胺誘發的興奮性運動反應更強烈，提示對精神疾病比較易感。盡管其背后的機制尚不清楚，但研究者提出 SLOW 大鼠中較高的 α5-GABAA 受體表達可能與這種行為合并癥有關。
總之，據報道，FAST 大鼠表現出過度活躍、沖動、認知缺陷、社交異常和神經發育遲緩的表型，而 SLOW 大鼠更易表現出恐懼和焦慮，而其他方面則表現出“正常”的行為表型（表 1）。
表1
快點燃和慢點燃大鼠之間行為學差異
值得強調的是，在各種慢性癲癇大鼠模型（如，毛果蕓香堿誘發的癲癇持續狀態）中也觀察到 FAST 和 SLOW 大鼠中報道的大多數此類 ASD / ADHD 類表型，如焦慮、認知功能障礙、注意力不集中、沖動性和社會障礙。但上述行為與患癲癇風險之間的關系仍不清楚，需進一步研究。
4 快點燃和慢點燃大鼠之間的解剖學差異
我們通常通過比較健康人群和患病人群來研究大腦形態，這有助于鑒定神經解剖生物標志物，以診斷和治療神經系統疾病。腦結構的差異可能是為什么一些患者在受到腦部創傷后發展為癲癇，而另外一部分不會發展為癲癇的原因。然而，在臨床中，由于一個人的大腦通常就診時就已經遭受了大腦創傷和反復癲癇發作，因此識別導致癲癇發作風險的神經解剖學變化一直是一個挑戰。而 FAST 和 SLOW 大鼠品系則為此提供了一個平臺，可在缺乏與腦損傷相關因素的情況下，了解對癲癇發生的抗性和遺傳易感性相關的神經解剖學變化。
使用離體核磁共振成像（MRI）比較 FAST 和 SLOW 大鼠的大腦絕對體積發現 FAST 大鼠具有較大的第三腦室、后下小腦、左右大腦半球和胼胝體，以及較小的小腦蚓部前部（表 2）。除了以上大腦區域不同部分的體積的增加，也發現了 FAST 大鼠的小腦和胼胝體的腦組織沿喙尾軸長度增加。此外，三維（3D）體積染色顯示 SLOW 大鼠的胼胝體腹側局部形狀的曲率更加突出，表現為向內朝向杏仁核延伸（圖 2）。除 MRI 體積外，組織學分析顯示 FAST 大鼠小腦的分子層變薄（浦肯野細胞數量減少）而白質層變厚。在幼年和成年雄性 FAST 和 SLOW 大鼠中觀察到的上述神經解剖學差異與新發成人和兒童癲癇患者報道的差異相似，表明這些差異能與涉及癲癇易感性的因素有關而非癲癇發作造成的次要損害作用。
表2
快點燃和慢點燃大鼠神經解剖學的差異
圖2
快點燃和慢點燃大鼠之間胼胝體神經解剖學差異
a. 與 SLOW 大鼠相比，通過 3 維（3D）渲染的磁共振成像（MRI）體積重建，FAST 大鼠表現出伸長的中部胼胝體（白線）和較短的彎曲腹側區域（白圈）；b. 在前面（前）或后面（后）的前連合的形狀或長度未發現差異；c，d. 胼胝體中線部分的電子顯微鏡圖像（比例尺= 1 μm）。與 SLOW 大鼠相比，盡管品系之間的髓鞘軸突密度無差異，但 FAST 大鼠的髓鞘軸突更大（軸突直徑增加）
胼胝體是大腦白質主要的組成部分，在連接兩個大腦半球和癲癇性發作的繼發性泛化中起著至關重要的作用。基于品系之間的胼胝體的體積和形狀差異，這是另一項使用擴散張量成像（DTI）的研究，該研究證實了 FAST 大鼠胼胝體的部分各向異性有所降低，表明其髓鞘磷脂纖維的完整性低于 SLOW 大鼠。細胞水平上，通過電子顯微鏡發現 FAST 大鼠的胼胝體的髓鞘的軸突更大和 g-比率減少，表明其與 SLOW 大鼠相比，胼胝體的髓鞘厚度增加（圖 2）。
盡管成年的 FAST 和 SLOW 大鼠具有癲癇發生易感性的差異，但直到獲得性腦損傷后才發展為癲癇，因此這些白質微結構改變提示潛在的神經發育病理學與其自身固有的易感性。事實上，FAST 大鼠在 PND 5 和 11 顯示出髓鞘特異性基因髓鞘形成延遲和較低水平的信使 RNA（mRNA）表達（圖 2），這一髓鞘形成過程的發育時期與人類孕晚期和妊娠 8 個月之間時間相當。有趣的是，一項針對顳葉內側癲癇患者的研究表明，延遲發育的髓白質束更容易發生與癲癇相關的損害，這表明神經發育過程中髓鞘形成的關鍵時期可能與癲癇發生的易感性有關。皮質畸形的動物模型表明，白質發展可能是癲癇發作易感性的潛在病理學。例如，已發現喹硫平是一種非典型的抗精神類疾病藥物，可促進少突膠質細胞再生和髓鞘修復，從而促進髓鞘形成，可降低癲癇發作的敏感性和嚴重性。因此，FAST/SLOW 大鼠模型可作為一種有用的工具，有助于調查神經發育對癲癇發作易感性的貢獻。
在動物模型和人類中，與獲得性邊緣性癲癇相關的最常見的神經病理學改變是苔蘚纖維出芽，這是與網絡過度興奮相關的海馬突觸重組的一種形式。FAST 和 SLOW 大鼠中毛果蕓香堿引起的癲癇持續狀態導致苔蘚纖維發芽程度有所差異。與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠在“幼稚”的大腦狀態下顯示出更多的苔蘚纖維顆粒，但實際上此模型對癲癇誘發的苔蘚纖維發芽具有更高的抵抗力。在幼年和成年動物中圴觀察到類似 FAST 大鼠的癲癇發作易感性增加但對腦損傷后的形態變化具有抵抗力的悖論。除了先前的證據表明，與成年大鼠相比，發作后幼年大鼠的苔蘚纖維發芽減少，FAST 大鼠可能具有導致腦成熟阻滯的遺傳變異，從而阻止了它們發展成不易點燃的癲癇的品系。在成年 FAST 大鼠中觀察到增大的胼胝體支持了這種理論，也表明大腦成熟失敗。
5 獲得性癲癇和其合并癥的遺傳易感性差異背后的生物學機制
FAST 和 SLOW 大鼠之間的上述表型差異為發生癲癇和精神疾病共患病的易感性的致病機制提供了強有力的理論基礎，未來開展的涉及到兩種模型之間的特殊遺傳變異的研究有望揭示這種機制的真實面目。目前已確定了幾個模型之間的不同生物學過程（除了神經解剖學差異），如 GABA 能反應性、應激反應、新陳代謝、突觸可塑性和神經炎癥。
5.1 γ-氨基丁酸能反應性
