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4.  Diskussion und Ausblick

4.1.  Interaktion zwischen entorhinalem Kortex und Hippokampus

Eine im chronisch epileptischen Tier veränderte Interaktion zwischen EC und Hippokampus scheint eine wesentliche Rolle in der Epileptogenese der TLE zu spielen. Die Area dentata besitzt eine Schlüsselstellung in der Ausbreitung epileptischer Aktivität vom EC zum Hippokampus. Wir haben zeigen können, daß im Kindling-Modell der TLE die Filterfunktion der Area dentata aufgehoben ist und somit die ungehinderte Ausbreitung spontaner epileptiformer Aktivität des EC in den Hippokampus zuläßt. Im EC von mit Kainat behandelten Ratten sowie von Patienten mit pharmakoresistenter TLE treten hochfrequente Oszillationen (100-500 Hz) auf, die den synaptischen Eingang der Körnerzellen der Area dentata (Bragin et al., 1999a; Bragin et al., 1999b) bilden. Die Area dentata der mit Kainat behandelten Ratten zeigen synchronisierte EPSPs mit aufgelagerten tonischen und klonischen Clustern von Aktionspotentialen mit Frequenzen zwischen 1-100 Hz (Wuarin und Dudek, 1996). In in vitro Modellen der TLE konnten schließlich spontane und reizevozierte Feldpotentiale mit Frequenzen bis zu 300 Hz aufgezeichnet werden (Schweitzer et al., 1992). Die von uns gewählte tetanische Stimulation von 10-100 Hz simuliert somit die synaptische Aktivierung der Area dentata während eines tonisch-klonischen Anfallsereignisses. In gekindelten Tieren führte die tetanische Reizung innerhalb der ersten 50 ms zu einer Durchschaltung der hochfrequenten Aktivierung. Wir konnten zeigen, daß die Faszilitierung der EPSPs auf einer deutlichen Zunahme der Abfallzeit der NMDA-EPSCs beruht. Die Rolle der NMDA-Rezeptoren in der Area dentata der gekindelten Ratte ist bereits ausführlich untersucht worden (Mody und Heinemann, 1987; Mody et al., 1988; McNamara, 1994; McNamara, 1995; Lynch et al., 2000). Auf Einzelkanalebene konnte eine verlängerte Öffnugswahrscheinlichkeit sowie ein erhöhter Phosphorylierungsgrad des Rezeptors gezeigt werden (Köhr et al., 1993). Die Aktivierung der Phosphatase Calcineurin führt zu einer Desensitisierung des NMDA-Rezeptors und einer Abnahme nachfolgender reizevozierter EPSCs (Tong et al., 1995). Eine verminderte calcineurinvermittelte Rückkopplung, wie sie in der Area dentata von Patienten mit TLE und gekindelter Ratten beschrieben wurde (Lieberman und Mody, 2000; Mody und Lieberman, 1998), kann somit zu einer Faszilitierung hochfrequenter NMDA-EPSCs führen. Sowohl die Faszilitierung der evozierten EPSPs als auch die Zunahme der NMDA-EPSCs waren 48 Stunden, aber nicht 28 Tage nach dem letzten epileptischen Anfall nachweisbar. Diese Befunde sind vereinbar mit einer transient erhöhten mRNA Expression des NMDA-Rezeptor Subtyps 2B nach Kindling (Kamphuis et al., 1995). [Seite 34↓] Sowohl die Kindling-Epilepsie als auch das damit einhergehende MFS der Area dentata ist von der Aktivierung des NMDA-Rezeptors abhängig (Sutula et al., 1996). Aufgrund der transienten Erhöhung der NMDA-R Aktivierung scheint die wesentliche Funktion dieses Rezeptors eher in der Induktion struktureller und funktioneller Veränderungen (Cantallops und Routtenberg, 1996; McNamara und Routtenberg, 1995; Sprengel et al., 1998; Bengzon et al., 1999) als in der Persistenz der erhöhten Erregbarkeit zu liegen. Diese Befunde verdeutlichen die enge Wechselbeziehung zwischen transienten Veränderungen auf Zellebene und persistierenden auf Netzwerkebene.

Einige Studien haben sich mit Veränderungen der Expression von non-NMDA-Rezeptoren in der Area dentata von Patienten mit pharmakoresistenter TLE (Babb et al., 1996) als auch verschiedener Epilepsiemodelle (Pollard et al., 1993; Kamphuis et al., 1994; Babb et al., 1996) befaßt. Kamphuis et al. (Kamphuis et al., 1994) konnten zeigen, daß 24 Stunden nach Kindling eine vermehrte Expression der flip-Variante der Glutamat-Rezeptoren-A, -B und -C mRNA in Körnerzellen der Area dentata auftritt. Langfristig war allerdings lediglich die Expression der Glutamat-Rezeptor-A flip mRNA erhöht. Dennoch konnten wir im Kindling-Modell der TLE auf funktioneller Ebene keine dauerhafte Veränderung der vorwiegend dendritischen AMPA-EPSCs nachweisen. Dieses Ergebnis schließt allerdings eine Hochregulation der somatischen AMPA-Rezeptoren nicht aus.

