Quinolinic Acid Concentrations in Brain and Cerebrospinal Fluid of Patients with Intractable Complex Partial Seizures

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Abstract
Summary Quinolinic acid (QUIN) is a neurotoxin and convulsant when injected directly into the brains of experimental animals and as such has been implicated in the etiology of human seizure disorders. In the present study, we quantified QUIN in cerebrospinal fluid (CSF) and in spiking (focus) and nonspiking (nonfocus) regions of surgically resected human temporal neocortex. l-tryptophan (L-TRP), the putative precursor of QUIN, was also measured in brain, along with CSF concentrations of L-TRP, 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA), and homovanillic acid (HVA). In brain tissue, no differences were found in the concentrations of QUIN and L-TRP between focus and nonfocus regions in 15 pairs of samples. No differences were found in CSF, L-TRP, 5-HIAA, or HVA concentrations between 11 neurologically normal controls and 15 interictal (no seizures for >24 h) and 20 postictal (within 50 min of seizure) samples from epileptic patients. However, CSF QUIN concentrations were significantly lower (32%) in the epileptic patients as compared with controls, which may indicate a generalized disturbance in brain QUIN metabolism or perhaps a response to antiepileptic drugs. RÉSUMÉ L'acide quinolinique (QUIN) qui est une neurotoxine douée de propriétés convulsivantes lorsqu'elle est injectée directement dans le cerveau d'animaux de laboratoire, a donc été impliqué dans l'étiologie des épilepsies humaines. Dans ce travail, les auteurs ont quantifié les taux de QUIN dans le liquide céphalorachidien (LCR) et dans le néocortex temporal de lobes enlevés chirurgicalement, au niveau des zones épileptogènes (foyers) et à distance de ces zones (non-foyers). Le L tryptophane (L-TRP), Précurseur supposé du QUIN, a également été dosé dans le cerveau; dans le LCR ont également été dosés le L-TRP, le 5-hydroxyindolacétate (5-HIA) et l'acide homovanillique (HVA). Il n'a pas été constateé de différences dans les concentrations de QUIN et de L-TRP entre le foyer et les régions non focales pour 15 paires d'échantillons. Il n'a pas été constaté de différences dans les taux de L-TRP, 5 HIAA et HVA dans le LCR de 11 contrôles neurologiquement normaux et sur les échantillons recueillis chez les patients épileptiques (15 en inter-critique. (absence de crises depuis plus de 24 heures), 20 en post-critique (moins de 50 minutes après une crise)). Cependant, les taux de QUIN du LCR étaient significativement plus bas (32%) chez les Patients épileptiques que chez les contrôles, ce qui évoque une Perturbation généralisée du métabolisme du QUIN cérébral, ou Peut-être une réponse au traitement antiépileptique. RESUMEN El ácido quinolínico (QUIN) es una neurotoxina y agente convulsivante cuando se inyecta directamente en el cerebro de animales experimentales y, como tál, ha sido implicado en la etiología de trastornos convulsivos humanos. En este estudio hemos cuantificado el QUIN en el líquido cefalorraquídeo (LCR) y en regiones con puntas (foco) o sin puntas (no foco) que habían sido resacadas quirúrgicamente del neocortex temporal humano. El L-Triptófano (L-TRC), posible precursor del QUIN, también se midió en el cerebro a la vez que se determinaron las concentraciones en el LCR del L-TRC, del ácido 5-hidroxindolacético (5-HIAA) y del ácido homovanílico (HVA). En el tejido cerebral no se encontraron diferencias en las concentraciones del QUIN ni del L-TRP entre la región del foco y la región del no-foco en 15 pares de muestras. No se encontraron diferencias en las concentraciones en el LCR del L-TRP, 5-HIAA o del HVA entre 11 controles neurológicamente normales y 15 muestras interictales (sin ataques durante más de 24 horas) y 20 muestras post-ictales (durante los 50 minutos después de un ataque) de enfermos epilépticos. Sin embargo las concentraciones del QUIN en el LCR fueron significativamente más bajas (32%) en pacientes epilépticos comparadas con los controles, lo cual puede indicar que existe una trastorno generalizado en el metabolismo cerebral del QUIN o, quizás, que se trata de una respuesta a la medicación anti-epiléptica. ZUSAMMENFASSUNG Quinolinsäure (QUIN) ist ein konvulsives Neurotoxin, wenn es im Tierexperiment direkt in das Gehirn gebracht wird und ist deshalb bei der Entstehung mensch-licher Anfallskrankheiten beteiligt. Wir haben Quin-Konzentrationen im Liquor (CSF) und in Spike-Foci und beim resezierten, menschlichen temporalen Neocortex quantitativ bestimmt. Zusätzlich wurde L-Tryptophan (L-TRP) als möglicher Präcursor von Quin im Gehirn gemessen, zusammen mit den Liquorkonzentrationen von L-Tryptophan, von 5-Hydroxyindolessigsäure (5-HIAA) und Homovanillinsäure (HVA). Bei den Hirnproben wurden keine Unterschiede in der Quin-und L-TRP-Konzentration zwischen Fokus und anderen Regionen bei 15 Proben gefunden. Ebenfalls gab es keine Differenzen der Liquor- L-TRP, 5-HIAA- und HVA- Konzentrationen zwischen 11 neurologisch gesunden Kontrollen und 15 interiktalen (keine Anfälle in den letzten 24 Stunden) und bei 20 postiktalen (Anfälle innerhalb der letzten 50 Minuten)—epileptischen Patienten. Die Quin- Liquorkonzentrationen waren jedoch signifikant niedriger (32%) bei den epileptischen Patienten im Vergleich zu Kontrollen, was auf eine generalisierte Störung im zerebralen QuinMetabolismus hinweist oder als Anwort auf die antiepileptische Medikation zu sehen ist.

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