深層腦刺激對PTZ誘導癲癇與睡眠障礙的影響

Abstract

"癲癇是一種常見的神經系統疾病，病患約佔世界人口的1%。其中約70％的癲癇患者可以使用抗癲癇藥物進行治療。而剩下的30%無法使用抗癲癇藥物做治療的類型被稱為頑固型癲癇。深部腦部電刺激(DBS)通過電極傳遞電流以刺激目標區域，在近期已被許可作為癲癇的替代治療選擇，而在目標區域選擇中，視丘前核(the anterior nucleus of thalamus, ANT)因其可向扣帶迴(cingulate gyrus)傳遞訊號再投射至海馬旁迴(parahippocampal gyrus)進而輸送訊號至大範圍的大腦皮質(entorhinal cortex)，成為具良好發展性之抗癲癇效果目標核區。迄今為止，DBS的作用機制仍不是非常清楚。癲癇形成過程(epileptogenesis)為致使癲癇的重要過程，影響epileptogenesis的主要因素為發炎反應，它在受傷的大腦中迅速且持續地誘發後續下游作用。當中第一介白素(interleukin-1 beta, IL-1β)與腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor-α, TNFα)為重要指標。根據本實驗室先前的研究，IL-1β濃度的變化可幫助N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)的活化使癲癇的發生率增加。在本研究中，我們使用戊四氮(pentylenetetrazol, PTZ)誘導的小鼠評估ANT-DBS的抗癲癇作用與對癲癇引起之睡眠障礙的影響，並分析是否藉由調節促炎因子濃度達到抗癲癇之目的。本篇研究將實驗動物分為五組：單純給予saline之控制組、單純給予PTZ之致癲癇組、於PTZ藥物注射前10分鐘給予ANT-DBS持續30分鐘之治療組、單純植入ANT-DBS電極給予PTZ藥物注射之致癲癇組與單純植入ANT-DBS電極給予saline注射之控制組。首先分析在低劑量PTZ誘導癲癇發作的持續時間，ANT-DBS治療組明顯低於PTZ誘導組。在interictal spike (IIS) 部分，研究認為IIS的頻率與Epileptogenesis相關，我們發現在ANT-DBS治療組中，儘管仍有IIS的出現，但數量明顯低於PTZ誘導組，且出現的時間晚於PTZ致癲癇組。接著分析ANT-DBS對睡眠障礙的影響，首次注射PTZ後， PTZ致癲癇組的NREM與控制組相比明顯下降。第六次注射PTZ後，發現PTZ致癲癇組於NREM(non-rapid eye movement, NREM)的時間與PFS控制組相比明顯減少，ANT-DBS治療組則與PFS控制組沒有顯著差異。在REM (rapid eye movement, REM)的睡眠時間則是在光暗期(ZT19-24)發現ANT-DBS治療組明顯高於PTZ致癲癇組。為了解ANT-DBS是否也對癲癇引起的睡眠片段化產生影響，我們分析在光亮周期(ZT0-12)中的階段轉換率，第一次注射PTZ後，兩組的轉換率並沒有明顯差別，而在第六次注射PTZ後發現，PTZ致癲癇組的轉換率比起PFS控制組與ANT -DBS治療組有明顯上升，且ANT-DBS治療組與PFS控制組相比則沒有明顯變化，表明ANT-DBS可能有助於改善睡眠片段化，進而提升睡眠品質。再進一步了解ANT -DBS對睡眠的改善是由於睡眠階段次數(bouts number)的增加或是睡眠持續時間(bouts duration)的延長，於NREM中，三組在次數與時間皆無明顯差異，而在REM中ANT -DBS不論是持續次數或是持續時間都明顯高於PTZ組別，說明其是藉由提升REM的次數與時間來達到改善睡眠效果。實驗室先前研究已發現IL-1β能幫助活化NMDAR致使神經興奮性提高進而使癲癇發作率提高，以及文獻指出TNFα為癲癇進程的重要指標之一，因此我們使用酵素結合免疫吸附分析法測定海馬迴與下視丘中的IL-1β與TNFα表現量，結果顯示在海馬迴與下視丘中的IL-1β表現量沒有明顯變化，海馬迴中的TNFα也沒有明顯改變，而在下視丘中發現PTZ誘導組之TNFα表現量與控制組比有明顯提升。綜上所述，ANT-DBS在PTZ誘導癲癇小鼠中具有抗癲癇的作用，並有助於改善睡眠片段化，且可能能夠延緩epileptogenesis。"