GABA 能系統是被認為是 FAST 與 SLOW 大鼠差異行為合并癥和癲癇發作易感性基礎的最廣泛研究的機制之一。研究發現兩者之間對不同的 GABA 能拮抗劑的反應有所不同，FAST 大鼠對低劑量的戊四唑、雙瓜氨酸和苦瓜毒素等 GABA 能拮抗劑反應更大，而 SLOW 大鼠更易受到戊巴比妥和神經甾體四氫脫氧皮質類固醇（THDOC）的影響，僅適度控制 FAST 大鼠的劑量可使 SLOW 大鼠進入麻醉狀態。THDOC 注射后導致 SLOW 大鼠在 Morris 水迷宮中的表現變差，因此可能會降低 SLOW 大鼠的認知功能，但同時卻可使 FAST 大鼠的這些行為表現略微提高。以上揭示了 GABA 能反應性的差異可能是由于周圍皮層和杏仁核的自發性 GABA 能微型突觸后抑制電流（miniature inhibitory postsynaptic currents，mIPSC）的差異所致，其中 SLOW 大鼠表現出快速和大幅度的 mIPSC，而 FAST 大鼠表現出小幅度衰減。
進一步對 GABAA 受體亞型的的研究發現，FAST/SLOW 大鼠品系之間的杏仁核、鼻周皮質和臨近古大腦皮層中的 α1、α2、α3 和 α5 亞基表達不同，主要表現為 FAST 大鼠 α2、α3 和 α5 亞基（常見于胚胎時期）表達過量，α1 亞基則表達不足，低于成人大腦中的正常水平。相反，SLOW 大鼠具有 α1 亞基過表達，而 α2、α3 和 α5 亞基低表達。這或許可以解釋 FAST 大鼠更易表現出類似青少年的行為特征，并具有更高的癲癇發作易感性，也與既往報道的癲癇患兒相一致。苔蘚的纖維系統中也有類似的觀察結果，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠顯示出更多的苔蘚纖維顆粒，這也與幼年動物觀察到的結果一致。
GABA B 受體已被認為與感覺和感覺運動門控功能有關，如 CGP7930—一種 GABA B 受體的正變構調節劑，可一定程度上彌補 FAST 大鼠的感覺和感覺運動門控的缺陷。
5.2 突觸可塑性
FAST 和 SLOW 大鼠表現出不同的行為特征和癲癇發作易感性的另一種機制可能是刺激引起的神經塑性改變的差異。當刺激胼胝體以誘導愈傷組織向感覺運動新皮層的長期多突觸增強后，使用皮層內微刺激進行皮層作圖發現，FAST 大鼠的尾前肢平均面積增加了一倍，而 SLOW 大鼠則無改變。刺激后額葉新皮層 III 錐體神經元的染色顯示，SLOW 大鼠的頂端樹突長度和分支增加，而 FAST 大鼠的樹突長度減少且分支減少。刺激后 FAST 大鼠的基底和頂端樹突的脊柱密度也顯著增加，而 SLOW 大鼠則無變化。有證據表明，癲癇發作與尾前肢區域運動表征和運動圖地形的變化相關，這種差異性刺激誘發的突觸可塑性也可能會調節癲癇發作的敏感性和癲癇發生。
另一項類似研究也表明，與無高熱驚厥的成年 FAST 大鼠相比，在 PND 14 處通過皮質內微刺激誘發高熱驚厥的成年 FAST 大鼠具有更大的運動圖，而在相同條件下，未觀察到親株品系（Long evans）中的低刺激閾值。該研究進一步報道了與年齡匹配的 Long-Evans 大鼠相比，PND 14 FAST 大鼠感覺運動皮層神經遞質和轉運蛋白水平的變化，包括 GABAAα2 亞基增加、NKCC1/KCC2 比升高和 GABAAα1 亞基以及 GluR2 和 NR2A 受體亞基水平顯著降低。這些發現表明，FAST 大鼠的新皮層的興奮性增加也可能與其未成熟的 GABA 能系統有關。
5.3 誘發發作的神經營養蛋白表達
包括腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）在內的生長因子在中 CNS 中具有廣泛的功能，包括在突觸可塑性和認知中已充分表征的作用以及在癲癇中的新興作用。盡管 BDNF mRNA 的基礎水平在 FAST 和 SLOW 大鼠之間無明顯差別，但在誘發癲癇發作后，FAST 大鼠中的 BDNF mRNA 水平普遍增加，齒狀回、梨狀回和杏仁核以及額頂皮質中顯著。相反，SLOW 大鼠的 BDNF mRNA 水平在杏仁核和梨狀肌中水平增加，而額前額葉皮質中無變化。FAST 大鼠也呈現出神經生長因子（Nerve growth factor，NGF）升高和神經營養蛋白 3（Neurotrophin-3，NT-3）mRNA 水平降低，并伴有齒狀顆粒細胞 TrkB 和 TrkC 受體表達的增加，SLOW 大鼠則無上述變化。由于神經營養蛋白被認為負責突觸可塑性和功效的調節，因此這些觀察結果可以解釋 SLOW 和 FAST 大鼠癲癇易感性的差異。
5.4 應激誘導的激素變化
有研究已經證實 FAST 和 SLOW 大鼠的應激反應不同。如，一項利用捕食者（雪貂）的反應實驗范式，報道稱 SLOW 大鼠表現出促腎上腺皮質激素（ACTH）和皮質酮水平的明顯增加。相反，盡管受到約束，但 FAST 大鼠的 ACTH 表達明顯升高。這些腎上腺激素反應的差異分別與在野外試驗中觀察到的 SLOW 大鼠的焦慮樣行為以及在約束范式中的 FAST 大鼠掙扎行為相一致。
同樣，Merali 及其同事報道，與暴露于相同應激源下的 FAST 大鼠相比，SLOW 大鼠的幾個大腦區域中 ACTH 釋放激素和蛙皮素（Bombesin，BH）的免疫反應性增加。BH 是一種與焦慮癥相關的肽，被證明會影響各種生物學和行為反應，如抑制進食、增加運動能力和增強修飾。這些腎上腺激素反應的差異可作為解釋 SLOW 和 FAST 大鼠的焦慮反應不同的基礎。
5.5 神經免疫
考慮到大腦免疫表型與精神類疾病以及癲癇之間的已知關聯，FAST 和 SLOW 大鼠的免疫系統反應也有所不同是可靠的。盡管對此進行了較少研究，但神經膠質纖維酸性蛋白的免疫熒光顯示 FAST 大鼠皮層存在星形膠質變化，這表明基礎免疫學差異也可能影響行為表型和其他合并癥。
5.6 基礎代謝的差異
