Кортикальные пороки развития и эпилепсия: экспериментальное изучение механизмов эпилептогенеза

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-15-00293

НазваниеКортикальные пороки развития и эпилепсия: экспериментальное изучение механизмов эпилептогенеза

Руководитель Зайцев Алексей Васильевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова фокальная кортикальная дисплазия, фебрильные судороги, ЭЭГ, эпилепсия, кора, пирамидный нейрон, синаптическая пластичность, когнитивные тесты

Код ГРНТИ34.15.43; 34.39.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Эпилепсия является распространенным неврологическим заболеванием с серьезными последствиями для здоровья и качества жизни пациентов. Фармакорезистентная эпилепсия, диагностированная в раннем возрасте, существенно нарушает нормальное развитие ребенка и приводит к значительным когнитивным и психическим отклонениям, поэтому исследование механизмов развития эпилепсии в раннем возрасте остается приоритетной задачей в области эпилептологии и нейробиологии. Одной из частых причин детской эпилепсии являются кортикальные пороки развития, в том числе фокальная кортикальная дисплазия (ФКД). Данное исследование сфокусировано на экспериментальном создании ФКД у крыс путем замораживания участка коры мозга в первый день их жизни и провоцировании фебрильных судорог (ФС) на 10-й день жизни. Новизна и уникальность этого подхода состоит в том, что именно такое комплексное двуударное воздействие на развивающийся мозг с высокой вероятностью запускает процесс эпилептогенеза. Чтобы глубже понять механизмы эпилептогенеза и роль ФКД в этом процессе мы сравним целый ряд показателей в 4 группах животных, а именно в 1) контроле; 2) группе с ФКД; 3) группе с ФС; 4) группе с ФКД и ФС. Во-первых, будут проанализированы морфологические изменения, происходящие в области ФКД, включая изменения в соотношении нейронов и глиальных клеток, а также различных подтипов возбуждающих и тормозных нейронов. Во-вторых, будет изучено влияние экспериментальных ФКД и ФС на уровень экспрессии синаптических рецепторов и и других целевых генов, вовлеченных в эпилептогенез: генов провоспалительных цитокинов IL-1β и TNF-α, транспортеров глутамата EAAT1 и EAAT2. В третьих, мы изучим электрофизиологические особенности нейронов и изменения синаптической пластичности в моделях in vitro на срезах, полученных из мозга модельных крыс, а in vivo проведем анализ судорожной готовности, зарегистрируем ЭЭГ и изучим изменения в поведении этих животных с использованием когнитивных тестов. Кроме того, мы проанализируем морфологические особенности ткани мозга, полученной в ходе хирургических операций при лечении детей с фармакорезистентной эпилепсией, и сравним их с теми, что наблюдаются в экспериментальных группах животных. Мы полагаем, что данное исследование поможет расширить наши познания о патофизиологии эпилепсии и влиянии ФКД на различные аспекты мозговой активности и создать фундаментальные предпосылки для разработки новых стратегий лечения эпилепсии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Эпилепсия является распространенным неврологическим заболеванием с серьезными последствиями для здоровья и качества жизни пациентов. Фармакорезистентная эпилепсия, диагностированная в раннем возрасте, существенно нарушает нормальное развитие ребенка и приводит к значительным когнитивным и психическим отклонениям, поэтому исследование механизмов развития эпилепсии в раннем возрасте остается приоритетной задачей в области эпилептологии и нейробиологии. Одной из частых причин детской эпилепсии являются кортикальные пороки развития, в том числе фокальная кортикальная дисплазия (ФКД). Данное исследование сфокусировано на экспериментальном изучении патофизиологических механизмов развития эпилепсии при ФКД. Для этого в работе использована комплексная модель на основе создании ФКД у крыс путем замораживания участка коры мозга в первый день их жизни и провоцирования фебрильных судорог (ФС) на 10-й день жизни. Новизна и уникальность этого подхода состоит в том, что именно такое комплексное двуударное воздействие на развивающийся мозг с высокой вероятностью запускает процесс эпилептогенеза. В первый год проекта мы провели валидизацию модели ФКД, вызванной локальным замораживанием коры в первые сутки. Используя окраску по Нисслю, были проанализированы гистологические особенности коры у крыс на P21 и P80. В месте повреждения было показано появление 4-слойной микроизвилины с типичными для этой модели нарушениями организации коры. Методом максимального порогового электрошока проведена оценка порога возникновения тонических судорог в разных экспериментальных группах. Мы выявили, что в группе крыс с фебрильными судорогами порог генерации тонических судорог повышен относительно контроля, в группе ФКД порог не изменился, при этом сочетанное воздействие ФКД и ФС привело к статистически значимому снижению порога генерации тонических судорог, что свидетельствует о повышенной судорожной готовности у этой группы крыс. Однако следует отметить, что анализ крыс в свободном поведении не выявил возникновения спонтанных судорог ни в одной из групп. Электрофизиологические исследования, проведенные на переживающих срезах мозга у крыс с ФКД, показали, что нейроны в области ФКД отличаются сниженной способностью к генерации потенциалов действия (ПД) с высокими частотами. В этой группе деполяризационный блок развивается в ответ на меньшие амплитуды деполяризующего тока, что приводит к снижению максимальной частоты генерации ПД. Также, в этих нейронах наблюдалась повышенная ранняя частотная адаптация. Парное отношение амплитуд синаптических ответов в группе ФКД было выше при стимуляции из области микроизвилины по сравнению с входом из нормальной коры как для глутамат-, так и для ГАМКергических ответов. При пачечной стимуляции с частотой 50 Гц в группе ФКД ответы обеих модальностей суммируются намного эффективнее по сравнению с контрольной группой, а соотношение ГАМК/глутамат снижено, что может быть причиной повышенной готовности к возникновению судорожной активности. В модели in vitro эпилептиформной активности, вызванной блокадой ГАМКергической передачи, частота разрядов в переживающих срезах головного мозга крыс с ФКД значительно выше по сравнению с контролем. Сами разряды более стереотипные и имеют меньшую длительность. Выявлено, что именно зона микроизвилины является источником эпилептиформных разрядов в используемой модели in vitro. При этом базовая синаптическая передача в гиппокампе крыс с ФКД практически не изменена. Форма полевых постсинаптических потенциалов не изменена, а пороги генерации популяционных спайков не различаются в разных группах. Также в отчетный период мы оценили особенности различных видов памяти, исследовательского поведения, социальной активности и тревожно-подобного поведения у крыс с ФКД. Для этого была проведена серия тестов, включая тест «открытое поле», приподнятый крестообразный лабиринт, тест социального взаимодействия, тест спонтанного чередования Y-лабиринта и распознавание новых объектов. Результаты этой части работы показывают, что фокальное поражение мозга, вызванное ФКД, вызывает значительные поведенческие нарушения у экспериментальных животных. К ним относятся снижение исследовательской активности, ухудшение памяти на распознавание объектов и повышение уровня тревожности. Однако значительных изменений в двигательной активности и социальном взаимодействии у этих животных не наблюдалось. Полученные результаты свидетельствуют о том, что данная модель эффективно воспроизводит ряд нейропсихологических нарушений, наблюдаемых в клинических условиях, что делает ее ценным инструментом для изучения патологических процессов, связанных с пороками развития коры головного мозга. По результатам работы подготовлены и приняты в печать 2 статьи в Российском физиологическом журнале им. И.М. Сеченова, еще одна статья находится на рецензировании в журнале Epilepsy and Behaviour.

