癫痫是一种常见的疾病和神经症状,发病率约为5‰,临床表现为突然短暂发作的脑功能异常。经正规服用抗癫痫药物,70-80%病人癫痫发作可得到完全控制或显著减少。但仍有20-30%病人癫痫难以控制,最终发展为难治性癫痫,其中70%为颞叶癫痫,长期反复发作及药物副作用严重威胁着颞叶癫痫病人的日常生活。因此,对于颞叶癫痫发病机制的研究,具有重要意义。在各种颞叶癫痫模型和颞叶癫痫患者中均观察到颞叶癫痫发病过程中存在海马神经发生增加,门区异位颗粒细胞形成,苔藓纤维发芽等现象。颗粒细胞、苔藓纤维和CA3区锥体细胞是癫痫传导的经典“三突触环路”中重要环节,最新研究发现,新生颗粒细胞和苔藓纤维发芽对癫痫形成过程中神经网络重建可能有重要作用,而门区异位颗粒细胞的自发性爆发性放电可能是癫痫的起搏点之一。这一发现为颞叶癫痫发生机制的研究提供了新的思路,但究竟新生颗粒细胞如何增殖、迁移、分化并参与自发反复性癫痫发作(Spontaneous recurrent seizure,SRS)的形成,以及促进海马神经发生和异位颗粒形成的分子机制如何,目前还不清楚。已有的研究表明,诸多可溶性蛋白因子,包括神经营养因子、细胞因子和生长因子等对癫痫起病中的神经发生可能有促进作用。以骨形成蛋白-4(bone morphogenetic protein-4,BMP4)为代表的骨形成蛋白家族是影响发育期和成年神经发生的重要基因之一,它主要通过Smad途径起作用。在核内,Smad异聚体复合物在其他DNA结合蛋白的参与下作用于特异的靶基因,起转录调节作用。而在所有调控BMP4的分子中,noggin是最重要的一个,它通过与BMP4相结合而抑制BMP4的作用。Valenzuela等发现,noggin基因亦表达于成年哺乳动物的中枢神经系统,对于SVZ区神经干细胞,noggin通过拮抗BMP4的作用,促进神经干细胞增殖并向神经元分化。范晓棠发现,正常成年大鼠海马均有BMP4与noggin表达,通过反义寡核苷酸抑制noggin表达后能降低齿状回神经发生,表明BMP4与noggin对于调节成年海马神经干细胞的增殖和分化、迁移起重要作用。在颞叶癫痫形成过程中同样伴有神经发生和神经可塑性改变,这两种分子在其中起何作用以及对SRS可能起什么作用,还有待进一步探索。为此我们以大鼠KA颞叶癫痫模型为研究对象,采用原位杂交、免疫组化、RT-PCR、反义寡核苷酸技术、神经干细胞培养等技术,研究大鼠海马在受到KA损伤后至出现SRS过程中,BMP4/noggin在海马的表达情况,以及海马的神经发生、苔藓纤维发芽、异位颗粒细胞形成、SRS的形成情况,并探讨BMP4/noggin信号在其中可能所起的作用。并在体外实验中进一步证实BMP4/noggin可能对海马神经干细胞增殖、分化的作用。主要结果如下:1.BMP4和noggin在正常成年大鼠海马均有表达。2.KA侧脑室注射诱发SE后海马齿状回神经发生增加、苔藓纤维发芽、异位颗粒细胞形成并伴有胶质增生,2月后逐渐出现SRS,与人类颞叶癫痫患者病理和行为学改变相似。3.KA侧脑室注射诱发SE后BMP4和noggin在海马的表达明显增加,BMP4在注射后1天达到顶峰,noggin在注射后3天达到顶峰,此后逐渐下降,约60天后恢复正常水平,与神经发生增加的时程大体一致。4.颞叶癫痫形成过程中BMP4能抑制海马齿状回神经发生、苔藓纤维发芽、异位颗粒细胞形成,并最终减少SRS的发生。而noggin通过拮抗BMP4的作用,能促进海马齿状回神经发生、苔藓纤维发芽、异位颗粒细胞形成,并最终促进SRS的发生。5.休外实验证明BMP4能抑制海马神经干细胞增殖,抑制其向神经元分化,noggin通过拮抗BMP4的作用,促进海马神经干细胞增殖和促进其向神经元分化。总之,本实验研究了BMP4/noggin在颞叶癫痫形成过程中在海马的表达,及其对海马神经发生、苔藓纤维发芽、异位颗粒细胞形成等的作用,以及对颞叶癫痫SRS形成的作用。并在体外实验中研究了BMP4/noggin对于海马神经干细胞的增殖和分化的作用。结果表明,KA损伤后,BMP4/noggin表达增加,并通过其浓度梯度不同及其相互作用,促进海马神经发生、苔藓纤维发芽、异位颗粒细胞形成,并最终促进SRS形成。