Carbonic anhydrase inhibitors suppress seizures in a rat model of birth asphyxia

碳酸酐酶抑制劑抑制出生窒息大鼠模型的癲癇發作

來源：Epilepsia. 2021;62:1971–1984.

 

1. 摘要核心內容

 

本研究證實碳酸酐酶抑制劑（CAIs）（乙酰唑胺AZA、苯唑胺BZA、依索唑胺EZA）通過誘導系統性呼吸性酸中毒，顯著抑制大鼠出生窒息模型中的癲癇發作：

 

核心機制：CAIs抑制血管和血液中的碳酸酐酶，減緩CO?清除→升高血PCO?→腦pH降低0.14-0.17單位（圖1B, 2B），從而抑制神經元興奮性。

 

 

 

癲癇抑制效果：

 

電生理記錄顯示，CAIs將窒息后癲癇發生率從50%降至<10%（圖3D）。

 

 

自由活動大鼠中，AZA將驚厥性癲癇發生率從45%降至12%（圖5A）。

 

 

安全性：AZA在新生兒中應用歷史悠久，可安全轉化為臨床輔助治療。

 

2. 研究目的

 

驗證CAIs能否通過延緩窒息后腦pH恢復（而非腦缺氧）抑制癲癇發作，并明確其作用機制是否依賴呼吸性酸中毒。

3. 研究思路

 

雙模型驗證→藥效對比→機制解析：

 

模型構建：

 

麻醉大鼠：11日齡大鼠暴露于間歇性窒息（3×[7 min 9% O? + 3 min 5% O?] + 20% CO?），實時監測腦pH、PO?及局部場電位（LFP）（圖1-4）。

 

 

 

自由活動大鼠：觀察窒息后行為性癲癇及血液酸堿參數（圖5-6）。

 

藥物干預：

 

窒息后立即靜脈注射CAIs（AZA/BZA/EZA，90 μmol/kg）。

 

對比不同脂溶性CAIs（EZA > AZA > BZA）的藥效動力學差異。

 

分析維度：

 

腦酸堿平衡：pH動態變化（圖1,2,4）、PO?（圖1,4）。

 

癲癇活動：LFP癲癇樣放電（圖3）、行為性驚厥（圖5）。

 

系統效應：血液PCO?、HCO??（圖6）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

（1）CAIs誘導腦酸中毒（圖1,2）

 

數據：

 

20 mg/kg AZA腹腔注射使腦pH↓0.14單位（45-60 min）（圖1B）。

 

靜脈注射AZA/pH下降速度≈吸入5% CO?（圖1E），證實快速呼吸性酸中毒。

 

EZA起效最快（0.8 min），但三者最終酸中毒程度無差異（圖2）。

 

意義：CAIs通過抑制血管/血液碳酸酐酶（非腦內）誘導酸中毒，與脂溶性無關。

 

（2）癲癇抑制與pH恢復延緩（圖3,4）

 

數據：

 

對照組：50%大鼠出現LFP癲癇（潛伏期141 s），持續80 s（圖3D）。

 

CAIs組：癲癇發生率<10%（AZA/BZA/EZA均有效）（圖3D）。

 

腦pH恢復分兩階段：快速期（0-7 min）pH↑0.53單位，CAIs使其↓0.14-0.18單位（圖4B）。

 

意義：癲癇發生于腦pH快速恢復期，CAIs通過延緩pH恢復速率（非絕對pH值）阻斷癲癇。

 

（3）PO?變化與癲癇無關（圖4）

 

數據：

 

窒息后腦PO?迅速恢復并超調（89 mmHg），CAIs不改變此過程時程（圖4A,C）。

 

AZA降低PO?超調峰值（65 vs 89 mmHg），但癲癇抑制效果與其他CAIs無差異。

 

意義：CAIs抗癲癇作用依賴pH而非PO?變化。

 

（4）自由活動大鼠驗證（圖5）

 

數據：

 

AZA腹腔注射（窒息前10 min）使驚厥性癲癇發生率從9/20降至2/17（圖5A）。

 

癲癇持續時間從153 s縮短至<53 s。

 

意義：CAIs在清醒動物中仍有效，且給藥時機靈活。

 

（5）呼吸性酸中毒主導機制（圖6）

 

數據：

 

AZA注射后2 h內：血PCO?↑（呼吸性酸中毒），HCO??不變（圖6B-D）。

 

4 h后：HCO??↓（代謝性酸中毒），但癲癇已終止。

 

意義：抗癲癇作用由早期呼吸性酸中毒介導，與后期代謝性酸中毒無關。

 

5. 核心結論

 

pH恢復速率觸發癲癇：窒息后腦pH快速恢復是癲癇發作的關鍵誘因（非缺氧本身）。

 

CAIs三重優勢：

 

快速誘導呼吸性酸中毒（腦pH↓0.14-0.17單位）。

 

高效抑制電生理及行為性癲癇（有效率>80%）。

 

不同脂溶性CAIs效果相當，提示作用靶點在血管/血液而非腦內。

 

臨床轉化潛力：AZA已用于新生兒青光眼/腦水腫，可安全復用于窒息后癲癇的輔助治療。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

 

技術應用與數據：

 

功能：使用Unisense pH-25和OX-10微電極實時監測腦組織pH和PO?（方法部分）。

 

關鍵發現：

 

捕捉窒息后腦pH快速恢復兩階段（圖4A）：0-7 min↑0.53單位→后續緩慢恢復。

 

揭示CAIs給藥后腦pH↓0.14-0.17單位（圖1A, 2A），PO?↑16-21 mmHg（圖1C）。

 

證實pH變化速率與癲癇潛伏期負相關（圖3-4）。

 

科學價值：

 

高時空分辨率：

 

電極直徑25 μm（pH）和10 μm（PO?），實現皮層局部實時監測（秒級響應），避免終末采樣偏差。

 

揭示CAIs靜脈注射后1分鐘內腦pH即下降（圖1E），為快速起效提供直接證據。

 

機制解析關鍵工具：

 

明確癲癇發生于pH恢復期而非缺氧期（PO?在癲癇前已恢復正常）（圖4）。

 

區分酸中毒類型：呼吸性（PCO?↑）主導早期抗癲癇作用（圖6）。

 

藥效動力學標尺：

 

量化不同CAIs的起效時間（EZA: 0.8 min vs AZA: 3.7 min）（圖2A），指導臨床給藥方式選擇。

 

領域貢獻：

 

為pH調控抗癲癇理論提供精準實驗支持，推動靶向碳酸酐酶的神經保護策略。

 

確立Unisense電極為腦酸堿/氧代謝研究的金標準工具。