科學家揭示谷氨酸能神經元對睡眠穩態調節的重要作用

    睡眠穩態是睡眠持續時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，促進睡眠的促眠因素積聚并導致睡眠壓力增加或我們需要睡眠。數十年的研究已經確定了許多與睡眠穩態有關的基因、分子和生化過程。在與睡眠穩態有關的各種過程中，腺苷是細胞代謝途徑的重要組成部分，是睡眠穩態的重要生理介質。在基底前腦（BF）中釋放的腺苷在調節睡眠-覺醒周期中起著至關重要的作用，可以抑制由腺苷A1受體介導的神經活動并增加睡眠壓力。另外，睡眠-覺醒周期是由大腦中神經活動的不同模式控制的，但是這種神經活動如何促進睡眠體內平衡尚不清楚。

    2020年9月4日，中國科學院神經研究所徐敏團隊在Science 在線發表題為“Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons”的研究論文，該項研究利用新型遺傳編碼的腺苷探針，揭示了基底前腦區域的谷氨酸能神經元在介導清醒狀態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，發現基底前腦區的腺苷濃度在清醒狀態時較高，在非快速眼動睡眠時較低，這與之前采用微透析法測量腺苷濃度變化的研究結果相一致，然而，小鼠的快速眼動睡眠時長較短，傳統的微透析方法無法對快速眼動睡眠時期的腺苷濃度進行精確測量。得益于該探針的高時間分辨率，該研究組首次發現，腺苷在快速眼動睡眠時期也存在很高的濃度，并且高于清醒和非快速眼動睡眠狀態。研究者觀察到，腺苷濃度在睡眠時相轉變時存在快速的變化，提示其與神經元的活動密切相關。為了進一步探究腺苷濃度增加與神經元活動的關系，研究組探究了基底前腦區兩類神經元：乙酰膽堿能神經元和谷氨酸能神經元與腺苷濃度變化的相關性和因果性。試驗分析，這兩類神經元的鈣活動與胞外腺苷濃度高度相關，并且神經活動總是提前于腺苷釋放。該研究表明，谷氨酸能神經元的活動參與調控胞外腺苷積累過程。

    綜上，該研究團隊發現基底前腦區的谷氨酸能神經元對于睡眠壓力的積累起著重要的調控作用，進一步揭示了睡眠穩態調控的神經環路機制，為深入研究睡眠穩態調節機制奠定了堅實的基礎，為探索睡眠障礙的治療方法提供了重要參考。