最新研究已發現，結合飲食干預，FAST 和 SLOW 大鼠之間的基礎代謝存在差異。可能由于 FAST 和 SLOW 大鼠的對脂質處理策略似乎有所不同（請參見下文“癲癇發生敏感性不同的基因變異”），這表明品系之間的代謝差異，因此，對這兩種品系的熱量限制作用進行了研究。在給大鼠喂食時，熱量限制至其體重的 80%后，盡管在 SLOW 大鼠中未觀察到效果，但 FAST 大鼠在野外試驗中表現出活動水平降低，而約束范式中發聲減少。此外，熱量限制似乎還可以延長 FAST 大鼠的點燃率，同時縮短 V 級點燃的 SLOW 大鼠的發作時間。補充 Omega-3 對 FAST 和 SLOW 大鼠的影響也大不相同。盡管已發現在 FAST 大鼠中補充 Omega-3 可以消除沖動性，但在 SLOW 大鼠中，卻提高了癲癇發作的敏感性，與幼年 SLOW 大鼠相比，點燃率幾乎下降一半。
補充 Omega-3 還可以降低 SLOW 大鼠最初較高的血漿非酯化脂肪酸（Nonesterified fatty acid，NEFA）水平，使其降低至與 FAST 品系相似的水平，這引發了關于血漿 NEFA 水平是否與癲癇發作易感性相關的問題。此外，補充 Omega-3 還增加了 SLOW 大鼠的食物和水消耗，導致它們消耗的水量可與 FAST 大鼠（多飲）相似。這表明癲癇的易感性和 ASD/ADHD 樣的行為也可能受到飲食和營養差異的影響。
5.7 突觸鋅的穩態調節
據報道，FAST 和 SLOW 大鼠在突觸鋅的穩態調節中顯示出固有的差異。研究發現，與 FAST 大鼠相比，SLOW 大鼠在整個端腦中的突觸鋅水平降低了 30%，其中腹側皮質區域差異最明顯，這與 Xu 等的研究一致，他們發現 FAST 大鼠的齒狀回中的鋅含量略高于 SLOW 大鼠，這與降低癲癇誘發的苔蘚纖維發芽的抵抗力有關。但是，由于鋅可能同時具有導致驚厥作用和抗驚厥作用，因此，尚不清楚鋅調節的變化如何促進這兩種大鼠系的癲癇的發生。總而言之，FAST 和 SLOW 大鼠品系之間不同的各種生物學過程已經確定（表 3）。然而，尚未建立這些生物學機制與所觀察到的兩種品系的癲癇易感性差異之間的因果關系，仍需進一步探究這些生物學機制是否在癲癇發作易感性中起作用。
表3
快點燃和慢點燃大鼠發展為獲得性癲癇和共病易感性差異的生物學機制總結
6 快點燃和慢點燃大鼠癲癇易感性差異的遺傳因素
由于各種臨床研究均表明遺傳變異會影響人類 PTE 的風險（如前所述），因此在 FAST 和 SLOW 大鼠中進行基因表達分析以評估不同的基因組和轉錄組譜是否是品系間表型差異的基礎是合理的。然而迄今為止，此類研究卻較少。Gilby 等檢查了 112 個基因的胚胎表達，這些基因被認為在 FAST 和 SLOW 大鼠的神經發育中起作用。他們的研究揭示了 FAST 大鼠的大腦中載脂蛋白（APOE）和電壓門控鈉通道（SCN2β）的 β2 亞基兩個基因明顯表達不足。APOE 基因負責編碼細胞內膽固醇和脂肪酸轉運蛋白，在脂蛋白代謝和神經發育發揮重要作用。綜上所述，這可能解釋了這兩種品系的代謝差異。此外，使用遺傳上缺乏 APOE 基因/受體的小鼠的研究表明，認知障礙和恐懼行為異常也屬于 FAST 大鼠的合并癥。
與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠的 SCN2β 基因表達降低了 6 倍。由于長期以來一直假設電壓門控性鈉通道的改變與癲癇病理有關，因此該基因表達的差異可能會影響 FAST 和 SLOW 大鼠系的癲癇易感性。然而，需要進一步整合臨床模型和動物模型，以確認 APOE 和 SCN2β 基因在癲癇發生過程中的作用。
最后，表觀遺傳學在癲癇易感性的潛在作用值得思考。已經發現的各種表觀遺傳機制，如 DNA 甲基化的改變、翻譯后組蛋白修飾以及 microRNA 和長非編碼 RNA 的改變，在動物模型以及人類顳葉癲癇中均有體現。由于表觀遺傳學參與胚胎發生和早期大腦發育，因此在神經發育階段調節表觀遺傳機制可能使癲癇發生的易感性增加，可能是影響 FAST 和 SLOW 大鼠表型的潛在因素。因此，對表觀遺傳學的變化如何影響 FAST 和 SLOW 大鼠的表型需要有更透徹的了解。
7 獲得性癲癇的其他遺傳易感性模型
7.1 大鼠的快點燃/慢點燃模型
不同遺傳背景下的 Sprague-Dawley（SD）大鼠的 FAST/SLOW 品系的產生尚不廣泛。與上述模型生成相似，通過選擇性近交約 15 代，選擇近交 SD 大鼠以實現“SLOW”或“FAST”的引種發育速度。根據對海馬的刺激（眶回路徑）的反應，選擇易點燃和慢點燃大鼠品系，而對癲癇發作敏感的 SD 大鼠需要較少的點燃刺激就能發展為 V 級癲癇發作。這些 SD 品系的特定行為也有所不同，部分取決于點燃選擇過程中激活的環路。癲癇易感性 SD 品系在野外試驗中運動探索活動顯著增加，且在 Morris 水迷宮的空間學習受損，這與之前描述的 FAST 品系相似。相反，易點燃的 SD 大鼠在恐懼條件下表現出正常的學習能力，與慢點燃 SD 品系以及近交 SD 大鼠相當。
8 結論
嚙齒動物是探究獲得性腦損傷后癲癇發生的易感性不同的有力的神經生物學工具，可用來探究遺傳背景對癲癇發生風險以及癲癇發展與相關合并癥之間的關系。值得注意的是，在 FAST 和 SLOW 大鼠中，任何一項已報道的研究都存在一些局限性，如實驗證據不足，常常缺乏父母控制品系，或由于行為上的明顯差異而難以進行有效的實驗致盲。但越來越多的文獻清晰地表明，通過一系列措施，兩種品系之間存在顯著差異。需進一步研究來確定這些品系的癲癇發生的敏感性或抗性的特定分子基礎和表觀遺傳機制。此外，探究這些品系的臨床相關模型或二次打擊（如癲癇后狀態、中風后癲癇或創傷后癲癇模型）的易感性也非常有趣。此類研究可能會加深我們對遺傳學在獲得性癲癇發展中的作用的理解，有助于促進癲癇的生物標記物的發展，并探究癲癇的新型修復治療方式。
