Science：李世斌博士等揭示衰老过程中睡眠碎片化的神经机制，为失眠治疗提供新思路
人的一生中有三分之一左右的时间在睡眠中度过。好的睡眠质量对人的身心健康有着至关重要的作用。一夜好眠不但可以有效恢复体力和脑力，而且有助于维持精神健康和增强免疫力。随着年龄的增长，睡眠质量会逐渐降低。老年人的睡眠质量下降通常表现为入睡困难，慢波/深度睡眠减少，早醒，特别是睡眠碎片化会严重降低睡眠在脑力和体力恢复中的功能及效率 【1】。然而，伴随着老龄化的睡眠碎片化（睡眠失稳）现象的神经机制尚不清楚。
2022年2月25日，斯坦福大学的Luis de Lecea教授领导的研究团队在Science上发标了题为Hyperexcitable arousal circuits drive sleep instability during aging的研究长文（李世斌博士为本文的lead author），研究揭示了衰老过程中睡眠碎片化背后的调控机制。
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作者发现对照年轻组的实验鼠，年老的实验鼠睡眠有显著的碎片化现象并且伴有下丘脑泌素 (hypocretin/Hcrt) /食欲素 (orexin) 神经元【2, 3】丢失。Hcrt神经元的活动可以促进和维持觉醒状态【4, 5】。作者使用群体水平的在体钙成像技术揭示了年老组的Hcrt神经元有着更高的活动频率且与觉醒相关联。光遗传实验中，尽管年老组表达光敏通道的Hcrt神经元数量更少，对年轻组和年老组的Hcrt神经元进行相同强度的蓝光刺激，年老组的实验动物的觉醒时间维持了更长的时间。
是什么原因导致了这些差异呢？作者进一步开展了离体电生理实验。全细胞膜片钳记录揭示了年老的Hcrt神经元的静息电位相较于年轻组有着明显的去极化，更接近神经元动作电位的阈值，因此也更容易发放动作电位。对表达光敏通道的年轻和年老组的Hcrt神经元进行不同频率的串状蓝光刺激，刺激所引发的放电幅度减小现象在年轻组更为明显，提示参与神经元放电活动复极化过程的离子通道在年老组Hcrt神经元中有着潜在受损。相较于年轻组，相同的电流注射在年老组的Hcrt神经元引发了更多的放电活动，提示年老的Hcrt神经元更易于兴奋。
电压门控钾离子通道 (KCNQs) 可以把钾离子从神经元内部泵到外部，因此在神经元的动作电位复极化过程中发挥重要作用【6】。作者进一步记录了Hcrt神经元中电压门控钾离子通道亚型KCNQ2/3介导的M电流，并且发现年老组的M电流较年轻组更小，验证了全细胞记录中的推测。使用高分辨率的阵列断层扫描成像技术验证了年老Hcrt神经元上KCNQ2表达密度明显小于年轻组，因而从组织学角度验证了年老Hcrt神经元中M电流的受损原因。对Hcrt神经元进行单细胞核RNA测序则揭示了prepro-Hcrt mRNA表达量较年轻组有显著提高，而年老组细胞核表达主要亚型Kcnq1/2/3/5 mRNA的Hcrt神经元的比例则低于年轻组，从侧面提供了年老组M电流受损和KCNQ2低密度表达的证据。
作者进一步用CRISPR/SaCas9基因编辑技术对年轻实验鼠Hcrt神经元中的Kcnq2/3基因进行了破坏，发现可以导致年轻实验鼠的睡眠碎片化，一定程度上模拟了年老实验鼠睡眠碎片化的特点。使用药理学工具KCNQ2/3的激动剂可以超极化年老Hcrt神经元的静息电位，抑制动作电位发放，提高睡眠稳态。
年老实验鼠的Hcrt神经元下游的蓝斑核去甲肾上腺素能神经元 (noradrenergic neurons) 也显示了静息电位的去极化，提示老龄化过程中其他促进觉醒的神经核团也可能有类似Hcrt神经元的变化。
概括起来，这项研究阐明了老龄化过程中睡眠碎片化的一个神经机制。年老的Hcrt神经元有着更低的兴奋性阈值，从而导致睡眠失稳。这项研究也为临床实践中治疗老年人的睡眠碎片化，失眠等症状提供了一个新的思路。
原文链接
http://doi.org/10.1126/science.abh3021
参考文献