Current Biology丨复旦黄志力团队发现黑暗影响睡眠觉醒行为的神经生物学机制
责编丨迦溆
随着国际交流的增加,工业、娱乐业的飞速发展,现代人跨时区旅行、倒班和加班的情况已经十分普遍。由此造成的生物节律紊乱和睡眠障碍等相关疾病的发病率逐年攀升,进而严重影响了人们的工作效率和生活质量。光照环境的异常是造成生物节律紊乱以及睡眠障碍的重要因素,但是,哪些大脑核团参与异常光照环境引起的节律紊乱和睡眠觉醒行为异常尚不清楚。
图片引自:https://santacruzcore.com/sleep-studies-neurochemistry-of-wakefulness/
复旦大学上海医学院黄志力课题组近年来长期从事睡眠与昼夜节律相关分子机制研究。2017年,该团队发现照度≥20 lx的红光,与白光一样,能显著增加小鼠睡眠量;当红光照度降低到10 lx时,红光暴露不再影响睡眠量及睡眠结构【1】;2018年9月,该课题组曾在PNAS发表论文,发现了下丘脑室旁核和室旁下核存在次昼夜生物节律,揭示了次昼夜节律的产生位点和神经网络机制【2】。
2019年1月31日,复旦大学黄志力教授课题组与曲卫敏教授课题组合作在Current Biology杂志上发表了题为Superior Colliculus GABAergic Neurons Are Essential for Acute Dark-Induction of Wakefulness in Mice的研究论文,发现上丘γ-氨基丁酸能神经元联合腹侧被盖区多巴胺能神经元介导了小鼠急性黑暗暴露诱发觉醒的神经环路机制,可能为临床治疗异常光照环境引起的睡眠紊乱相关疾病提供新思路。
在这项研究中,研究人员利用转基因小鼠、光遗传和化学遗传学操纵神经元活性、选择性神经元损毁以及多导睡眠图记录等研究手段,发现特异性损毁上丘γ-氨基丁酸能神经元或腹侧被盖区多巴胺能神经元后,急性黑暗介导的动物促觉醒效应完全消失,揭示这两种神经元在急性黑暗介导的促觉醒效应中扮演着不可或缺的角色。通过病毒示踪、离体电生理并结合光遗传学方法研究神经环路发现,视网膜神经节细胞能够直接调控上丘γ-氨基丁酸能神经元的活性并与其形成单突触连接, 上丘γ-氨基丁酸能神经元也通过单突触连接对腹侧被盖区多巴胺能神经元进行直接的功能性支配。
小鼠急性黑暗暴露诱发觉醒的神经环路机制。急性黑暗暴露使视网膜对上丘γ-氨基丁酸能神经元的兴奋作用消失,导致上丘γ-氨基丁酸能神经元对腹侧被盖区多巴胺能神经元的抑制作用去除,进而引起腹侧被盖区多巴胺能神经元的兴奋,产生觉醒效应。视网膜神经节细胞, retinal ganglion cell, RGC; 上丘, superior colliculus, SC; 腹侧被盖区, ventral tegmental area, VTA
研究结果首次揭示,视网膜神经节细胞—上丘γ-氨基丁酸能神经元—腹侧被盖区多巴胺能神经元通路在小鼠急性黑暗的促觉醒效应中的关键作用。该神经环路机制的阐明可能为治疗光照环境异常导致的生物节律紊乱和睡眠障碍等疾病提供新靶点。
据悉,复旦大学医学神经生物学国家重点实验室、脑科学前沿创新中心博士生张泽、刘雯樱为该论文第一作者,黄志力、曲卫敏教授为论文的通讯作者。
原文链接:https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)31665-8
参考文献:
1、Zhang Z, Wang HJ, Wang DR, Qu WM*, Huang ZL*. Red light at intensities above 10 lx alters sleep-wake behavior in mice. Light Science & Applications. 2017, 6, e16231.
2、Wu, Y. E., Enoki, R., Oda, Y., Huang, Z. L., Honma, K. I., & Honma, S. (2018). Ultradian calcium rhythms in the paraventricular nucleus and subparaventricular zone in the hypothalamus. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(40), E9469-E9478.
制稿人:子阳
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