獲得性癲癇主要由于腦部受傷（卒中、感染、頭部外傷、腫瘤或神經退行性疾病）所致，約占所有癲癇的 1/3。目前對癲癇發展過程的理解（即“癲癇發生”）可分為三個不同階段：腦損傷初期、潛伏期（數月至數年）和慢性期。在潛伏期，神經元活動逐步發生變化，最終導致自發性、反復的癲癇發作的傾向增加。
即使經歷過嚴重的腦部損傷，也僅有部分人最終發展為癲癇，且這一過程可能需要經歷很多年。充分的證據表明，腦部創傷后，癲癇的發生具有遺傳易感性。此外，遺傳因素可以決定癲癇的表現形式和時間。目前該領域的研究仍處于起步階段，具有迫切的發展需求，以便更好地了解個體的遺傳背景導致罹患癲癇風險的原因。通過探究獲得性癲癇發生的易感性（或抗性）相關的遺傳因素，以推動該領域的發展，并為靶向抗癲癇藥物（AEDs）的開發和臨床試驗設計帶來持續的收益。
本綜述主要基于獨特的嚙齒動物模型，其在腦部創傷后表現出對癲癇發生的易感性（或抗性）。具體而言，我們主要聚焦于 Racine 及其同事首次建立的 FAST（快點燃）和 SLOW（慢點燃）大鼠模型。這些模型發現了與精神類疾病合并癥和癲癇發作易感性相關的常見病理異常。在此，我們回顧了證據，在基線和腦損傷后，FAST 大鼠的癲癇發作特征、神經解剖學和神經行為表型與 SLOW 大鼠相比有所不同。我們重點介紹了這種比較，為探究部分個體更易發生癲癇的生物學機制提供了新穎的見解，并強調了未來研究進一步確定遺傳風險變異的必要性。總之，本研究旨在加深對獲得性癲癇的遺傳易感性決定因素的理解，對其診斷和預后具有重要意義。
1 人類獲得性癲癇的遺傳易感性
盡管癲癇可能源于不同的環境損傷，但臨床、流行病學和分子研究表明，遺傳確定的易感性對這些“獲得性”癲癇具有脆弱性。
在一項早期研究中，伴癲癇發作的偏癱患兒的一級親屬發生癲癇和腦電圖（EEG）異常放電的異常率高于不伴癲癇發作的偏癱患兒的一級親屬。最近，在一項基于超過 160 萬人的丹麥人群的研究發現，具有癲癇家族史的患者嚴重腦部創傷后比無癲癇家族史的患者發生癲癇的風險增加了約 10 倍。
基因關聯研究表明，常見的遺傳變異增加了腦創傷后癲癇（Post-traumatic epilepsy，PTE）的風險，例如，腺苷 A1 受體（A1AR）、亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）酶和谷氨酸脫羧酶 1（GAD1）基因中的單核苷酸多態性（SNP）增加了罹患 PTE 的風險。這三個基因的改變很可能與癲癇相關，GAD1 在催化抑制性神經遞質 γ-氨基丁酸（GABA）的產生中發揮了重要的作用。編碼腺苷受體的 A1AR 基因，通過結合可以導致癲癇發作停止；并且 MTHFR 基因負責蛋氨酸的代謝，但當其受損時會增加副產物高半胱氨酸的產生，從而降低癲癇發作的閾值。此外，Diamond 等報道了白介素-1β（IL-1β）基因中的 SNP 與 PTE 風險增加、血清 IL-1β 水平降低和 IL-1βCSF /血清比例升高有關。以上數據與 IL-1β 信號傳導在癇性發作和癲癇發生中起重要作用的新興證據相吻合。
遺傳變異還與缺血性卒中后發生癲癇的風險有關，其中包括短暫受體電位陽離子通道亞家族 M 成員 6（TRPM6）基因的功能性多態性與血清鎂離子水平降低相關。此外，據報道線粒體的多態性醛脫氫酶 2（ALDH2）與卒中后癲癇易感性和氧化應激水平有關。
這些基因關聯研究暗示了常見的遺傳變異對人類獲得性癲癇的易感性。但此類研究既耗時又昂貴，且到目前為止，僅以假設驅動的方法檢查了少數基因，尚未有研究在人群中進行驗證。一個重要的補充方法是利用癲癇易感性不同的遺傳動物模型進行比較，以便更快速地研究獲得性癲癇的新型遺傳危險因素。為此，最有實用價值的嚙齒動物模型是 FAST 和 SLOW 大鼠。
2 快點燃和慢點燃大鼠—產生和癲癇發作情況
為了研究可能導致癲癇發生的決定遺傳的神經生物學因素，基于藥敏性的不同而選擇性育種了兩種大鼠品系：“FAST”和“SLOW”大鼠。在電點燃模型中，通過在動物邊緣結構中（海馬或杏仁核）植入電極，動物將會收到電刺激。當動物受到重復性電刺激會引起越來越強和更長的 EEG 癇性發作反應，且在各個嚴重階段會波及到其它大腦區域，類似于人類中較為常見的局部繼發全面強直陣攣性癲癇發作。點燃誘發癲癇發作的行為表現的各個階段傳統上通過 Racine Class Scale 進行分類：Ⅰ類為不動和面部自動癥；Ⅱ類為點頭；Ⅲ類為對側前肢陣攣；Ⅳ類為雙側前肢陣攣和扭轉；Ⅴ類為有或沒有繼發性全身性癲癇發作的情況下扭轉和倒地。
Wistar 和 Long-Evans 大鼠之間的雜交是選擇性繁殖 FAST 和 SLOW 大鼠的親本種群。選擇這些親本的主要基于先前的實驗，該實驗顯示出可以誘發 V 級癲癇發作的電刺激杏仁核的電刺激次數的范圍（8～28），見圖 1。
圖1
通過基于杏仁核點燃率進行選擇性育種所產生的快點燃和慢點燃大鼠
在每個后代（F1-F10 和 F20；y 軸）中描述了父代大鼠（*；最低行）以及 FAST（▲，●）和 SLOW（△，○）大鼠的杏仁核點燃率（x 軸）。以固定強度 400 μA（*，▲，△）或剛好高于放電后閾值水平（●，○）點燃大鼠。停止點燃后，部分 SLOW 大鼠（△，○）尚未出現 5 期癲癇發作。在這些情況下，雖然低估了該點的后放電次數，但將其作為點燃率，FAST 和 SLOW 大鼠的引種率在 F5 以后的所有世代中均顯著不同，且到 F20 為止，品系之間無重疊
從親代中，選擇誘發首次 V 級癲癇發作的最小刺激率（平均刺激率為 8.8 次刺激）的大鼠作為 FAST 大鼠品系的繁殖者。相反，選擇需要最大刺激量才能達到首次 V 級癲癇發作（平均 15.0 次刺激）的大鼠作為 SLOW 大鼠品系的繁殖者。盡管 FAST 和 SLOW 親系的第 6 代的點燃率分布幾乎沒有或沒有重疊，但在第 11 代時，通過每天電刺激杏仁核，FAST 大鼠實現了 V 級癲癇發作，而 SLOW 大鼠需要 3～4 周才能顯示出相同的癲癇發作級別。FAST 和 SLOW 大鼠的第 7～10 代之間，有 71.0%的 FAST 大鼠癲癇發作直接從 II 級發展為 V 級，而僅 23.1%的 SLOW 大鼠表現出這種加速進展，且 FAST 大鼠的發作持續時間更長。