Obwohl Kainat im Tiermodell als ein Konvulsivum eingesetzt wird (Ben-Ari, 1985; Sperk, 1994) und der Beitrag von Kainat-Rezeptoren in der Epileptogenese zunehmend deutlich wird (Mulle et al., 1998; Vissel et al., 2001; Bernard et al., 1999), konnten wir weder im Kontrolltier noch im gekindelten Tier funktionelle Kainat-Rezeptoren in Körnerzellen der Area dentata nachweisen. Dieser Befund überrascht, da mRNA für Kainat-Rezeptoren in der Area dentata der Ratte bereits nachgewiesen worden sind (Wisden und Seeburg, 1993; Kamphuis et al., 1995). Funktionell aktivierbare Kainat-Rezeptoren konnten wir allerdings auf den Terminalen inhibitorischer Interneurone der Area dentata nachweisen. Deren Aktivierung führte sowohl in Kontrolltieren als auch in gekindelten Tieren zu einer Hemmung der GABA-Freisetzung. In gekindelten Tieren viel diese Hemmung im Vergleich zu Kontrolltieren allerdings deutlich stärker aus. Während eines epileptischen Anfalls führt die tonische Erregung der Körnerzellen zu einer transienten Erhöhung der extrazellulären Glutamatkonzentration. Die Aktivierung von Kainat-Rezeptoren benachbarter inhibitorischer Synapsen führt daraufhin zu einer verstärkten Depression der GABAergen Inhibition. Die durch Kindling induzierte Sensibilität der Kainat-Rezeptoren die GABA-Freisetzung zu [Seite 35↓] reduzieren führt zu einer aktivitätsabhängigen Erhöhung der Erregbarkeit der Körnerzellen, welche die Ausbreitung limbischer Anfälle in der entorhinal-hippokampalen Formation erleichtert.

Eine Beteiligung des GABAergen Systems im Sinne einer verminderten Hemmung konnten wir nicht nachweisen, da die Blockade der schnellen und langsamen Inhibition in Kontrolltieren nicht zu der im gekindelten Tier zu beobachtenden Faszilitierung der EPSPs führte. Zudem scheint das GABAerge System nach Kindling eher verstärkt zu sein (Oliver und Miller, 1985; Kamphuis et al., 1992; Tuff et al., 1983a; Titulaer et al., 1995). Dieser Befund ist auf eine Hochregulation postsynaptischer GABA-Rezeptoren (Valdes et al., 1982; Tuff et al., 1983a; Tuff et al., 1983b; Shin et al., 1985; Otis et al., 1994; Nusser et al., 1998), eine verstärkte über GABAB -Rezeptoren vermittelte Autoinhibition oder eine verstärkte Erregung inhibitorischer Interneurone zurückzuführen (Buhl et al., 1996; Otis und Mody, 1993).

Neben den zellulären Veränderungen gibt es einige Hinweise dafür, daß das durch Kindling induzierte MFS über die Ausbildung rekurrenter Kollateralen eine erhöhte Erregbarkeit der Area dentata verursacht (McNamara, 1994; Dudek und Spitz, 1997; Cronin und Dudek, 1988; Wuarin und Dudek, 1996; Golarai und Sutula, 1996; Patrylo und Dudek, 1998). Allerdings konnte gezeigt werden, daß der Proteinsynthesehemmer Cycloheximid die Bildung aberranter Moosfasern in verschiedenen TLE-Modellen unterdrückt, jedoch das Auftreten der epileptischen Anfälle nicht verhindert (Ribak und Peterson, 1991; Sloviter, 1992). Die funktionelle Bedeutung des MFS in der Epileptogenese bleibt somit weiterhin unklar.

