腦立體定位注射系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)終止REM睡眠新核團中的應用
帶你看文獻，只做純干貨
文獻精讀第39期
連續(xù)的周期性的節(jié)律對于睡眠生理至關重要。對于健康人群來講，每夜的睡眠包含4~5個周期性的非快眼動睡眠（NREM）和快眼動睡眠（REM）兩個時相的交替循環(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，其失調會導致多種睡眠障礙，如嗜睡癥。盡管現(xiàn)有的研究已經(jīng)確定了一些與REM活動調節(jié)相關的腦區(qū)，包括背外側被蓋核（sublaterodorsal nucleus, SLD）、延髓腹側、外側下丘腦（lateral hypothalamus, LH）等。然而，到目前為止，我們對于REM的終止以及相關病理性睡眠的神經(jīng)機制仍然無法確定。
2022年10月25日，復旦大學基礎醫(yī)學院藥理學系黃志力教授團隊在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背側部（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，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極具前景的治療靶點。該文章中，復旦大學基礎醫(yī)學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，團隊成員陳澤卡、董輝、劉成偉為論文的共同第一作者。
已有的研究證實，dDpMe損傷會持續(xù)增加REM，dDpMe中的GABA能神經(jīng)元投射到SLD（REM睡眠的關鍵中樞），并且在剝奪REM時被激活。在人類中，dDpMe相關的腦橋損傷會造成過度的REM并引發(fā)猝倒和視覺幻覺。然而，對于dDpMe中的GABA能神經(jīng)元如何調節(jié)REM-NREM的轉換并在REM相關疾病中發(fā)揮作用的機制，目前的研究尚未有報道。
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，對dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在REM中的自發(fā)活動進行了分析。這些抑制性神經(jīng)元在清醒或NREM時表現(xiàn)活躍，而在REM時則最不活躍，并且在睡眠狀態(tài)轉換時其活動信號也發(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。這些結果表明，dDpMe中的GABA能神經(jīng)元參與了REM以及睡眠時相轉換的調節(jié)。
圖1.dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在不同睡眠時相中的活性
隨后，作者利用光遺傳學和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)性中的關鍵作用。dDpMe中的GABA能神經(jīng)元通過對SLD和LH的神經(jīng)投射來抑制REM，促進NREM。并且，下游SLD中的谷氨酸能神經(jīng)元對于dDpMe中的GABA能神經(jīng)元終止REM至關重要。
圖2.dDpMe中的GABA能神經(jīng)元對REM終止和REM-NREM切換至關重要
臨床上發(fā)作性睡病患者，在發(fā)生猝倒時，常伴有腦電信號theta波升高、肌張力消失等REM樣睡眠表型。因此，作者進一步探討了dDpMe中的GABA能神經(jīng)元在猝倒治療中的應用。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。這一結果證實，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，同時也進一步詮釋了發(fā)作性睡病的病理生理機制。
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)活動與大腦狀態(tài)密切相關，其主要通過dDpMeGABA-SLD/LH神經(jīng)環(huán)路在REM終止和REM-NREM轉換中發(fā)揮關鍵作用。此外，作者還發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元是猝倒治療的一個重要靶點，這將為未來嗜睡癥的治療提供理論依據(jù)。
研究方法亮點
這項工作揭示了dDpMe中GABA能神經(jīng)元REM終止和睡眠轉換中的重要作用。研究用到了腦立體定位注射、光纖記錄、光遺傳學、電生理記錄以及免疫組化等實驗技術。瑞沃德深耕生命科學研究領域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務。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)，為實驗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、電生理記錄以及免疫組化等實驗的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務覆蓋海內(nèi)外100多個國家和地區(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)廣泛認可。
論文原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41421-022-00456-5