在其他大腦結構的電點燃中也看到了類似結果。與其他大鼠品系一樣，在 FAST 和 SLOW 大鼠中，在鼻周皮層中觀察到最快的點燃率，其次是梨狀皮層、杏仁核和海馬體。
3 快點燃和慢點燃大鼠—行為表型
3.1 神經發育軌跡
發育遲緩是大腦異常發育的常見指標，可表現為語音和語言學習、運動控制（粗和精細）、聽覺處理和社交溝通方面障礙。在 FAST 和 SLOW 品系中進行的探索性神經發育研究表明，FAST 大鼠發育延遲，主要表現為身體發育延遲（睜眼）、神經肌肉發育延遲（運動能力降低）以及神經運動和感覺系統發育異常（對扶正反射、斷崖回避反射和負性趨地性測試的反應潛伏期增加）。上述發育異常表現在出生后的前兩個星期（PND 5～15）內比較明顯，該時期相當于人類孕晚期至妊娠后 8 個月。值得注意的是，這些行為表型與在 FAST 大鼠中觀察到的異常的神經解剖學發現相關，包括髓鞘形成延遲和心室增大，這些異常在患有神經發育障礙疾病，如自閉癥（ASD）和注意力缺陷/多動癥（ADHD）患兒中也有報道。
3.2 恐懼、焦慮和一般活動
恐懼和焦慮是 FAST 和 SLOW 大鼠系之間最明顯的行為表型差異，大量研究表明，與 FAST 大鼠相比，SLOW 大鼠在不同的測試范式中表現出更明顯的恐懼和焦慮反應。如在高架迷宮測試中，“正常”動物通常會同時探索開放和封閉的迷宮手臂，而焦慮的動物會優先在封閉的手臂中花費更多時間。與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠在開放手臂上花費的時間是其兩倍，而 SLOW 大鼠很少在封閉的手臂上花費時間。若 SLOW 大鼠先前曾暴露于電刺激或不利條件，則這種焦慮狀行為會進一步加劇，因其在抑制性規避任務中表現出降低的探索活動和僵硬狀態。
有趣的是，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠在野外試驗中通常表現出更高的活動水平。當受到約束時，FAST 大鼠比 SLOW 大鼠更加掙扎和發出更多的聲音。FAST 大鼠的這種過度活躍與大腦增大和髓鞘完整性降低有關。此外，與 SLOW 大鼠或其親本相比，FAST 大鼠更易沖動，當其配對用于繁殖目的時，對發情和雌性大鼠均表現出異常的性自信。值得注意的是，過度活躍和沖動可能會混淆前面提到的焦慮樣表型的解釋。如，多動和沖動可能會導致高難度迷宮任務中的探索行為增加，從而掩蓋了 FAST 大鼠的焦慮樣行為。
以上發現均表明 FAST 大鼠表現出更活躍的行為表型，而 SLOW 大鼠更易受到環境壓力的影響。因此，FAST 大鼠除了可用于獲得性癲癇的研究外，也是診斷為 ASD 或 ADHD 患者的神經行為特征的有用動物模型，同時也證實了獲得性癲癇患者中常見的神經行為合并癥。
3.3 認知障礙
有研究表明，與 SLOW 大鼠或其親本品系相比，FAST 大鼠表現出認知障礙。通過不同難度的迷宮范式分析，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠學習較慢，且工作和參考記憶受損，注意力更易分散。當 FAST 大鼠在測試前出現 V 級杏仁核樣癲癇發作時，其在延遲交替 T 迷宮測試中的表現會進一步下降，而 SLOW 大鼠未觀察到這種變化，表明 FAST 大鼠的記憶功能可能在中樞神經系統（CNS）挑戰中更易受損。FAST 大鼠傾向于朝著 T 迷宮交替測試的選擇點定向的任何方向奔跑，而非停下來思考策略，因此沖動也可能是 FAST 大鼠表現不佳的一個因素。
FAST 大鼠在 Morris 水迷宮中的較差表現主要歸因于其未能采用適當的搜索策略，它們反復在水池邊緣游動，未表現出趨軸性。而 SLOW 大鼠則更靈活，并傾向于探索在池邊越界的方法。但值得注意的是，在測試的學習階段，如，通過升高逃生平臺以確保其可見度時，當對它們提供幫助時，FAST 大鼠在水迷宮空間記憶任務中的表現得到了極大的提高。這也帶來了一個問題，即無法確定 FAST 大鼠是否存在概念形成方面的損害。
3.4 社會行為
類似于 ASD / ADHD 樣表型，FAST 和 SLOW 大鼠也表現出社交行為差異。據報道，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠表現出更像青少年的游戲戰斗行為，引發更多的嬉戲攻擊，并且更有可能進行防御攻擊。還應注意的是，FAST 和 SLOW 大鼠的防御行為也有所不同，FAST 大鼠試圖避免接觸，而 SLOW 大鼠試圖阻止接觸。此外，一些刻板行為，如盤旋、過度修飾和反復移動幼崽，僅在 FAST 大鼠中觀察到。此外，在 FAST 與 SLOW 大鼠中均未發現社交互動方面的缺陷。
3.5 多飲
與 SLOW 大鼠相比，多飲、口渴和水攝入過多更易在 FAST 大鼠中觀察到。值得注意的是，患有 ADHD、ASD 和精神疾病的患者也觀察到具有多飲行為。此外，過多飲水會導致低鈉血癥，這已被確定為癲癇患者癲癇發作的危險因素。這些發現強調了遺傳易感性、神經發育障礙和癲癇易感性之間的共性。
3.6 感覺運動門控
前脈沖抑制（Prepulse inhibition，PPI）是一種公認的感覺運動門控，在精神分裂癥等精神疾病中經常表現為異常。據報道，FAST 大鼠在海馬 CA1 點燃引起癲癇發作后 PPI 和海馬聽覺誘發電位發生了變化，這表明該品系更易出現精神病相關癥狀。然而，通過使用氟哌啶醇（一種 D2 和 D1 多巴胺能拮抗劑）和 CGP7930（一種 GABAB 受體的正變構調節劑），可以緩解這些感覺運動門控方面的缺陷。這一發現表明，多巴胺和 GABAB 受體的功能障礙可能是導致 FAST 和 SLOW 大鼠感覺和運動感覺門控差異的重要機制。出乎意料的是，同一項研究還顯示，部分點燃的 SLOW 大鼠與 FAST 大鼠相比，甲基苯丙胺誘發的興奮性運動反應更強烈，提示對精神疾病比較易感。盡管其背后的機制尚不清楚，但研究者提出 SLOW 大鼠中較高的 α5-GABAA 受體表達可能與這種行為合并癥有關。
