科學(xué)研究：一百多年來睡眠研究都找錯了方向？


圖片來源：Pixabay
發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）雜志上的一項新研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞在調(diào)節(jié)睡眠睡眠方面可能與神經(jīng)元一樣重要。
在美國華盛頓州立大學(xué)（Washington State University）埃爾森·弗洛伊德醫(yī)學(xué)院（Elson S. Floyd College of Medicine）的研究人員的帶領(lǐng)下，這項研究為最終揭開我們?yōu)楹嗡咭约八叩拇竽X過程的謎題指出了新的方向。針對睡眠障礙、神經(jīng)疾病以及其他與睡眠問題相關(guān)的疾病，如PTSD（創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙）、抑郁癥、阿爾茨海默癥和自閉癥譜系障礙，這項發(fā)現(xiàn)也可能為未來的潛在治療策略奠定基礎(chǔ)。
該研究的第一作者、博士后研究助理Ashley Ingiosi說：“我們對睡眠的了解很大程度上取決于神經(jīng)元?！彼忉屨f，神經(jīng)元通過可以通過電信號進(jìn)行交流，而這些電信號很容易被腦電圖（EEG）捕獲到。而星形膠質(zhì)細(xì)胞是一種與神經(jīng)元相互作用的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，它不使用電信號，而是使用一種稱為鈣信號的過程來控制其活動。


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一項新研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞（呈星形的腦細(xì)胞）在調(diào)節(jié)睡眠睡眠方面可能與神經(jīng)元（大腦的神經(jīng)細(xì)胞）一樣重要。盡管有一些研究暗示星形膠質(zhì)細(xì)胞可能在睡眠中發(fā)揮作用，但直到最近才有可靠的科學(xué)工具來研究其鈣離子活性，Ingiosi說。
為了更深入地研究星形膠質(zhì)細(xì)胞在睡眠中的作用，她和共同作者們使用了嚙齒動物模型，來記錄星形膠質(zhì)細(xì)胞在整個睡眠和清醒過程以及睡眠剝奪后的鈣活性。他們使用了一種熒光鈣指示劑，能夠通過微型頭戴式顯微鏡成像，可以在小鼠四處活動并表現(xiàn)出正常行為時，直接觀察它們的大腦。該指示劑使研究小組能夠觀察在小鼠的睡眠和清醒狀態(tài)下，鈣驅(qū)動的熒光活動如何在星形膠質(zhì)細(xì)胞中閃爍。得益于這種獨(dú)特的使用微型顯微鏡的方法，研究小組才能首次在自由行動的動物身上研究睡眠中星形膠質(zhì)細(xì)胞的鈣活性。
研究團(tuán)隊著手回答兩個主要問題：星形膠質(zhì)細(xì)胞是否像神經(jīng)元一樣，在睡眠和清醒狀態(tài)之間發(fā)生動態(tài)變化？星形膠質(zhì)細(xì)胞是否在調(diào)節(jié)睡眠需求、即我們的自然睡眠驅(qū)動力方面中發(fā)揮作用？
大腦額葉皮層與睡眠需要相關(guān)的可測量的腦電圖變化有關(guān)，通過觀察這一區(qū)域的星形膠質(zhì)細(xì)胞，他們發(fā)現(xiàn)它的活性在整個睡眠—覺醒周期中動態(tài)變化，神經(jīng)元也是如此。他們還觀察到，在休息階段開始時鈣活動最多，也就是睡眠需求最大的階段；而在測試階段結(jié)束時鈣活動最少，也就是睡眠需求消失的時候。


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接下來，他們讓小鼠在正常休息階段的前6個小時保持清醒狀態(tài)，并觀察到鈣的活動與睡眠中EEG慢波活動的變化同步，而EEG慢波活動是睡眠需求的關(guān)鍵指標(biāo)。也就是說，他們發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣活動的增加，而在小鼠被允許睡眠后，這種活性會降低。
他們的下一個問題是，通過基因操縱改變星形膠質(zhì)細(xì)胞的鈣活性是否會影響睡眠調(diào)節(jié)。為了找出答案，他們研究了在星形膠質(zhì)細(xì)胞中選擇性缺乏STIM1蛋白的小鼠，這種蛋白會減少可用的鈣的含量。在被剝奪睡眠后，這些小鼠的睡眠時間和困倦程度都不及正常小鼠，這進(jìn)一步證實(shí)了早期發(fā)現(xiàn)，表明星形膠質(zhì)細(xì)胞在調(diào)節(jié)睡眠需求中發(fā)揮重要作用。
最后，他們檢驗(yàn)了以下假設(shè)，即星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣活性僅反映神經(jīng)元的電活動。此前的研究表明，在非快速眼動睡眠期間和睡眠剝奪后，神經(jīng)元的電活動變得更加同步；但研究人員發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的情況正好相反，在非快速眼動睡眠和睡眠剝奪后，鈣活動變得不那么同步。
“這向我們表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞并不是被動地跟隨神經(jīng)元的引導(dǎo)，”Ingiosi說：“而且，由于星形膠質(zhì)細(xì)胞不一定表現(xiàn)出與神經(jīng)元相同的活動模式，這實(shí)際上可能暗示星形膠質(zhì)細(xì)胞在調(diào)節(jié)睡眠和睡眠需求方面具有更直接的作用。”
Ingiosi說，需要更多的研究來進(jìn)一步闡明星形膠質(zhì)細(xì)胞在睡眠和睡眠調(diào)節(jié)中的作用。她計劃在已被證明對睡眠和清醒很重要的大腦其他部位研究星形膠質(zhì)細(xì)胞的鈣活動。此外，她還想研究星形膠質(zhì)細(xì)胞與大腦中不同神經(jīng)遞質(zhì)的相互作用，以開始梳理出星形膠質(zhì)細(xì)胞驅(qū)動睡眠和睡眠需求的機(jī)制。
文章資深作者、生物醫(yī)學(xué)教授Marcos Frank表示：“我們的研究結(jié)果表明，100多年來我們可能一直在錯誤的地方尋找。研究提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，表明我們應(yīng)該以星形膠質(zhì)細(xì)胞為目標(biāo)，以了解我們?yōu)楹我约叭绾稳胨?，以及開發(fā)出新的治療方法，以幫助患有睡眠紊亂和其他涉及異常睡眠的疾病的人?！?br> 翻譯：王嘉媛
審校：戚譯引
引進(jìn)來源：華盛頓州立大學(xué)
引進(jìn)鏈接：https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-09/wsu-tsb091620.php
本文來自：環(huán)球科學(xué)



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