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文獻(xiàn)精讀第39期

連續(xù)的周期性的節(jié)律對(duì)于睡眠生理至關(guān)重要。對(duì)于健康人群來講，每夜的睡眠包含4~5個(gè)周期性的非快眼動(dòng)睡眠（NREM）和快眼動(dòng)睡眠（REM）兩個(gè)時(shí)相的交替循環(huán)。與NREM的深睡狀態(tài)不同，REM是一種活躍的睡眠狀態(tài)。REM與大腦發(fā)育和記憶有關(guān)，其失調(diào)會(huì)導(dǎo)致多種睡眠障礙，如嗜睡癥。盡管現(xiàn)有的研究已經(jīng)確定了一些與REM活動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)的腦區(qū)，包括背外側(cè)被蓋核（sublaterodorsal nucleus, SLD）、延髓腹側(cè)、外側(cè)下丘腦（lateral hypothalamus, LH）等。然而，到目前為止，我們對(duì)于REM的終止以及相關(guān)病理性睡眠的神經(jīng)機(jī)制仍然無法確定。

2022年10月25日，復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系黃志力教授團(tuán)隊(duì)在Cell Discovery雜志上發(fā)表題為“A cluster of mesopontine GABAergic neurons suppresses REM sleep and curbs cataplexy”的研究成果，在該研究中，作者發(fā)現(xiàn)位于腦干深部中腦核團(tuán)背側(cè)部（dorsal part of the deep mesencephalic nucleus, dDpMe）的GABA能神經(jīng)元能夠高效終止REM睡眠，防止REM睡眠過長(zhǎng)，并且能夠降低發(fā)作性睡病猝倒的發(fā)生，為嗜睡癥的治療提供了一個(gè)極具前景的治療靶點(diǎn)。該文章中，復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理系黃志力教授、丁鳳菲青年研究員、曲衛(wèi)敏教授為論文的共同通訊作者，團(tuán)隊(duì)成員陳澤卡、董輝、劉成偉為論文的共同第一作者。

已有的研究證實(shí)，dDpMe損傷會(huì)持續(xù)增加REM，dDpMe中的GABA能神經(jīng)元投射到SLD（REM睡眠的關(guān)鍵中樞），并且在剝奪REM時(shí)被激活。在人類中，dDpMe相關(guān)的腦橋損傷會(huì)造成過度的REM并引發(fā)猝倒和視覺幻覺。然而，對(duì)于dDpMe中的GABA能神經(jīng)元如何調(diào)節(jié)REM-NREM的轉(zhuǎn)換并在REM相關(guān)疾病中發(fā)揮作用的機(jī)制，目前的研究尚未有報(bào)道。

在該研究中，作者首先利用光纖記錄和在體多通道記錄技術(shù)，對(duì)dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在REM中的自發(fā)活動(dòng)進(jìn)行了分析。這些抑制性神經(jīng)元在清醒或NREM時(shí)表現(xiàn)活躍，而在REM時(shí)則最不活躍，并且在睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)其活動(dòng)信號(hào)也發(fā)生改變。按這些神經(jīng)元的放電特征，作者將其分為1型和2型兩類，其中1型神經(jīng)元在REM中放電活性最低。這些結(jié)果表明，dDpMe中的GABA能神經(jīng)元參與了REM以及睡眠時(shí)相轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)。
 

圖1.dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在不同睡眠時(shí)相中的活性
 

隨后，作者利用光遺傳學(xué)和RNA干擾等手段揭示了dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在REM終止和睡眠連續(xù)性中的關(guān)鍵作用。dDpMe中的GABA能神經(jīng)元通過對(duì)SLD和LH的神經(jīng)投射來抑制REM，促進(jìn)NREM。并且，下游SLD中的谷氨酸能神經(jīng)元對(duì)于dDpMe中的GABA能神經(jīng)元終止REM至關(guān)重要。
 

圖2.dDpMe中的GABA能神經(jīng)元對(duì)REM終止和REM-NREM切換至關(guān)重要

臨床上發(fā)作性睡病患者，在發(fā)生猝倒時(shí)，常伴有腦電信號(hào)theta波升高、肌張力消失等REM樣睡眠表型。因此，作者進(jìn)一步探討了dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在猝倒治療中的應(yīng)用。在下丘腦食欲素能神經(jīng)元特異性損毀的小鼠猝倒模型中，特異性激活dDpMe中的GABA能神經(jīng)元可有效阻止小鼠猝倒發(fā)作。這一結(jié)果證實(shí)，dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在抑制猝倒發(fā)作中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)也進(jìn)一步詮釋了發(fā)作性睡病的病理生理機(jī)制。
 

圖3.激活dDpMe中的GABA能神經(jīng)元可以抑制小鼠的猝倒發(fā)作
 

綜上，該研究發(fā)現(xiàn)dDpMe中的GABA能神經(jīng)元的神經(jīng)活動(dòng)與大腦狀態(tài)密切相關(guān)，其主要通過dDpMe^GABA-SLD/LH神經(jīng)環(huán)路在REM終止和REM-NREM轉(zhuǎn)換中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，作者還發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元是猝倒治療的一個(gè)重要靶點(diǎn)，這將為未來嗜睡癥的治療提供理論依據(jù)。
 

研究方法亮點(diǎn)

這項(xiàng)工作揭示了dDpMe中GABA能神經(jīng)元REM終止和睡眠轉(zhuǎn)換中的重要作用。研究用到了腦立體定位注射、光纖記錄、光遺傳學(xué)、電生理記錄以及免疫組化等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務(wù)。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德的腦立體定位注射系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)的順利開展提供了支持。此外，瑞沃德還可提供的該研究所涉及的光纖記錄、光遺傳學(xué)、電生理記錄以及免疫組化等實(shí)驗(yàn)的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外100多個(gè)國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球700+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認(rèn)可。
 

論文原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41421-022-00456-5