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科学家发现睡得更香的奥秘

谷氨酸能神经元对睡眠质量起重要调控作用
2020-09-08 00:40:45 来源:申博现金赌场登入

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  (记者王潇雨)睡眠紊乱是困扰现代社会人群的一大顽疾。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海脑科学与类脑研究中心徐敏研究组,与北京大学生命科学学院李毓龙研究组合作,利用新型遗传编码的腺苷探针,发现基底前脑区的谷氨酸能神经元对睡眠压力的积累起着重要的调控作用,进一步揭示了睡眠稳态调控的神经环路机制,为探索睡眠障碍的治疗方法提供了重要参考。9月4日,《科学》杂志发表了该研究论文。


  经典的睡眠调控模型认为,睡眠的调节分为昼夜节律和睡眠稳态两个方面。昼夜节律与生物钟相关,而睡眠稳态主要由睡眠压力进行调控。

  “睡眠行为最核心的特征就是睡眠稳态调控。随着清醒时间的延长,睡眠压力逐渐增加,并最终导致了睡眠。比如说,熬夜之后睡得更香并且时间更长,而睡眠本身也就是睡眠压力被逐渐清除的过程。”徐敏介绍。

  目前的主流理论认为,腺苷参与到睡眠稳态调节过程中,其在清醒状态下的积累导致困意产生。喝咖啡可以提神,就是因为咖啡因可以阻断腺苷与其受体的结合,而达到促进清醒的效果。

  而基底前脑被认为是腺苷参与睡眠稳态调控的重要脑区。已有研究表明,这一区域的局部神经环路参与到睡眠觉醒的调控中,但神经元活动调控腺苷释放的机制尚不清楚。

  据了解,睡眠调控的研究主要可以分成两个学派:一个是从神经环路角度入手研究不同脑区对睡眠觉醒的调控,另一个是从基因分子等入手研究睡眠稳态的调控。

  参与此次研究的博士研究生宋鹍介绍:“在过去几十年,这两个方向都取得了很大的进展,但又是相互独立的。我们的工作是把这两个方向有机地结合了起来。我们还发现,维持和促进觉醒的神经元和导致睡眠压力增加的神经元可能是同一群神经元。这些神经元在促进机体清醒的同时,也存在不可避免的副作用,通过刺激腺苷的释放而导致睡眠压力增加。”

  为了实现在睡眠觉醒周期中对基底前脑区胞外腺苷浓度高时空分辨率的检测,李毓龙研究组开发了一种新型遗传编码的腺苷探针。该探针可以将胞外腺苷浓度的变化转化为探针荧光强度的快速变化,以实现快速测量。这也正是传统微透析方法无法做到的。

  “正是得益于该探针的高时间分辨率,我们首次发现,腺苷在快速眼动睡眠时期也存在很高的浓度,并且高于清醒和非快速眼动睡眠状态。我们还观察到,腺苷浓度在睡眠时相转变时存在快速的变化,提示其与神经元的活动密切相关。”徐敏说。

  为进一步探究腺苷浓度增加与神经元活动的关系,徐敏研究组探究了基底前脑区两类神经元:乙酰胆碱能神经元和谷氨酸能神经元与腺苷浓度变化的相关性和因果性。结果表明,这两类神经元的钙活动与胞外腺苷浓度高度相关,而谷氨酸能神经元的激活是腺苷浓度增加的主要原因。

  接着,研究人员检测了特异性损毁基底前脑区的谷氨酸能神经元,结果看到,胞外腺苷浓度的增加显著低于对照组小鼠,这些都表明,谷氨酸能神经元的活动参与调控胞外腺苷积累过程。

  “前人研究表明,基底前脑区腺苷积累受损会导致睡眠稳态调节异常,于是我们猜测,基底前脑区谷氨酸能神经元的缺失可能会影响睡眠稳态。结果表明,基底前脑区谷氨酸能神经元缺失的小鼠清醒时长显著增加,并且睡眠被剥夺后,它们的睡眠时长的增加显著低于对照组小鼠,并且睡眠压力的清除速率显著快于对照组小鼠。这一系列实验表明,基底前脑区的谷氨酸能神经元对睡眠压力的积累起到了重要调控作用。”研究人员、博士研究生彭婉玲说。

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