總之，據報道，FAST 大鼠表現出過度活躍、沖動、認知缺陷、社交異常和神經發育遲緩的表型，而 SLOW 大鼠更易表現出恐懼和焦慮，而其他方面則表現出“正常”的行為表型（表 1）。
表1
快點燃和慢點燃大鼠之間行為學差異
值得強調的是，在各種慢性癲癇大鼠模型（如，毛果蕓香堿誘發的癲癇持續狀態）中也觀察到 FAST 和 SLOW 大鼠中報道的大多數此類 ASD / ADHD 類表型，如焦慮、認知功能障礙、注意力不集中、沖動性和社會障礙。但上述行為與患癲癇風險之間的關系仍不清楚，需進一步研究。
4 快點燃和慢點燃大鼠之間的解剖學差異
我們通常通過比較健康人群和患病人群來研究大腦形態，這有助于鑒定神經解剖生物標志物，以診斷和治療神經系統疾病。腦結構的差異可能是為什么一些患者在受到腦部創傷后發展為癲癇，而另外一部分不會發展為癲癇的原因。然而，在臨床中，由于一個人的大腦通常就診時就已經遭受了大腦創傷和反復癲癇發作，因此識別導致癲癇發作風險的神經解剖學變化一直是一個挑戰。而 FAST 和 SLOW 大鼠品系則為此提供了一個平臺，可在缺乏與腦損傷相關因素的情況下，了解對癲癇發生的抗性和遺傳易感性相關的神經解剖學變化。
使用離體核磁共振成像（MRI）比較 FAST 和 SLOW 大鼠的大腦絕對體積發現 FAST 大鼠具有較大的第三腦室、后下小腦、左右大腦半球和胼胝體，以及較小的小腦蚓部前部（表 2）。除了以上大腦區域不同部分的體積的增加，也發現了 FAST 大鼠的小腦和胼胝體的腦組織沿喙尾軸長度增加。此外，三維（3D）體積染色顯示 SLOW 大鼠的胼胝體腹側局部形狀的曲率更加突出，表現為向內朝向杏仁核延伸（圖 2）。除 MRI 體積外，組織學分析顯示 FAST 大鼠小腦的分子層變薄（浦肯野細胞數量減少）而白質層變厚。在幼年和成年雄性 FAST 和 SLOW 大鼠中觀察到的上述神經解剖學差異與新發成人和兒童癲癇患者報道的差異相似，表明這些差異能與涉及癲癇易感性的因素有關而非癲癇發作造成的次要損害作用。
表2
快點燃和慢點燃大鼠神經解剖學的差異
圖2
快點燃和慢點燃大鼠之間胼胝體神經解剖學差異
a. 與 SLOW 大鼠相比，通過 3 維（3D）渲染的磁共振成像（MRI）體積重建，FAST 大鼠表現出伸長的中部胼胝體（白線）和較短的彎曲腹側區域（白圈）；b. 在前面（前）或后面（后）的前連合的形狀或長度未發現差異；c，d. 胼胝體中線部分的電子顯微鏡圖像（比例尺= 1 μm）。與 SLOW 大鼠相比，盡管品系之間的髓鞘軸突密度無差異，但 FAST 大鼠的髓鞘軸突更大（軸突直徑增加）
胼胝體是大腦白質主要的組成部分，在連接兩個大腦半球和癲癇性發作的繼發性泛化中起著至關重要的作用。基于品系之間的胼胝體的體積和形狀差異，這是另一項使用擴散張量成像（DTI）的研究，該研究證實了 FAST 大鼠胼胝體的部分各向異性有所降低，表明其髓鞘磷脂纖維的完整性低于 SLOW 大鼠。細胞水平上，通過電子顯微鏡發現 FAST 大鼠的胼胝體的髓鞘的軸突更大和 g-比率減少，表明其與 SLOW 大鼠相比，胼胝體的髓鞘厚度增加（圖 2）。
盡管成年的 FAST 和 SLOW 大鼠具有癲癇發生易感性的差異，但直到獲得性腦損傷后才發展為癲癇，因此這些白質微結構改變提示潛在的神經發育病理學與其自身固有的易感性。事實上，FAST 大鼠在 PND 5 和 11 顯示出髓鞘特異性基因髓鞘形成延遲和較低水平的信使 RNA（mRNA）表達（圖 2），這一髓鞘形成過程的發育時期與人類孕晚期和妊娠 8 個月之間時間相當。有趣的是，一項針對顳葉內側癲癇患者的研究表明，延遲發育的髓白質束更容易發生與癲癇相關的損害，這表明神經發育過程中髓鞘形成的關鍵時期可能與癲癇發生的易感性有關。皮質畸形的動物模型表明，白質發展可能是癲癇發作易感性的潛在病理學。例如，已發現喹硫平是一種非典型的抗精神類疾病藥物，可促進少突膠質細胞再生和髓鞘修復，從而促進髓鞘形成，可降低癲癇發作的敏感性和嚴重性。因此，FAST/SLOW 大鼠模型可作為一種有用的工具，有助于調查神經發育對癲癇發作易感性的貢獻。
在動物模型和人類中，與獲得性邊緣性癲癇相關的最常見的神經病理學改變是苔蘚纖維出芽，這是與網絡過度興奮相關的海馬突觸重組的一種形式。FAST 和 SLOW 大鼠中毛果蕓香堿引起的癲癇持續狀態導致苔蘚纖維發芽程度有所差異。與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠在“幼稚”的大腦狀態下顯示出更多的苔蘚纖維顆粒，但實際上此模型對癲癇誘發的苔蘚纖維發芽具有更高的抵抗力。在幼年和成年動物中圴觀察到類似 FAST 大鼠的癲癇發作易感性增加但對腦損傷后的形態變化具有抵抗力的悖論。除了先前的證據表明，與成年大鼠相比，發作后幼年大鼠的苔蘚纖維發芽減少，FAST 大鼠可能具有導致腦成熟阻滯的遺傳變異，從而阻止了它們發展成不易點燃的癲癇的品系。在成年 FAST 大鼠中觀察到增大的胼胝體支持了這種理論，也表明大腦成熟失敗。
5 獲得性癲癇和其合并癥的遺傳易感性差異背后的生物學機制
FAST 和 SLOW 大鼠之間的上述表型差異為發生癲癇和精神疾病共患病的易感性的致病機制提供了強有力的理論基礎，未來開展的涉及到兩種模型之間的特殊遺傳變異的研究有望揭示這種機制的真實面目。目前已確定了幾個模型之間的不同生物學過程（除了神經解剖學差異），如 GABA 能反應性、應激反應、新陳代謝、突觸可塑性和神經炎癥。
5.1 γ-氨基丁酸能反應性
