羟基羧酸受体2介导β-羟基丁酸在小鼠中的抗癫痫作用

本研究通过生成HCAR2基因敲除小鼠，揭示β-羟丁酸（酮体疗法主要成分）通过HCAR2受体抑制神经元兴奋性和突触传递，从而减少癫痫发作的机制。实验表明HCAR2缺失小鼠对β-HB无反应，且β-HB和烟酸（HCAR2激动剂）均依赖该受体抑制癫痫模型中的异常放电。讨论指出酮体疗法可能通过HCAR2介导的多种神经保护机制发挥作用，为开发靶向药物提供依据。

　　
本研究聚焦于生酮饮食（KD）通过β-羟基丁酸（β-HB）调节HCAR2受体发挥抗癫痫作用的新机制。研究团队通过动物模型和电生理实验，系统揭示了HCAR2在神经元兴奋性调控及突触传递抑制中的核心作用，为理解KD治疗癫痫的分子机制提供了关键证据。

**研究背景与核心发现**
生酮饮食作为药物-resistant癫痫的成熟疗法，其作用机制长期存在争议。已知β-HB作为KD代谢产物在血浆中浓度达2-5mM，但早期动物实验未发现其直接抗癫痫效果。本研究首次通过HCAR2基因敲除小鼠，证实β-HB的抗癫痫作用完全依赖于该受体介导的信号通路。研究团队构建了HCAR2条件性敲除小鼠模型，结合海马切片电生理记录和体感诱发癫痫实验，发现β-HB通过HCAR2受体显著降低海马dentate gyrus（DG）神经元静息膜电位（RMP）约3.1mV，同时使动作电位阈值（AP threshold）提高约5.8%。这些变化导致神经元放电频率下降达40-60%，且这种效应在HCAR2敲除小鼠中完全消失。

**技术创新与实验设计**
研究采用多模态验证策略：
1. **原位杂交与免疫组化**：首次绘制了HCAR2在完整海马结构中的分布图谱，发现其在DG神经元胞体和树突中特异性表达，并与星形胶质细胞标记物GFAP共定位，提示HCAR2可能通过调控胶质-神经元交互发挥作用。
2. **双基因敲除验证**：通过CRISPR技术构建HCAR2纯合敲除小鼠，并采用与野生型小鼠完全同源（S129品系）的对照设计，有效排除了遗传背景差异的干扰。
3. **突触水平机制解析**：在电压钳模式下记录到β-HB（3mM）显著降低DG突触体释放效率，这一效应在HCAR2缺失模型中完全丧失。结合钙成像实验，发现β-HB通过HCAR2激活G蛋白偶联的抑制性离子通道，进而调节突触前膜释放功能。
4. **行为学机制验证**：通过Morris水迷宫和条件性恐惧记忆测试，证实HCAR2敲除小鼠在认知功能、运动协调及癫痫后认知损伤方面均未出现异常，排除了非特异性神经毒性作用。

**机制解析与临床启示**
研究提出β-HB通过HCAR2受体实现双重抗癫痫机制：
- **快速急性效应**：β-HB可在15分钟内通过HCAR2-Gi信号通路降低神经元兴奋性，这一发现解释了临床实践中KD起效时间窗（通常4-6小时）的分子基础。
- **慢性神经保护作用**：长期β-HB干预可增强海马神经元对缺氧的耐受性，并通过上调BDNF表达改善突触可塑性。值得注意的是，HCAR2在微胶质细胞中的表达与癫痫病灶的炎症反应抑制存在关联，该发现为KD的免疫调节作用提供了新靶点。
- **药物开发启示**：研究显示烟酸（HCAR2天然配体）同样具有抗癫痫效果，但需通过HCAR2介导。这为开发小分子HCAR2激动剂提供了方向，如新型候选药物ACIPIMOX已显示在癫痫模型中与β-HB类似的疗效。

**研究局限与未来方向**
尽管研究明确了HCAR2的核心作用，但仍存在若干待解问题：
1. **受体亚型差异**：未明确区分HCAR2在神经元（GIRK通道调控）和微胶质细胞（炎症因子抑制）中的不同作用机制。
2. **代偿通路探索**：HCAR2敲除后神经元仍存在5.3%的β-HB敏感性，提示可能存在其他受体（如GPR109B）的补偿机制。
3. **临床转化挑战**：目前使用的DL-β-HB为外消旋体，仅D型活性成分起效，且大剂量（12g/kg）未观察到毒性反应，但实际临床应用中需优化剂量和剂型。
未来研究可结合光遗传学技术，在体观测HCAR2介导的癫痫抑制动态过程，同时探索HCAR2与mTOR、AMPK等代谢通路的交叉调控网络。

本研究突破传统认知，首次阐明生酮饮食中β-HB通过HCAR2受体调控海马神经回路的具体分子机制。这一发现不仅解释了KD治疗癫痫的快速起效和长期保护的双重作用，更为开发靶向HCAR2的癫痫新药提供了理论依据。相关成果已发表于《Annals of Neurology》2025年期刊，全文数据可通过作者邮箱申请获取。