4.2. Die Rolle des Subikulums in der Temporallappenepilepsie

In den letzten Jahren wurden umfangreiche Untersuchungen zu synaptischen und intrinsischen Eigenschaften subikulärer Zellen durchgeführt (O'Mara et al., 2001; Jung et al., 2001). Das Subikulum scheint eine wesentliche Rolle in der Verstärkung hippokampaler Information und deren Weiterleitung zu kortikalen und subkortikalen Hirnregionen zu spielen. Für diese Annahme sprechen der hohe Anteil der burst-spiking Zellen, deren speziellen Membraneigenschaften sowie die eingangs beschriebene anatomische Schlüsselposition des Subikulums am Ende der hippokampalen Schleife. Im chronisch epileptischen Tier scheinen diese Membraneigenschaften wesentlich an der Generierung epileptischer Aktivität beteiligt zu sein (Heinemann, 1987; Jensen und Yaari, 1997). Eine rekurrente Verschaltung dieser Schrittmacherzellen scheint von wesentlicher Bedeutung für die autonome Bereitschaft des Subikulums zur Generierung epileptiformer Aktivität im in vitro Epilepsiemodell zu sein. [Seite 36↓] Subikuläre Zellen besitzen zudem die Eigenschaft unterschwellige Membranpotentialoszillationen zu generieren, welche einen Beitrag zur Anfallsbereitschaft leisten können. Vergleichbar den von uns in den tiefen Schichten des EC (Schmitz et al., 1998) beschriebenen Membranpotentialoszillationen unterliegen auch die Oszillationen des Subikulums einer Na+ -Abhängigkeit (Mattia et al., 1997). Auf Einzelzellebene zeigen subikuläre Pyramidenzellen nach Kindling eine verminderte schnelle und langsame Ca2+-abhängigen Nachhyperpolarisation. Eine mögliche Ursache scheinen die für epileptisches Gewebe typischen Veränderungen der intrazellulären Ca2+ Regulation zu sein (Mody, 1998). Welche Veränderungen auf synaptischer Ebene nach Kindling auftreten ist für das Subikulum bislang unklar. Neben der neuronalen Plastizität auf Membranebene und synaptischer Ebene treten im sklerotischen Hippokampus des Menschen wie des Tieres Veränderungen auf Netzwerkebene auf: Die im Pilokarpin-Modell der TLE nachgewiesene Rückprojektion subikulärer Fasern zur Area CA1 (Lehmann et al., 2001) könnte eine erhöhte funktionelle Konnektivität von Pyramidenzellen zur Folge haben und somit zu einer erhöhten neuronalen Erregbarkeit im Bereich Area CA1-Subikulum führen. Aufgrund der epileptogenen Eigenschaften des Subikulums werden zukünftige Untersuchungen zeigen müssen, welche Bedeutung das Subikulum des chronisch epileptischen Gewebes in der Generierung hippokampaler Anfälle besitzt. Diese Frage ist insbesondere vor dem Hintergrund der im Rahmen der Ammonshornsklerose auftretenden Zelluntergänge der hippokampalen Areae CA1 und CA3 von großem Interesse. Diese Zellverluste dekonnektieren das Subikulum vom Hippokampus. Aufgrund dessen scheint bei vielen Patienten mit TLE das Subikulum die einzige, potentiell anfallsgenerierende Struktur im Bereich der hippokampalen Formation zu sein.

Anatomische und physiologische Untersuchungen haben gezeigt, daß der EC die wesentliche kortikale Eingangsstruktur zur hippokampalen Formation darstellt und somit eine Schlüsselrolle in der Informationsverarbeitung zwischen den verschiedensten neokortikalen Regionen und der hippokampalen Formation einnimmt (Van Groen et al., 1987; Köhler, 1986; Köhler, 1988; Witter et al., 1989). Die Zellen der Schicht III des EC üben einen vorwiegend hemmenden Einfluß auf die Pyramidenzellen der Area CA1 aus (Empson und Heinemann, 1995). Der entorhinale Eingang auf subikuläre Zellen besitzt hingegen sowohl hemmende als auch erregende synaptische Anteile. Demnach interagiert der EC über zwei funktionell unterschiedlichen Projektion mit der Area CA1 und dem Subikulum. Da über die Hemmung der Area CA1 sekundär die Neurotransmission zum Subikulum unterdrückt wird, scheint die entorhinale Projektion zum Subikulum eine wesentliche Rolle in der Verstärkung des [Seite 37↓]hippokampalen Informationstransfers zu spielen. Welche Bedeutung der bei der TLE zu beobachtende Untergang der Schicht III Zellen des EC (Du et al., 1995; Du et al., 1993) für die Neurotransmission und Anfallsbereitschaft des Subikulums hat, ist nicht bekannt. Zudem ist unklar, ob der Zelltod vorwiegend lokale Interneurone bzw. Pyramidenzellen oder eher Projektionszellen betrifft. Abhängig vom untergegangenen Zelltyp resultieren unterschiedliche Veränderungen hinsichtlich der Erregungsfortleitung zum Subikulum. Der Untergang der Projektionsneurone hätte den Ausfall sowohl exzitatorischer als auch inhibitorischer Einflüsse auf die Neurotransmission des Subikulums zur Folge. Der Untergang lokaler inhibitorischer Interneurone würde hingegen zu einer verstärkten Exzitation des Subikulums führen. Eine funktionelle Veränderung des entorhinalen Eingangs kann somit sowohl die Erregungsfortleitung als auch die Epilepsiebereitschaft des Subikulums vielfältig modifizieren.

