睡眠稳态是睡眠持续时间与清醒之间的平衡,是睡眠-觉醒周期的基本特征。在清醒期间,促进睡眠的促眠因素积聚并导致睡眠压力增加或我们需要睡眠。数十年的研究已经确定了许多与睡眠稳态有关的基因、分子和生化过程。在与睡眠稳态有关的各种过程中,腺苷是细胞代谢途径的重要组成部分,是睡眠稳态的重要生理介质。在基底前脑(BF)中释放的腺苷在调节睡眠-觉醒周期中起着至关重要的作用,可以抑制由腺苷A1受体介导的神经活动并增加睡眠压力。另外,睡眠-觉醒周期是由大脑中神经活动的不同模式控制的,但是这种神经活动如何促进睡眠体内平衡尚不清楚。

  2020年9月4日,中国科学院神经研究所徐敏团队在Science 在线发表题为“Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons”的研究论文,该项研究利用新型遗传编码的腺苷探针,揭示了基底前脑区域的谷氨酸能神经元在介导清醒状态下睡眠压力的积累中所扮演的重要角色。

  研究人员利用该腺苷探针,发现基底前脑区的腺苷浓度在清醒状态时较高,在非快速眼动睡眠时较低,这与之前采用微透析法测量腺苷浓度变化的研究结果相一致,然而,小鼠的快速眼动睡眠时长较短,传统的微透析方法无法对快速眼动睡眠时期的腺苷浓度进行精确测量。得益于该探针的高时间分辨率,该研究组首次发现,腺苷在快速眼动睡眠时期也存在很高的浓度,并且高于清醒和非快速眼动睡眠状态。研究者观察到,腺苷浓度在睡眠时相转变时存在快速的变化,提示其与神经元的活动密切相关。为了进一步探究腺苷浓度增加与神经元活动的关系,研究组探究了基底前脑区两类神经元:乙酰胆碱能神经元和谷氨酸能神经元与腺苷浓度变化的相关性和因果性。试验分析,这两类神经元的钙活动与胞外腺苷浓度高度相关,并且神经活动总是提前于腺苷释放。该研究表明,谷氨酸能神经元的活动参与调控胞外腺苷积累过程。

  综上,该研究团队发现基底前脑区的谷氨酸能神经元对于睡眠压力的积累起着重要的调控作用,进一步揭示了睡眠稳态调控的神经环路机制,为深入研究睡眠稳态调节机制奠定了坚实的基础,为探索睡眠障碍的治疗方法提供了重要参考。

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