Публикации

1. Сабирова Э.Р., Постникова Т.Ю. Снижение порога судорожной готовности у крыс с фокальной кортикальной дисплазией, перенесших фебрильные судороги в раннем возрасте. Тезисы Алмазовского молодежного медицинского форума – 2024, Санкт-Петербург, 11–16 мая 2024 года, Трансляционная медицина (Приложение), Трансляционная медицина, Приложение №3 (год публикации - 2024)

2. Зубарева О.Е. , Синяк Д.С., Субханкулов М.Р., Постникова Т. Ю., Зайцев А. В. НАРУШЕНИЯ ПОВЕДЕНИЯ У КРЫС С ФОКАЛЬНОЙ КОРТИКАЛЬНОЙ ДИСПЛАЗИЕЙ, ПЕРЕНЕСШИХ ФЕБРИЛЬНЫЕ СУДОРОГИ Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology (год публикации - 2025)

3. Сабирова Э.Р., Постникова Т.Ю. СНИЖЕНИЕ ПОРОГА СУДОРОЖНОЙ ГОТОВНОСТИ У ВЗРОСЛЫХ КРЫС С ФОКАЛЬНОЙ КОРТИКАЛЬНОЙ ДИСПЛАЗИЕЙ, ПЕРЕНЕСШИХ ФЕБРИЛЬНЫЕ СУДОРОГИ В РАННЕМ ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ Санкт-Петербургские научные чтения-2024: Сборник тезисов X Международного Молодежного Медицинского Конгресса, Санкт-Петербург, 4–6 декабря 2024 г. / Отв. ред. Н.А. Гавришева. – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 4,75 Мб). – СПб.: РИЦ ПСПбГМУ, 2024., Санкт-Петербургские научные чтения-2024: Сборник тезисов X Международного Молодежного Медицинского Конгресса, Санкт-Петербург, 4–6 декабря 2024 г. / Отв. ред. Н.А. Гавришева. – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 4,75 Мб). – СПб.: РИЦ ПСПбГМУ, 2024., с. 205-206. (год публикации - 2024)