GABA 能系統是被認為是 FAST 與 SLOW 大鼠差異行為合并癥和癲癇發作易感性基礎的最廣泛研究的機制之一。研究發現兩者之間對不同的 GABA 能拮抗劑的反應有所不同，FAST 大鼠對低劑量的戊四唑、雙瓜氨酸和苦瓜毒素等 GABA 能拮抗劑反應更大，而 SLOW 大鼠更易受到戊巴比妥和神經甾體四氫脫氧皮質類固醇（THDOC）的影響，僅適度控制 FAST 大鼠的劑量可使 SLOW 大鼠進入麻醉狀態。THDOC 注射后導致 SLOW 大鼠在 Morris 水迷宮中的表現變差，因此可能會降低 SLOW 大鼠的認知功能，但同時卻可使 FAST 大鼠的這些行為表現略微提高。以上揭示了 GABA 能反應性的差異可能是由于周圍皮層和杏仁核的自發性 GABA 能微型突觸后抑制電流（miniature inhibitory postsynaptic currents，mIPSC）的差異所致，其中 SLOW 大鼠表現出快速和大幅度的 mIPSC，而 FAST 大鼠表現出小幅度衰減。
進一步對 GABAA 受體亞型的的研究發現，FAST/SLOW 大鼠品系之間的杏仁核、鼻周皮質和臨近古大腦皮層中的 α1、α2、α3 和 α5 亞基表達不同，主要表現為 FAST 大鼠 α2、α3 和 α5 亞基（常見于胚胎時期）表達過量，α1 亞基則表達不足，低于成人大腦中的正常水平。相反，SLOW 大鼠具有 α1 亞基過表達，而 α2、α3 和 α5 亞基低表達。這或許可以解釋 FAST 大鼠更易表現出類似青少年的行為特征，并具有更高的癲癇發作易感性，也與既往報道的癲癇患兒相一致。苔蘚的纖維系統中也有類似的觀察結果，與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠顯示出更多的苔蘚纖維顆粒，這也與幼年動物觀察到的結果一致。
GABA B 受體已被認為與感覺和感覺運動門控功能有關，如 CGP7930—一種 GABA B 受體的正變構調節劑，可一定程度上彌補 FAST 大鼠的感覺和感覺運動門控的缺陷。
5.2 突觸可塑性
FAST 和 SLOW 大鼠表現出不同的行為特征和癲癇發作易感性的另一種機制可能是刺激引起的神經塑性改變的差異。當刺激胼胝體以誘導愈傷組織向感覺運動新皮層的長期多突觸增強后，使用皮層內微刺激進行皮層作圖發現，FAST 大鼠的尾前肢平均面積增加了一倍，而 SLOW 大鼠則無改變。刺激后額葉新皮層 III 錐體神經元的染色顯示，SLOW 大鼠的頂端樹突長度和分支增加，而 FAST 大鼠的樹突長度減少且分支減少。刺激后 FAST 大鼠的基底和頂端樹突的脊柱密度也顯著增加，而 SLOW 大鼠則無變化。有證據表明，癲癇發作與尾前肢區域運動表征和運動圖地形的變化相關，這種差異性刺激誘發的突觸可塑性也可能會調節癲癇發作的敏感性和癲癇發生。
另一項類似研究也表明，與無高熱驚厥的成年 FAST 大鼠相比，在 PND 14 處通過皮質內微刺激誘發高熱驚厥的成年 FAST 大鼠具有更大的運動圖，而在相同條件下，未觀察到親株品系（Long evans）中的低刺激閾值。該研究進一步報道了與年齡匹配的 Long-Evans 大鼠相比，PND 14 FAST 大鼠感覺運動皮層神經遞質和轉運蛋白水平的變化，包括 GABAAα2 亞基增加、NKCC1/KCC2 比升高和 GABAAα1 亞基以及 GluR2 和 NR2A 受體亞基水平顯著降低。這些發現表明，FAST 大鼠的新皮層的興奮性增加也可能與其未成熟的 GABA 能系統有關。
5.3 誘發發作的神經營養蛋白表達
包括腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）在內的生長因子在中 CNS 中具有廣泛的功能，包括在突觸可塑性和認知中已充分表征的作用以及在癲癇中的新興作用。盡管 BDNF mRNA 的基礎水平在 FAST 和 SLOW 大鼠之間無明顯差別，但在誘發癲癇發作后，FAST 大鼠中的 BDNF mRNA 水平普遍增加，齒狀回、梨狀回和杏仁核以及額頂皮質中顯著。相反，SLOW 大鼠的 BDNF mRNA 水平在杏仁核和梨狀肌中水平增加，而額前額葉皮質中無變化。FAST 大鼠也呈現出神經生長因子（Nerve growth factor，NGF）升高和神經營養蛋白 3（Neurotrophin-3，NT-3）mRNA 水平降低，并伴有齒狀顆粒細胞 TrkB 和 TrkC 受體表達的增加，SLOW 大鼠則無上述變化。由于神經營養蛋白被認為負責突觸可塑性和功效的調節，因此這些觀察結果可以解釋 SLOW 和 FAST 大鼠癲癇易感性的差異。
5.4 應激誘導的激素變化
有研究已經證實 FAST 和 SLOW 大鼠的應激反應不同。如，一項利用捕食者（雪貂）的反應實驗范式，報道稱 SLOW 大鼠表現出促腎上腺皮質激素（ACTH）和皮質酮水平的明顯增加。相反，盡管受到約束，但 FAST 大鼠的 ACTH 表達明顯升高。這些腎上腺激素反應的差異分別與在野外試驗中觀察到的 SLOW 大鼠的焦慮樣行為以及在約束范式中的 FAST 大鼠掙扎行為相一致。
同樣，Merali 及其同事報道，與暴露于相同應激源下的 FAST 大鼠相比，SLOW 大鼠的幾個大腦區域中 ACTH 釋放激素和蛙皮素（Bombesin，BH）的免疫反應性增加。BH 是一種與焦慮癥相關的肽，被證明會影響各種生物學和行為反應，如抑制進食、增加運動能力和增強修飾。這些腎上腺激素反應的差異可作為解釋 SLOW 和 FAST 大鼠的焦慮反應不同的基礎。
5.5 神經免疫
考慮到大腦免疫表型與精神類疾病以及癲癇之間的已知關聯，FAST 和 SLOW 大鼠的免疫系統反應也有所不同是可靠的。盡管對此進行了較少研究，但神經膠質纖維酸性蛋白的免疫熒光顯示 FAST 大鼠皮層存在星形膠質變化，這表明基礎免疫學差異也可能影響行為表型和其他合并癥。
