在神經內科門診，醫生常常面臨這樣的困境：同樣是癲癇患者，攜帶離子通道基因突變的個體對藥物的反應卻大相徑庭。作為神經系統疾病領域的重要研究方向，遺傳癲癇尤其是通道病相關癲癇的精準治療一直是臨床難題。
近日，Neurosci Bull的一項研究Human Cortical Organoids with a Novel SCN2A Variant Exhibit Hyperexcitability and Differential Responses to Anti-Seizure Compounds為這一困境提供了新的解決思路——研究團隊利用患者來源的新型SCN2A突變（p.E512K）構建了皮層類器官模型，不僅揭示了神經元超興奮性的電生理機制，更首次證明這類個體化類器官可作為抗癲癇藥物臨床前評估的高效平臺。
研究背景與關鍵發現
電壓門控鈉離子通道（VGSCs）基因變異是遺傳癲癇的主要致病因素，其中SCN2A編碼的Nav1.2通道在神經發育早期至成熟期均發揮關鍵作用。既往研究表明，SCN2A突變可透過功能獲得（GoF）或功能喪失（LoF）兩種機制引發癲癇，但由於異源細胞模型與真實神經元環境的差異，部分突變的功能表型仍存在爭議。
本研究首先在HEK293T細胞中驗證了新型突變p.E512K的電生理特性：與野生型相比，突變型Nav1.2通道的鈉電流密度顯著增加（野生型-73.6±14.8 pA/pF vs 突變型-120.6±18.5 pA/pF，P<0.0001），且啟用電壓閾值顯著左移（半啟用電壓從-13.8±1.4 mV降至-24.3±1.7 mV），提示該突變透過GoF機制增強通道活性。值得注意的是，穩態失活曲線未出現顯著變化，但突變型通道的視窗電流範圍明顯拓寬，這可能是導致神經元持續去極化的關鍵因素。
類器官模型構建
為更貼近生理環境研究突變效應，研究團隊利用患者皮膚成纖維細胞重程式設計獲得誘導多能幹細胞（iPSCs），並透過CRISPR-Cas9技術構建了等基因對照細胞系。免疫熒光染色顯示，患者來源的皮層類器官（COs）在神經發育標誌物（PAX6、SOX2、NeuN等）表達及皮層分層（SATB2、CTIP2、BRN2）方面與健康對照無顯著差異，表明SCN2A p.E512K突變不影響早期神經發育。
多電極陣列（MEA）記錄揭示了關鍵的功能異常：與對照組相比，患者COs的活躍電極數量顯著增多（健康對照2.3±0.7 vs 患者14.4±1.3，P<0.0001），放電頻率提升近7倍（1.5±0.6 Hz vs 9.9±1.2 Hz），且出現特徵性的網路爆發放電（Network Burst）。同步化指數分析進一步證實，突變導致神經元網路同步性異常增高（0.0043±0.0016 vs 0.1155±0.0323），這些電生理特徵與患者臨床EEG表現高度吻合，首次在體外模型中重現了通道病相關癲癇的網路異常。
藥物篩選新正規化
基於類器官模型的病理表型，研究團隊開展了抗癲癇藥物（ASMs）的反應性測試。選擇卡馬西平（CBZ，鈉離子通道阻滯劑）、丙戊酸（VPA，廣譜抗癲癇藥）、吡侖帕奈（PER，AMPA受體拮抗劑）和GABA（抑制性神經遞質）進行劑量依賴性評估，結果顯示：
CBZ表現出最強的抑制效應，300 μmol/L濃度即可使放電頻率降低97.2%，且呈嚴格的劑量相關性；GABA在100 μmol/L時抑制率達94.1%，但高濃度（3000 μmol/L）時效果飽和；VPA雖也呈現劑量依賴抑制（10000 μmol/L時抑制96.3%），但低濃度下效果較弱（100 μmol/L僅抑制28.7%）；PER的抑制效應最不穩定，10 μmol/L時可達89.9%，但30 μmol/L時反而降至73.8%，提示其可能存在複雜的濃度-效應關係。
這一結果與突變的GoF特性高度一致：作為Nav1.2通道特異性阻滯劑，CBZ能有效阻斷突變導致的鈉電流增強，而VPA等非特異性藥物效果相對有限。值得關注的是，患者臨床目前使用VPA聯合左乙拉西坦治療，雖達到無發作，但EEG仍顯示左顳區異常放電，這與類器官模型中VPA單藥效果不佳的結果相互印證，為臨床用藥調整提供了重要參考。
研究意義與轉化前景
這項研究首次將患者特異性類器官模型應用於通道病相關癲癇的藥物篩選，建立了“基因突變-電生理表型-藥物反應”的完整研究鏈條。與傳統異源細胞模型相比，類器官模型不僅保留了神經元網路的複雜性，還能反映遺傳背景對突變效應的修飾作用——如等基因對照組的放電頻率仍高於健康對照，提示遺傳背景中的其他變異可能參與了疾病表型的調控。
從臨床轉化角度看，這種個體化類器官平臺為“精準抗癲癇治療”提供了全新路徑：透過患者來源的類器官進行藥物反應性預測，有望避免臨床試藥的盲目性，尤其是對SCN2A等基因型-表型關係複雜的通道病。儘管目前類器官模型仍存在細胞型別單一、成熟度有限等挑戰，但該研究已為神經系統遺傳病的機制研究與藥物開發開闢了新的技術路線。
隨著再生醫學與電生理檢測技術的進步，我們有理由期待，這種結合患者特異性類器官與多電極陣列的“體外癲癇模型”將逐步從實驗室走向臨床，成為指導抗癲癇藥物選擇的重要工具，為更多難治性癲癇患者帶來精準治療的新希望。
參考文獻：
Yang Y, Cai Y, Wang S, et al. Human Cortical Organoids with a Novel SCN2A Variant Exhibit Hyperexcitability and Differential Responses to Anti-Seizure Compounds. Neurosci Bull. Published online June 20, 2025. doi:10.1007/s12264-025-01429-w
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