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)。在調(diào)節(jié)睡眠-覺醒周期中起關(guān)鍵作用的基底前腦（BF）釋放的腺苷可以抑制A1受體介導(dǎo)的神經(jīng)活動(dòng)并增加睡眠壓力。此外，睡眠-覺醒周期是由大腦中不同的神經(jīng)活動(dòng)模式控制的，但這種神經(jīng)活動(dòng)是如何導(dǎo)致睡眠穩(wěn)態(tài)的目前還不清楚。近期發(fā)表的一項(xiàng)研究中，來自中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院等研究中心的研究人員通過詳細(xì)研究BF中腺苷增加的機(jī)制來探索睡眠穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)控制。

研究人員首先設(shè)計(jì)了一種高靈敏度、高特異性和高時(shí)間分辨率的基因編碼的G蛋白耦聯(lián)受體激活型腺苷傳感器（GRABAdo），其中細(xì)胞外腺苷的增加可以用綠色熒光蛋白產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度表示。使用GRABAdo，研究人員首先測(cè)量了小鼠睡眠-覺醒周期中細(xì)胞外腺苷濃度的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)用光纖光度法記錄了不同BF神經(jīng)元的Ca2+活性和腺苷濃度變化，探討腺苷升高與神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)系。

快速腺苷動(dòng)態(tài)變化和睡眠穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)控制

研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外腺苷的含量在清醒時(shí)較高，而在非快速眼動(dòng)（NREM）睡眠時(shí)較低。得益于GRABAdo的高分辨率，研究還發(fā)現(xiàn)在快速眼動(dòng)睡眠期間腺苷顯著增加，并揭示了在大腦狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間腺苷濃度的快速變化，提示其與神經(jīng)元活動(dòng)密切相關(guān)。

同時(shí)光纖光度法記錄不同BF神經(jīng)元的Ca2+活性和細(xì)胞外腺苷濃度的變化表明，膽堿能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元的活性與腺苷濃度的變化高度相關(guān)。選擇性地切除BF谷氨酸能神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外腺苷的數(shù)量顯著減少。此外，BF谷氨酸能神經(jīng)元選擇性損傷的小鼠表現(xiàn)出睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)受損，在活躍期覺醒顯著增強(qiáng)。睡眠剝奪后睡眠時(shí)長的增加顯著低于對(duì)照組小鼠，并且睡眠壓力的清除速率顯著快于對(duì)照組小鼠。以上實(shí)驗(yàn)表明，BF谷氨酸能神經(jīng)元對(duì)睡眠壓力的積累起到了重要的調(diào)控作用。

該研究證實(shí)了BF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扮演著重要角色，為進(jìn)一步研究睡眠穩(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。

Science 2020;369, eabb0556