癫痫是最常见的神经系统疾病之一，其特征在于由大脑中一组神经元的多动引起的癫痫发作的自发重复。因此，我们能否通过减少提供给神经元的能量和神经元正常运作所必需的能量来减少神经元的多动症，并治疗癫痫?由日内瓦大学(UNIGE)和EPFL的科学家领导的团队对此进行了测试。研究人员发现，在小鼠中，癫痫发作实际上加剧了。他们观察到，能量的减少导致神经元中钙水平的增加，使它们过度兴奋。当小鼠喂食生酮饮食时，这些功能障碍可以得到纠正，生酮饮食富含脂质，自古以来就一直使用。这项工作发表在《电子生活》杂志上。
我们的大脑仅占我们体重的2%，消耗了我们摄入的糖的20%以上。这种对糖的大量需求为负责通过电信号发射和传播神经系统信息的数十亿神经元的功能提供了必要的能量。糖的这种转化，更准确地说是葡萄糖，转化为能量是由线粒体进行的，线粒体是被认为是细胞“能量工厂”的小细胞内细胞器。
电池“能源工厂”的关键作用
科学学院分子与细胞生物学系教授让-克劳德·马蒂诺的实验室对线粒体的工作原理很感兴趣。他的团队已经发现了一种通用载体，可以让葡萄糖分解代谢的产物丙酮酸进入线粒体。他现在正在研究线粒体丙酮酸载体(MPC)在神经元活动中的作用，以及线粒体中丙酮酸运输的缺陷是否可能与某些神经系统疾病有关，特别是癫痫。
癫痫发作是神经元过度兴奋引起的脑多动症的表现，通常在大脑皮层中。“对我们来说，测试线粒体丙酮酸载体的抑制，从而减少线粒体提供的能量，是否可以减少癫痫发作期间发生的神经元过度兴奋性，”该研究的最后一位作者Jean-Claude Martinou解释说。
缺乏MPC的小鼠容易癫痫发作
生物学家向正常小鼠和皮质神经元缺乏MPC的小鼠施用了一种能够诱导癫痫发作的促癫痫药物。在正常小鼠中，注射低剂量的药物不会诱发癫痫发作。另一方面，与最初的假设相反，在缺乏MPC的小鼠中，一旦施用低剂量的癫痫前药物，就会发生非常严重甚至致命的癫痫发作。
在进一步分析这些神经元中发生的事情后，生物学家发现没有MPC的神经元具有异常高水平的钙，这是神经信息正确传递的关键因素。“输入到线粒体中的丙酮酸盐不仅起到细胞燃料的作用，而且还允许线粒体隔离钙。事实证明，正是这第二种功能参与了癫痫发作的触发。由于它不再被线粒体捕获，钙在神经元中保持游离，其浓度增加，这使得神经元过度兴奋，“EPFL教授，该研究的合著者Carmen Sandi解释说。
生酮饮食的秘密
自古以来，患有癫痫症的患者发现，富含脂肪和低碳水化合物的生酮饮食可以使他们避免癫痫发作。在生酮饮食或禁食期间产生的酮体是由肝脏中脂质的分解产生的。它们被输入大脑，它们代表着一种重要的能量来源，特别是在禁食期间。它们可以在不需要载体的情况下进入线粒体，并用于提供能量。
“我们发现，以生酮饮食或酮体治疗的MPC缺乏小鼠的癫痫发作要轻得多。通过这种饮食，线粒体和神经元的功能得到恢复，钙水平正常，“分子与细胞生物学系研究员，该研究的共同第一作者Marine Laporte说。这项工作由瑞士国家科学基金会和克里斯蒂安·格哈德·捷成基金会资助，有助于解释在线粒体病理学患者中经常观察到的癫痫发作，并考虑基于酮体的治疗，比生酮饮食更不激烈。
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