4. Постникова Т.Ю., Гук В.А., Зайцев А.В. Морфологические характеристики эпилептического очага у детей с фокальной кортикальной дисплазией височной доли головного мозга Сборник тезисов докладов "Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Учение академика И.П. Павлова в современной системе нейронаук", посвященная 175-летию со дня рождения академика И.П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И.П. Павлову Нобелевской премии. 18-20 сентября 2024 г. , Тезисы докладов "Всероссийской научно-практическая конференции с международным участием "Учение академика И.П. Павлова в современной системе нейронаук", посвященная 175-летию со дня рождения академика И.П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И.П. Павлову Нобелевской премии. 18-20 сентября 2024 г., с. 157 (год публикации - 2024)

5. Зубарева О.Е., Синяк Д.С., Субханкулов М.Р., Постникова Т.Ю., Зайцев А.В. Behavioral Impairments in Rats with Focal Cortical Dysplasia Following Febrile Seizures J Evol Biochem Phys, J Evol Biochem Phys 61, 285–297 (2025). (год публикации - 2025)
10.1134/S0022093025010235

6. Постникова Т.Ю., Зайцев А.В. Эффект неонатальных фебрильных судорог на синаптическую передачу в гиппокампе крыс с фокальной кортикальной дисплазией, вызванной замораживанием Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, 61(1), 216–225 (год публикации - 2025)
10.1134/S002209302501017X

7. Постникова Т.Ю., Зайцев А.В. The Impact of Febrile Seizures on Synaptic Transmission in the Hippocampus of Rats with Freezing-Induced Focal Cortical Dysplasia Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology , J Evol Biochem Phys 61, 216–225 (2025). (год публикации - 2025)
10.1134/S002209302501017X

8. Малкин С.Л., Амахин Д.В., Соболева Е.Б., Постникова Т.Ю., Зайцев А.В. Synaptic Dysregulation Drives Hyperexcitability in Pyramidal Neurons Surrounding Freeze-Induced Neocortical Malformations in Rats Int. J. Mol. Sci., Int. J. Mol. Sci. 2025, 26(4), 1423 (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26041423

9. Зубарева О.Е., Коваленко А.А., Синяк Д.С., Постникова Т.Ю., Субханкулов М.Р., Сабирова Э.Р., Зайцев А.В. Neonatal Freeze Lesion-Induced Cortical Malformation Alters Hippocampal Gene Expression and Leads to Persistent Cognitive and Emotional Deficits in Adult Male Wistar Rats Journal of Neuroscience Research, Volume103, Issue9, September 2025, e70077 (год публикации - 2025)
10.1002/jnr.70077

10. Зубарева О.Е., Синяк Д.С., Постникова Т.Ю., Коваленко А.А., Захарова М.В., Зайцев А.В. НАРУШЕНИЯ КОГНИТИВНЫХ ФУНКЦИЙ У КРЫС В МОДЕЛЯХ ФЕБРИЛЬНЫХ СУДОРОГ,ФОКАЛЬНОЙ КОРТИКАЛЬНОЙ ДИСПЛАЗИИ И ПРИ ИХ СОЧЕТАНИИ ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМVIII СЪЕЗД ФИЗИОЛОГОВ СНГ♦XV СЪЕЗД АЛЛЕРГОЛОГОВ И ИММУНОЛОГОВ СНГ♦СИМПОЗИУМ «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ» НАУЧНЫЕ ТРУДЫ, ОБЪЕДИНЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ♦ VIII СЪЕЗД ФИЗИОЛОГОВ СНГ♦ XV СЪЕЗД АЛЛЕРГОЛОГОВ И ИММУНОЛОГОВ СНГ♦ СИМПОЗИУМ «БЕЛКИ И ПЕПТИДЫ» (Сочи, 23–28 апреля 2025):НАУЧНЫЕ ТРУДЫ. с. 36-37. (год публикации - 2025)

11. Грифлюк А.В., Постникова Т.Ю. НАРУШЕНИЯ РАЗВИТИЯ ГИППОКАМПА КРЫСВ МОДЕЛИ ФЕБРИЛЬНЫХ СУДОРОГ Актуальные проблемы биомедицины – 2025: Материалы XXXI Всероссийскойконференции молодых учёных с международным участием, Санкт-Петербург, 20-21 марта 2025 года, АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫБИОМЕДИЦИНЫ – 2025МАТЕРИАЛЫXXXI ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИМОЛОДЫХ УЧЁНЫХ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ, с. 35-36 (год публикации - 2025)