5.6 基礎代謝的差異
最新研究已發現，結合飲食干預，FAST 和 SLOW 大鼠之間的基礎代謝存在差異。可能由于 FAST 和 SLOW 大鼠的對脂質處理策略似乎有所不同（請參見下文“癲癇發生敏感性不同的基因變異”），這表明品系之間的代謝差異，因此，對這兩種品系的熱量限制作用進行了研究。在給大鼠喂食時，熱量限制至其體重的 80%后，盡管在 SLOW 大鼠中未觀察到效果，但 FAST 大鼠在野外試驗中表現出活動水平降低，而約束范式中發聲減少。此外，熱量限制似乎還可以延長 FAST 大鼠的點燃率，同時縮短 V 級點燃的 SLOW 大鼠的發作時間。補充 Omega-3 對 FAST 和 SLOW 大鼠的影響也大不相同。盡管已發現在 FAST 大鼠中補充 Omega-3 可以消除沖動性，但在 SLOW 大鼠中，卻提高了癲癇發作的敏感性，與幼年 SLOW 大鼠相比，點燃率幾乎下降一半。
補充 Omega-3 還可以降低 SLOW 大鼠最初較高的血漿非酯化脂肪酸（Nonesterified fatty acid，NEFA）水平，使其降低至與 FAST 品系相似的水平，這引發了關于血漿 NEFA 水平是否與癲癇發作易感性相關的問題。此外，補充 Omega-3 還增加了 SLOW 大鼠的食物和水消耗，導致它們消耗的水量可與 FAST 大鼠（多飲）相似。這表明癲癇的易感性和 ASD/ADHD 樣的行為也可能受到飲食和營養差異的影響。
5.7 突觸鋅的穩態調節
據報道，FAST 和 SLOW 大鼠在突觸鋅的穩態調節中顯示出固有的差異。研究發現，與 FAST 大鼠相比，SLOW 大鼠在整個端腦中的突觸鋅水平降低了 30%，其中腹側皮質區域差異最明顯，這與 Xu 等的研究一致，他們發現 FAST 大鼠的齒狀回中的鋅含量略高于 SLOW 大鼠，這與降低癲癇誘發的苔蘚纖維發芽的抵抗力有關。但是，由于鋅可能同時具有導致驚厥作用和抗驚厥作用，因此，尚不清楚鋅調節的變化如何促進這兩種大鼠系的癲癇的發生。總而言之，FAST 和 SLOW 大鼠品系之間不同的各種生物學過程已經確定（表 3）。然而，尚未建立這些生物學機制與所觀察到的兩種品系的癲癇易感性差異之間的因果關系，仍需進一步探究這些生物學機制是否在癲癇發作易感性中起作用。
表3
快點燃和慢點燃大鼠發展為獲得性癲癇和共病易感性差異的生物學機制總結
6 快點燃和慢點燃大鼠癲癇易感性差異的遺傳因素
由于各種臨床研究均表明遺傳變異會影響人類 PTE 的風險（如前所述），因此在 FAST 和 SLOW 大鼠中進行基因表達分析以評估不同的基因組和轉錄組譜是否是品系間表型差異的基礎是合理的。然而迄今為止，此類研究卻較少。Gilby 等檢查了 112 個基因的胚胎表達，這些基因被認為在 FAST 和 SLOW 大鼠的神經發育中起作用。他們的研究揭示了 FAST 大鼠的大腦中載脂蛋白（APOE）和電壓門控鈉通道（SCN2β）的 β2 亞基兩個基因明顯表達不足。APOE 基因負責編碼細胞內膽固醇和脂肪酸轉運蛋白，在脂蛋白代謝和神經發育發揮重要作用。綜上所述，這可能解釋了這兩種品系的代謝差異。此外，使用遺傳上缺乏 APOE 基因/受體的小鼠的研究表明，認知障礙和恐懼行為異常也屬于 FAST 大鼠的合并癥。
與 SLOW 大鼠相比，FAST 大鼠的 SCN2β 基因表達降低了 6 倍。由于長期以來一直假設電壓門控性鈉通道的改變與癲癇病理有關，因此該基因表達的差異可能會影響 FAST 和 SLOW 大鼠系的癲癇易感性。然而，需要進一步整合臨床模型和動物模型，以確認 APOE 和 SCN2β 基因在癲癇發生過程中的作用。
最后，表觀遺傳學在癲癇易感性的潛在作用值得思考。已經發現的各種表觀遺傳機制，如 DNA 甲基化的改變、翻譯后組蛋白修飾以及 microRNA 和長非編碼 RNA 的改變，在動物模型以及人類顳葉癲癇中均有體現。由于表觀遺傳學參與胚胎發生和早期大腦發育，因此在神經發育階段調節表觀遺傳機制可能使癲癇發生的易感性增加，可能是影響 FAST 和 SLOW 大鼠表型的潛在因素。因此，對表觀遺傳學的變化如何影響 FAST 和 SLOW 大鼠的表型需要有更透徹的了解。
7 獲得性癲癇的其他遺傳易感性模型
7.1 大鼠的快點燃/慢點燃模型
不同遺傳背景下的 Sprague-Dawley（SD）大鼠的 FAST/SLOW 品系的產生尚不廣泛。與上述模型生成相似，通過選擇性近交約 15 代，選擇近交 SD 大鼠以實現“SLOW”或“FAST”的引種發育速度。根據對海馬的刺激（眶回路徑）的反應，選擇易點燃和慢點燃大鼠品系，而對癲癇發作敏感的 SD 大鼠需要較少的點燃刺激就能發展為 V 級癲癇發作。這些 SD 品系的特定行為也有所不同，部分取決于點燃選擇過程中激活的環路。癲癇易感性 SD 品系在野外試驗中運動探索活動顯著增加，且在 Morris 水迷宮的空間學習受損，這與之前描述的 FAST 品系相似。相反，易點燃的 SD 大鼠在恐懼條件下表現出正常的學習能力，與慢點燃 SD 品系以及近交 SD 大鼠相當。
8 結論
嚙齒動物是探究獲得性腦損傷后癲癇發生的易感性不同的有力的神經生物學工具，可用來探究遺傳背景對癲癇發生風險以及癲癇發展與相關合并癥之間的關系。值得注意的是，在 FAST 和 SLOW 大鼠中，任何一項已報道的研究都存在一些局限性，如實驗證據不足，常常缺乏父母控制品系，或由于行為上的明顯差異而難以進行有效的實驗致盲。但越來越多的文獻清晰地表明，通過一系列措施，兩種品系之間存在顯著差異。需進一步研究來確定這些品系的癲癇發生的敏感性或抗性的特定分子基礎和表觀遺傳機制。此外，探究這些品系的臨床相關模型或二次打擊（如癲癇后狀態、中風后癲癇或創傷后癲癇模型）的易感性也非常有趣。此類研究可能會加深我們對遺傳學在獲得性癲癇發展中的作用的理解，有助于促進癲癇的生物標記物的發展，并探究癲癇的新型修復治療方式。
