摘要：如果睡眠壓力減小了，人們所需的睡眠時間也就減少了

明明熬了夜，去除谷氨酸能神經(jīng)元后，實驗小鼠的睡眠時間減少了20%。中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心徐敏研究組與北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李毓龍研究組，發(fā)現(xiàn)基底前腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元對于睡眠壓力的積累起著重要的調(diào)控作用，揭示了睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，為探索睡眠障礙的治療方法提供了重要參考。解放日報·上觀新聞記者獲悉，2020年9月4日，該研究成果發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

人類大約有三分之一的時間用于睡眠，然而睡眠是如何被調(diào)節(jié)的目前尚不清楚。睡眠行為最核心的特征就是睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控：隨著清醒時間的延長，睡眠壓力逐漸增加，并最終導(dǎo)致了我們的睡眠。所謂睡眠壓力，就是睡眠驅(qū)動力，也就是俗稱的困意。睡眠，就是睡眠壓力被逐漸清除的過程。睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會在睡眠受到干擾時發(fā)揮作用，一般而言，熬夜之后睡得更“香”且時間更長。

目前，主流理論認(rèn)為基底前腦區(qū)的能量代謝產(chǎn)物“腺苷”參與到了睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程中，其在清醒狀態(tài)下的積累導(dǎo)致了“困意”的產(chǎn)生，而咖啡的主要成分咖啡因可以通過阻斷腺苷與其受體的結(jié)合而達(dá)到促進(jìn)清醒的效果。基底前腦被認(rèn)為是腺苷參與睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的重要腦區(qū)，然而神經(jīng)元活動調(diào)控腺苷釋放的機(jī)制目前還不清楚。這限制了人們對睡眠覺醒調(diào)控機(jī)制的深入解析。

李毓龍研究組開發(fā)了一種新型的遺傳編碼的腺苷探針，實現(xiàn)了對腺苷濃度的高時空分辨率檢測，過去取樣需要10分鐘，現(xiàn)在提速到了0.1秒。利用該腺苷探針，徐敏研究組首次發(fā)現(xiàn)，小鼠的腺苷在快速眼動睡眠時期存在很高的濃度，并且高于清醒和非快速眼動睡眠狀態(tài)。他們觀察到，腺苷濃度在“快速眼動睡眠”和“非快速眼動睡眠”轉(zhuǎn)變時存在快速的變化，提示其與神經(jīng)元的活動密切相關(guān)。

徐敏研究組發(fā)現(xiàn)，基底前腦區(qū)的“乙酰膽堿能神經(jīng)元”和“谷氨酸能神經(jīng)元”與腺苷濃度高度相關(guān)，而谷氨酸能神經(jīng)元的激活是腺苷濃度增加的主要原因。研究人員特異性損毀基底前腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元，結(jié)果表明，腺苷濃度的增加顯著低于對照組小鼠。以上試驗表明，谷氨酸能神經(jīng)元的活動參與調(diào)控胞外腺苷積累過程。

前人的研究表明，腺苷積累受損會導(dǎo)致睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)異常。那么，谷氨酸能神經(jīng)元的缺失是否會影響睡眠穩(wěn)態(tài)呢？徐敏研究組發(fā)現(xiàn)，谷氨酸能神經(jīng)元缺失的小鼠睡眠穩(wěn)態(tài)發(fā)生了改變: 清醒時長顯著增加，小鼠的睡眠時間減少了20%，并且睡眠壓力的清除速率也顯著快于對照組小鼠。這表明，谷氨酸能神經(jīng)元對睡眠壓力的積累起到了重要調(diào)控作用。“谷氨酸能神經(jīng)元是調(diào)控睡眠壓力的一個關(guān)鍵節(jié)點，有可能成為治療睡眠障礙的一個潛在靶點。不過，目前并沒有對這群神經(jīng)元進(jìn)行無創(chuàng)特異調(diào)控的工具。”徐敏說。

睡眠調(diào)控的研究主要可分成兩個“學(xué)派”，一個是從神經(jīng)活動入手，另一個是從基因分子入手。在過去幾十年，這兩個方向都取得了很大的進(jìn)步，但這兩個方向的研究基本上相互獨立。該工作通過研究神經(jīng)活動對腺苷釋放的調(diào)控，首次把這兩個方向有機(jī)融合了起來。

睡眠紊亂，比如最常見的失眠，是困擾現(xiàn)代社會人群的一大頑疾?！?strong>震驚世界的切爾諾貝利核電站事故就是由于倒班工人睡眠不足引發(fā)的。如果睡眠壓力減小了，人們所需的睡眠時間也就減少了。我們計劃進(jìn)一步確定上述調(diào)控機(jī)制的普適性，這將有助于探尋‘我們?yōu)槭裁葱枰摺@一終極問題，希望通過理解大腦調(diào)控睡眠的神經(jīng)機(jī)理，從而使人們有更高效的睡眠、更高質(zhì)量的清醒?！毙烀粽f。