科學(xué)家揭示谷氨酸能神經(jīng)元對(duì)睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的重要作用

    睡眠穩(wěn)態(tài)是睡眠持續(xù)時(shí)間與清醒之間的平衡，是睡眠-覺醒周期的基本特征。在清醒期間，促進(jìn)睡眠的促眠因素積聚并導(dǎo)致睡眠壓力增加或我們需要睡眠。數(shù)十年的研究已經(jīng)確定了許多與睡眠穩(wěn)態(tài)有關(guān)的基因、分子和生化過程。在與睡眠穩(wěn)態(tài)有關(guān)的各種過程中，腺苷是細(xì)胞代謝途徑的重要組成部分，是睡眠穩(wěn)態(tài)的重要生理介質(zhì)。在基底前腦（BF）中釋放的腺苷在調(diào)節(jié)睡眠-覺醒周期中起著至關(guān)重要的作用，可以抑制由腺苷A1受體介導(dǎo)的神經(jīng)活動(dòng)并增加睡眠壓力。另外，睡眠-覺醒周期是由大腦中神經(jīng)活動(dòng)的不同模式控制的，但是這種神經(jīng)活動(dòng)如何促進(jìn)睡眠體內(nèi)平衡尚不清楚。

    2020年9月4日，中國科學(xué)院神經(jīng)研究所徐敏團(tuán)隊(duì)在Science 在線發(fā)表題為“Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons”的研究論文，該項(xiàng)研究利用新型遺傳編碼的腺苷探針，揭示了基底前腦區(qū)域的谷氨酸能神經(jīng)元在介導(dǎo)清醒狀態(tài)下睡眠壓力的積累中所扮演的重要角色。

    研究人員利用該腺苷探針，發(fā)現(xiàn)基底前腦區(qū)的腺苷濃度在清醒狀態(tài)時(shí)較高，在非快速眼動(dòng)睡眠時(shí)較低，這與之前采用微透析法測(cè)量腺苷濃度變化的研究結(jié)果相一致，然而，小鼠的快速眼動(dòng)睡眠時(shí)長較短，傳統(tǒng)的微透析方法無法對(duì)快速眼動(dòng)睡眠時(shí)期的腺苷濃度進(jìn)行精確測(cè)量。得益于該探針的高時(shí)間分辨率，該研究組首次發(fā)現(xiàn)，腺苷在快速眼動(dòng)睡眠時(shí)期也存在很高的濃度，并且高于清醒和非快速眼動(dòng)睡眠狀態(tài)。研究者觀察到，腺苷濃度在睡眠時(shí)相轉(zhuǎn)變時(shí)存在快速的變化，提示其與神經(jīng)元的活動(dòng)密切相關(guān)。為了進(jìn)一步探究腺苷濃度增加與神經(jīng)元活動(dòng)的關(guān)系，研究組探究了基底前腦區(qū)兩類神經(jīng)元：乙酰膽堿能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元與腺苷濃度變化的相關(guān)性和因果性。試驗(yàn)分析，這兩類神經(jīng)元的鈣活動(dòng)與胞外腺苷濃度高度相關(guān)，并且神經(jīng)活動(dòng)總是提前于腺苷釋放。該研究表明，谷氨酸能神經(jīng)元的活動(dòng)參與調(diào)控胞外腺苷積累過程。

    綜上，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)基底前腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元對(duì)于睡眠壓力的積累起著重要的調(diào)控作用，進(jìn)一步揭示了睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，為深入研究睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為探索睡眠障礙的治療方法提供了重要參考。