12. Гук В.А., Постникова Т.Ю. СНИЖЕНИЕ ДОЛИ РАЗЛИЧНЫХ ПОДТИПОВ ТОРМОЗНЫХ НЕЙРОНОВ В КОРЕ В ЗОНЕ ЭПИЛЕПТИЧЕСКОГО ОЧАГА У ДЕТЕЙ Трансляционная медицина, ТРАНСЛЯЦИОННАЯ МЕДИЦИНА, Приложение No 4, ТЕЗИСЫ АЛМАЗОВСКИЙ МОЛОДЕЖНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ФОРУМ – 2025. с. 446 (год публикации - 2025)

13. ГРИФЛЮК А.В., ПОСТНИКОВА Т.Ю., АМАХИН Д.В., СОБОЛЕВА Е.Б., ЗАЙЦЕВ А.В. ВЛИЯНИЕ ФЕБРИЛЬНЫХ СУДОРОГ НА СТРУКУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИППОКАМПА ГРЫЗУНОВ VOLGA NEUROSCIENCE MEETING 2025 Тезисы Пятой международной конференции., VOLGA NEUROSCIENCE MEETING 2025 Тезисы Пятой международной конференции. Нижний Новгород, 2025, стр. 93-94 (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В течение второго года реализации проекта были проведены комплексные экспериментальные исследования, направленные на расшифровку механизмов, повышающих риск развития эпилепсии при сочетании врожденной аномалии развития коры головного мозга – микрогирии – и перенесенных в раннем возрасте фебрильных судорог. Основной фокус был сосредоточен на изучении того, как структурный дефект изменяет функциональные свойства нейронных сетей и их способность противостоять провокации судорожной активности. Работа проводилась на крысиной модели, где микрогирию формировали путем локального воздействия низкой температуры на кору новорожденного животного, а фебрильные судороги вызывали у 10-дневных крысят нагревом горячим воздухом. Иммуногистохимический анализ показал, что микрогирия приводит к долгосрочным изменениям клеточной архитектуры не только в непосредственной близости к зоне повреждения, но и в отдаленных структурах, в частности, в гиппокампе – ключевой области мозга, ответственной за память и часто вовлекаемой в эпилептогенез. Было обнаружено, что сочетание микрогирии и фебрильных судорог вызывает потерю специфических классов тормозных нейронов (интернейронов) в гиппокампе. Эта утрата интернейронов увеличивает потенциальный риск возникновения синхронных разрядов и указывает на то, что патологический процесс носит системный характер. Электрофизиологические исследования ex vivo выявили центральное звено патологии: в коре, окружающей микрогирию, нарушается баланс между возбуждающими и тормозными сигналами в пользу возбуждения. Этот дисбаланс обусловлен не изменением свойств самих нейронов, а перестройкой синаптических связей. Однако важным открытием стало то, что в ответ на перевозбуждение в самой зоне мальформации активируются компенсаторные механизмы, усиливающие медленное торможение, реализуемое через ГАМКБ-рецепторы, что приводит к быстрому прекращению эпилептиформных разрядов. Это демонстрирует наличие компенсаторных механизмов для ограничения гипервозбудимости. Одним из наиболее значимых результатов проекта стало обнаружение двойственной роли фебрильных судорог. Исследование синаптической передачи в гиппокампе показало, что изолированные фебрильные судороги вызывают в нейронных сетях адаптивные изменения, повышающие порог их возбудимости – своего рода «закалку». Однако если эти судороги происходят на фоне уже существующей микрогирии, такие защитные перестройки не развиваются. Таким образом, структурная аномалия коры лишает мозг способности адекватно компенсировать функциональную нагрузку, что может объяснить, почему у детей с пороками развития мозга фебрильные судороги чаще приводят к формированию хронической эпилепсии. Эксперименты по длительной регистрации ЭЭГ у свободно двигающихся взрослых крыс подтвердили, что в изученных моделях спонтанные эпилептические приступы не развиваются. Однако при фармакологической провокации была выявлена измененная реакция: животные, перенесшие в раннем возрасте только фебрильные судороги, демонстрировали повышенный порог судорожной готовности, что согласуется с обнаруженными ранее компенсаторными синаптическими изменениями. Проведенные исследования позволяют лучше увидеть картину нейробиологических процессов, лежащих в основе повышенного риска эпилепсии при сочетании микрогирии и фебрильных судорог. Установлено, что ключевыми патогенетическими звеньями являются: 1) формирование устойчивого синаптического дисбаланса в зоне, прилегающей к аномалии; 2) потеря тормозных интернейронов в гиппокампе, делающая эту структуру уязвимой; 3) критическая блокада защитных адаптационных механизмов в условиях «двойного удара». Полученные данные не только углубляют понимание фундаментальных механизмов эпилептогенеза, но и указывают на новые потенциальные мишени для терапевтического вмешательства, направленного на восстановление баланса нейронных сетей и поддержку внутренних компенсаторных процессов.

Публикации