Cell | 130年的科学假说被证实,美国科学院院士丹阳在神经领域取得新突破

科技工作者之家 2019-04-26

来源:iNature


在19世纪90年代,Ludwig Mauthner根据他对患有睡眠障碍患者的观察,提出在中脑动眼神经核(III)附近存在一个“睡眠中心”。从那时起,睡眠中心的概念激发了许多研究,以确定对睡眠产生很重要的大脑区域。然而,提出了perioculomotor(pIII)区域在睡眠调节中的作用已被遗忘。

2019年4月25日,美国加州大学伯克利分校丹阳(2018年被选为美国科学院院士)团队在Cell 在线发表题为“An Excitatory Circuit in the Perioculomotor Midbrain for Non-REM Sleep Control”的研究论文,该研究确定了促进非快速眼动(NREM)睡眠的pIII神经元。光谱记录显示表达降钙素基因相关肽α(CALCA)的pIII谷氨酸能神经元是NREM-睡眠活跃性的;光遗传学和化学激活/失活表明它们强烈促进NREM睡眠。

在pIII区域内,CALCA神经元与另一群表达肽缩胆囊素(CCK)的谷氨酸能神经元形成相互连接。CCK神经元的激活也促进了NREM睡眠。CALCA和CCK神经元都向视前下丘脑投射,而CALCA神经元也向尾侧后腹内侧突出。每次投射的激活增加了NREM睡眠。总之,这些发现指出pIII区域是一个兴奋性睡眠中心,其中不同的谷氨酸能神经元亚群通过局部相互连接和远程投射促进NREM睡眠。

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在19世纪90年代,Ludwig Mauthner根据他对患有睡眠障碍患者的观察,提出在中脑动眼神经核(III)附近存在一个“睡眠中心”。从那时起,睡眠中心的概念激发了许多研究,以确定对睡眠产生很重要的大脑区域。然而,提出了perioculomotor(pIII)区域在睡眠调节中的作用已被遗忘。

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鉴定pIII区域中的睡眠活性神经元

继von Economo(1930)和Nauta(1946)的开创性工作之后,大多数关于睡眠调节的研究都集中在下丘脑的视前区(POA)上。POA中的病变导致严重的失眠;已经在POA中使用多种技术观察到睡眠活跃的神经元,最近的研究已经开始揭示他们的遗传身份。除了POA之外,在其他大脑区域也观察到促进睡眠的神经元。例如,在旁侧区激活γ-氨基丁酸(GABA)能神经元,腹外侧周围灰质,腹侧被盖区(VTA),或纹状体中表达腺苷A2A受体的神经元特异性地促进非快速眼运动(NREM)睡眠,而外侧下丘脑中的GABA能神经元亚群和zona incerta促进REM和NREM睡眠。

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在NREM睡眠期间,pIII区域中的CALCA神经元优先活跃

除了受外部温暖激发的氮能/谷氨酸能神经元外,绝大多数促进睡眠的神经元群体都是GABA能,并且它们的睡眠促进作用很可能通过抑制唤醒,促进群体来介导。因为一些促进睡眠的GABA能神经元已被证明在睡眠期间优先活跃,一个重要的问题是:是否存在为这些GABA能提供输入的兴奋性睡眠活跃神经元。

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pIII区域的CCK神经元促进NREM睡眠

在这项研究中,研究人员使用新开发的活动依赖性遗传标记技术,对小鼠脑中的睡眠活跃神经元进行整体筛查。研究人员发现pIII区域中的降钙素基因相关肽α(CALCA)表达神经元 - 由Mauthner提出的假定睡眠中心 - 在NREM睡眠期间优先活跃。pIII区域 CALCA神经元的激活强烈促进NREM睡眠,并且该效果至少部分归因于谷氨酸能亚群。

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文章总结

此外,pIII区域中表达胆囊收缩素(CCK)的谷氨酸能神经元也促进NREM睡眠,并且它们与CALCA神经元形成局部相互连接。CALCA和CCK神经元对POA的延伸预测和CALCA神经元向腹内侧髓质的尾部投射均可通过激发这些区域的睡眠促进神经元,来促进NREM睡眠。总之,这些结果指向pIII区域作为兴奋性睡眠中心,其中谷氨酸能神经元通过局部相互连接和对其他睡眠促进区域的远程投射促进NREM睡眠。

来源:Plant_ihuman iNature

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MTE3MjUyOA==&mid=2247500628&idx=2&sn=55ceec0a3dc0e51393232b462f12addb&chksm=fce6b08bcb91399d4d9bc114aa9a97c3426c32a8da4f14b0c63e949ace3575dce35299755beb&scene=27#wechat_redirect

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