综述：Lennox-Gastaut综合征的临床前模型：进展与研究重点

《Seminars in Orthodontics》：Preclinical Models of Lennox-Gastaut Syndrome: Progress and Priorities

LGS研究利用基因编辑小鼠模型揭示病理机制及治疗潜力，当前模型存在GPFA验证不足等问题，未来需加强网络机制与生物标志物研究。

　　

Cordelia Katharine Lindhard Smidth | Kala Nair | Kathryn Ashley | Juliet K. Knowles

哥本哈根大学，丹麦哥本哈根

摘要

在过去的十年中，基因检测的日益普及以及导致发育性和癫痫性脑病（如Lennox-Gastaut综合征（LGS）的基因的快速发现，加上CRISPR/Cas9基因编辑等技术的发展，使得新的临床前模型的建立成为可能，尤其是使用小鼠作为实验对象。通过基因“敲除”或“敲入”特定变异来改造的小鼠能够再现LGS的关键特征。在这篇综述中，我们回顾了过去和最近开发的LGS临床前模型，并强调了临床前研究中已经获得的一些见解。我们认为，这些新临床前模型的出现应该促使人们重新关注基础研究和转化研究，以理解导致LGS的生物学机制，并探索新的、基于机制的治疗策略。

引言

Lennox–Gastaut综合征（LGS）是一种发育性和癫痫性脑病，其特征包括多种类型的癫痫发作（包括强直性发作和非典型失神发作）、特定的病理脑电图（EEG）模式（慢棘波-慢波（SSW）和广泛性阵发性快速活动（GPFA），以及发育迟缓或智力障碍¹。LGS由多种遗传、结构和代谢因素引起，但通常会在大约2年内从早期癫痫发展而来²。据认为，各种诱发因素可能会破坏共享的神经回路，从而导致LGS的“次级网络”病理演变。在人类中，通过EEG-fMRI的研究已经揭示了次级网络的特性，表明SSW和GPFA与包括注意力网络、默认模式网络和皮质-丘脑网络在内的广泛神经网络中的异常活动模式有关<3, 4, 5>。这些模式在不同病因的LGS病例中是一致的<3, 4, 5>。尽管最近的研究表明，在适当的情况下，切除手术和胼胝体切开术对LGS有一定疗效<6>，但绝大多数LGS患者仍然对药物治疗具有抗性，并伴有智力障碍、自闭症、睡眠障碍和其他神经系统损伤等并发症。缺乏有效的治疗方法与对相关生物学机制认识的不足有关<7>。临床前模型可以用来填补这些知识空白，并为基于机制的疾病修饰治疗策略提供支持。在这篇综述中，我们概述了LGS的临床前模型以及从中获得的见解。最后，我们讨论了未来临床前研究的重点，以改善LGS患者的治疗效果。

部分摘录

什么是具有信息量的LGS临床前模型？

在评估人类疾病的临床前模型时，已经讨论了表面有效性、结构有效性和预测有效性等标准⁸。表面有效性意味着模型展示了人类疾病的基本特征；结构有效性表明模型中的疾病特征是由正确的病因引起的；预测有效性意味着模型中的观察结果可以预测人类的临床结果⁸。理想情况下，LGS的临床前模型应该

基因组前模型

本节讨论的选定临床前模型总结在表1和图2中。最早的LGS动物模型是在基因检测成为癫痫患者护理标准实践之前开发的，这些模型通过破坏抑制性神经传递（例如，敲除GABA-A受体亚单位）或使用外源性毒素来触发类似LGS进展的过程而建立。

基于基因组信息的模型

随着人类基因组计划的完成，基因检测已成为癫痫诊断的核心，包括LGS的诊断^{7, 29, 30, 31}。基因诊断现在使得新一代LGS模型的开发成为可能，这些模型基于特定的人类病因，采用传统的“敲除”基因的方法，或者最近使用CRISPR/Cas-9基因编辑技术来“敲入”在LGS患者中观察到的特定致病变异（图2）。

离子通道病的遗传模型

钠离子、钾离子和其他离子通道的基因变异可导致LGS⁷。迄今为止，只有少数携带这些离子通道亚单位基因变异的小鼠模型表现出类似LGS的表型。值得注意的例子包括携带KCNB1基因变异的小鼠，该基因编码Kv2.1钾通道。Kv2.1通道对神经元兴奋性的调节至关重要；Kv2.1通道还调节内质网-细胞膜连接

突触病理的遗传模型

SYNGAP1和STXBP1相关的癫痫说明了突触功能障碍如何导致癫痫；部分患者会发展为LGS或类似LGS的严重全面性癫痫<42, 43, 44>。SYNGAP1的单倍不足会改变突触后棘突的形态和AMPA受体的运输，从而在早期发育和整个生命周期中产生兴奋性与抑制性的不平衡<45, 46, 47>。STXBP1的缺陷主要影响突触前功能。

LGS临床前模型的局限性

这里讨论的模型的一个局限性是，迄今为止，EEG上的发作间GPFA现象尚未得到证实（表1）。值得注意的是，一些模型表现出的强直性发作与LGS患者的GPFA EEG相关⁵³。因此，某些模型中可能存在GPFA现象，但尚未被报道。此外，这些小鼠模型通常在神经发育完成后才开始出现癫痫发作，而LGS则始于儿童期，并在发育过程中发生

优先事项1：阐明网络机制和生物标志物

LGS中次级网络演变的生物学基础仍然知之甚少。临床前模型可以用来识别支持次级网络演变的特定分子和神经生理机制。通过结合使用不同的遗传模型，可以识别导致病理活动模式（如SSW）的网络演变中的共同机制。例如，那些出现癫痫性痉挛的婴儿

结论

在这篇综述中，我们介绍了LGS的“基因组前”或“基于基因组信息的”啮齿动物（大鼠和小鼠）模型（表1，图2）。这些模型已经提供了关于产生SSW的电路机制的见解，在临床前和临床开发的各个阶段提供了新的治疗策略，并揭示了包括GABA能功能障碍、离子通道病和突触缺陷在内的共同机制。临床前模型对于深入理解LGS的生物学机制至关重要

CRediT作者贡献声明

Cordelia Katharine Lindhard Smidth：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原初草稿，概念构思。Kala Nair：撰写 – 审稿与编辑。Katryn Ashley：撰写 – 审稿与编辑。Juliet K. Knowles：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。

利益冲突声明

JKK担任Cure SYNGAP和LGS基金会的顾问委员会成员，以及儿科癫痫研究联盟的执行委员会和LGS特别兴趣小组的成员。

致谢

作者感谢以下研究资金的支持：JKK：NIH/NINDS K08NS119800、CURE Epilepsy、McKnight基金会、斯坦福吴蔡神经科学研究所、STXBP1基金会、Cure SYNGAP、LGS基金会以及斯坦福母婴健康研究所John和Tashia Morgridge基金。CKLS：丹麦美国研究交流项目、富布赖特计划。KN：美国癫痫协会。