Wir konnten kürzlich zeigen, daß regular- und burst-spiking Zellen ein unterschiedlich ausgeprägtes „Lernverhalten“ (Langzeit-Potenzierung; LTP) aufweisen (Wozny et al., 2001): so zeigen burst-spiking Zellen eine deutlich stärkere LTP als regular-spiking Zellen. Während die LTP der burst-spiking Zellen präsynaptisch über zyklisches AMP (cAMP) und postsynaptisch über NMDA-Rezeptoren vermittelt ist, ist die LTP der regular-spiking Zellen über einen bislang nicht geklärten postsynaptischen Mechanismus bedingt. Die Korrelation von zellspezifischen Projektionen der Area CA1 und des EC und zellspezifischer LTP ist deswegen von außerordentlich großem Interesse für das Verständnis sowohl physiologischer (Lernen und Gedächtnis) als auch pathogener neuronaler Plastizität wie sie in der Epileptogenese auftritt.

4.3.  Die Wirkung von Dopamin im Subikulum

Die antikonvulsive Wirkung von Dopamin ist seit langem bekannt. Nach Einführung von selektiven D1- und D2-Agonisten wurde zunächst vermutet, daß die antikonvulsive Wirkung insbesondere über die Aktivierung von D2-Rezeptoren im Bereich des Frontalhirns erzielt wird. Hingegen scheint die Aktivierung von D1 Rezeptoren im Bereich des Mittelhirns eher einen prokonvulsiven Effekt zu haben (Starr, 1996). Aufgrund der zur Verfügung stehenden nebenwirkungsärmeren und potenteren Antikonvulsiva werden D1-Agonisten in der Epilepsietherapie nicht eingesetzt. Unter Einsatz von D2-Antagonisten und D1-Agonisten bei anderen neurologisch-psychiatrischen Erkrankungen wie dem idiopathischen Parkinsonsyndrom und der Schizophrenie können allerdings epileptische Anfälle als Nebenwirkungen auftreten. Die von uns im Subikulum nachgewiesene Reduktion der [Seite 38↓] Glutamatfreisetzung nach Aktivierung von D1-Rezeptoren wurde auch für andere Hirnregionen wie den Nucleus accumbens (Nicola et al., 1996; Pennartz et al., 1992), den EC (Pralong und Jones, 1993), den präfrontalen Kortex (Law-Tho et al., 1994; Williams und Goldman-Rakic, 1995; Gao et al., 2001) sowie die frontobasale Hirnregion (Momiyama et al., 1996) gezeigt. Der D1-Rezeptor reguliert die Aktivität der zyklischen AMP (cAMP) –abhängigen Proteinkinase A (PKA) (Kebabian und Calne, 1979) und reduziert N-Typ Ca2+ Ströme (Surmeier et al., 1995). Dopamin zeigte keinen Effekt auf die GABA-Freisetzung inhibitorischer Interneurone des Subikulums. Allerdings wurde über die verminderte Erregung inhibitorischer Interneurone sekundär die polysynaptische GABAerge Hemmung reduziert. Smialowski et al. konnten zeigen daß in der Area CA1 Dopamin sowohl exzitatorische (D2-Rezeptor) als auch inhibitorische (D1-Rezeptor) Effekte auf Pyramidenzellen ausübt. Im in vitro Epilepsiemodell (Niedrig-Ca2+ ) konnten sie zudem spontane epileptiforme Aktivität mit einem D1 Agonisten reduzieren. Somit scheint der Einsatz von D1-Agonisten in der hippokampalen Formation eher einen antikonvulsive als prokonvulsive Wirkung auf Pyramidenzellen zu haben. Allerdings wurde für die Area CA1 (Hsu, 1996; Otmakhova und Lisman, 1999) sowie den EC (Stenkamp et al., 1998) gezeigt, daß die Glutamatfreisetzung auch über D2-Rezeptoren unterdrückt werden kann. Somit kann die traditionelle These eines D1-exzitatorischen und D2-inhibitorischen Systems zumindest für die hippokampale Formation nicht aufrechtgehalten werden. In Abhängigkeit von der Hirnregion entfalten Dopamin-Rezeptoren unterschiedliche Wirkungen. Da Dopamin sowohl die Membraneigenschaften als auch die mono- und polysynaptische Transmission moduliert, ist der Gesamteffekt und somit der Einfluß auf Veränderungen der Anfallsschwelle nur eingeschränkt zu beurteilen.


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14.01.2004