Science:科學家揭示快眼動睡眠發生的分子機理

2021-01-11 生物谷

圖片來源：medicalxpress.com

2015年10月27日 訊 /生物谷BIOON/ --快眼動睡眠（REM睡眠），即哺乳動物夢境發生時的夜間生理活動，研究快速眼動睡眠一直讓眾多科學家們非常著迷，但鑑別控制快速眼動睡眠的神經元以及解析其在睡眠中的功能，因為缺少精確的遺傳工具來進行研究，所以在科學界一直存在爭議。近日一項刊登在國際雜誌Science上的研究論文中，來自日本理研腦科學研究所（RIKEN Brain Science Institute）的研究人員首次給出了合理的解釋，研究者通過研究在大腦中鑑別出了調節快速眼動睡眠的神經迴路，研究者還發現，快速眼動睡眠可以控制其它主要睡眠階段（非快速眼動睡眠）的生理學表現。

研究者表示，在大腦腦橋結構中存在許多特殊的細胞，而快速眼動睡眠的發生或源於此，這些特殊細胞實際上來自於菱腦後唇結構，而這個過程發生於早期胚胎發育階段；如果研究者們可以標記菱腦後唇細胞，他們就可以追蹤腦橋結構的遷移，並且人工復現睡眠時發生的事件，然而目前並沒有可用的方法進行復現的研究。

文章中研究者利用了一種名為DREADD的技術（利用設計藥物來激活設計受體的技術），來使得轉基因小鼠在發育階段時在其菱腦後唇細胞中表達DREADD受體，這種菱腦後唇細胞可以表達Atoh1，這種受體隨後被遷移如腦橋結構，進而研究者通過觀察大腦中電極的活性，並且利用一種可以結合受體的CNO藥物激活腦橋中的細胞，研究結果表明，激活興奮性的Atoh1細胞可以幫助抑制快速眼動睡眠，從而增加非快速眼動睡眠的時間。

鑑別出抑制快速眼動睡眠的效應細胞後，研究者就開始研究一般生理睡眠階段中快速眼動所扮演的角色，利用DREADD系統研究者成功地縮短了快速眼動睡眠，並且發現了非快速眼動睡眠期間的慢波的振幅。研究者指出，本文研究對於理解哺乳動物的睡眠為何會進化成為當前的兩相結構提供了新的思路和線索。

後期研究中，研究者計劃繼續利用DREADD技術及其它大腦研究技術來確定快速眼動睡眠在哺乳動物中的實際進化角色，研究者指出，實驗室小鼠的夢境或許並不能夠進行測定，儘管這些小鼠可以在非快速眼動睡眠過程中可以重複白天運動的活性過程，當然快速眼動睡眠和非快速眼動睡眠經歷的重放之間的關聯或許是未來研究的重點。（生物谷Bioon.com）

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Cells of a common developmental origin regulate REM/non-REM sleep and wakefulness in mice

Yu Hayashi1,2,*, Mitsuaki Kashiwagi1, Kosuke Yasuda3, Reiko Ando3, Mika Kanuka1, Kazuya Sakai4, Shigeyoshi Itohara3,*

Mammalian sleep comprises rapid eye movement (REM) sleep and non-REM (NREM) sleep. To functionally isolate from the complex mixture of neurons populating the brainstem pons those involved in REM/NREM sleep switching, we pharmacogenetically manipulated neurons of a specific embryonic cell lineage in mice. We identified excitatory glutamatergic neurons that inhibit REM sleep and promote NREM sleep. These neurons shared a common developmental origin with neurons promoting wakefulness, both derived from a pool of proneural hindbrain cells expressing Atoh1 at embryonic day 10.5. We also identified inhibitory GABAergic neurons that act downstream to inhibit REM sleep. Artificial reduction or prolongation of REM sleep in turn affected slow wave activity (SWA) during subsequent NREM sleep, implicating REM sleep in the regulation of NREM sleep.

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