Nat:失眠?可能是这些细胞不配合! RNA测序睡眠神经元

邓文龙

【Nature重磅】失眠？可能是这些细胞不配合！科学家用病毒示踪和RNA测序精确定义了睡眠神经元   RNA测序睡眠神经元

来源：文献解读 2017-05-25 09:46

睡眠一直以来是人们比较感兴趣的研究课题，因为人的一生大约有1/3的时间是在睡眠中度过的。睡眠是每个人生命中的必需品，但它也困扰了很多人的日常生活。

近几十年，随着脑电记录技术的发展，人们发现睡眠过程并不是一成不变的。从脑电的检查结果来看，正常人在睡眠时，存在两种截然不同的现象：有时眼球快速来回活动，被称作快速眼动期睡眠（REM），有时眼球不活动或者只有很慢的浮动，被称作非快速眼动期睡眠（NREM），同时脑电活动也出现了不同的变化。



虽然，我们对睡眠的不同阶段有了一些了解，但是对睡眠的脑机制尚不清楚。当前研究发现表明，如果脑中的下丘脑视前区（Preoptic area， POA）发生了损伤，会导致严重的睡眠障碍，这说明视前区在睡眠的产生中起到重要的作用。然而，到底是哪些神经环路促进了睡眠很不清楚，尤其是睡眠神经元和清醒相关神经元在空间上并没有明显区分，这给人们研究特定的睡眠神经环路制造了难度。

这种情况下，鉴定和发现特定的睡眠相关神经元显得尤为重要。最近，Nature发表了UC Berkeley的丹扬教授最新发现。他们基于投射通路分离了一类POA睡眠神经元，并鉴定了这类细胞的特定分子标记[1]。

研究思路和结果

1.利用c-Fos检测找到睡眠相关的神经元

要详细分析睡眠的神经环路，我们首先得找到与睡眠相关的神经环路。文中，作者首先在动物睡眠和清醒状态下，检测POA神经元c-Fos表达量（表征神经元的活动）。通过c-Fos与逆标染料的结果，作者发现POA投射到TMN（组胺能结节乳头核）的神经环路与睡眠相关（图1a）；而且， GABA能的中间神经元在此过程中更重要（图1b）。因此，后面的实验围绕这条GABA能神经元介导的POA-TMN神经通路（GABAPOA→TMN）展开。

图1 GABAPOA→TMN神经元参与睡眠

2.光遗传技术操控特定神经环路，研究睡眠行为的变化

作者接下来在GAD2-Cre小鼠（GABA能神经元特异表达Cre）TMN脑区注射能够逆向标记的病毒rEIAV，在GABAPOA→TMN神经元表达ChR2（照光兴奋）或iC++通道（照光抑制）。随后，作者通过电生理记录检测动物的睡眠状态（即REM\NREM\Wake状态），并利用激光激活或抑制GABAPOA→TMN，发现睡眠行为分别发生了增强或减弱（图2）。

图2 光遗传技术操控GABAPOA→TMN神经元改变睡眠

3.光遗传激活POA的GABA能神经元会增强觉醒

既然GABAPOA→TMN神经元能够控制睡眠行为，那么直接激活POA中神经元是否就能催眠？于是，作者在GAD2-Cre或VGLUT2-Cre小鼠POA注射AAV-DIO-ChR2，在GABA神经元或谷氨酸能神经元表达ChR2，同时使用激光激活这些细胞和电生理记录。结果与预想的相反，激活这些神经元反而促进了动物的觉醒状态（图3）。

图3 激活POA脑区GABA能神经元或谷氨酸能神经元促进觉醒

4.光电极记录鉴定睡眠相关的GABAPOA→TMN

上述“矛盾”是怎么回事？作者接下来通过光电极记录手段（光纤+多通道记录），鉴定了一些能够被激光激活的POA区GABA能中间神经元（GABAPOA→TMN），结果发现这些神经元在睡眠中大量活动（图4），这进一步说明GABAPOA→TMN与睡眠密切相关。

图4 POA-TMN的GABA能神经元在睡眠时活动

5.通过RNA测序发现睡眠神经元的标志物

然而，仅仅知道睡眠时活动的神经元是远远不够的，我们还想知道哪些神经元具有促进睡眠的功能？

因而，作者最后使用单细胞RNA测序和翻译核糖体亲和纯化（translating ribosome affinity purification，TRAP）技术鉴定了GABAPOA→TMN 神经元的标记物。通过大量筛选，他们发现肠促胰酶肽（CCK）、促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）以及速激肽1（TAC-1）能够特征性标记促进睡眠的神经元（图5）。

图5 POA睡眠神经元的新分子标记

总结

丹扬教授的研究使用病毒逆向追踪的手段鉴定了睡眠相关的GABAPOA→TMN通路，同时结合RNA测序技术找到了促进睡眠的视前区神经元标记物。这项工作除了为我们提供了研究功能相关神经元的范例，还为未来的研究提供了标记促睡眠神经元的工具。

参考文献

1.Chung S， Weber F， Zhong P， Tan CL， Nguyen TN， Beier KT， et al. Identification of preoptic sleep neurons using retrograde labelling and gene profiling. Nature. 2017.

图等：

http://news.bioon.com/article/6704249.html



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