科学家发现星形胶质细胞调控睡眠新机制

来源: 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心

发布日期: 2023-02-13 17:00:10

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心和上海交通大学医学院的研究团队发现,基底前脑星形胶质细胞可双向调控睡眠-觉醒行为,且该过程不依赖胞外腺苷信号,为剖析星形胶质细胞在睡眠-觉醒中的作用与机制提供了新线索。

2月7日,Cell Discovery在线发表了题为Adenosine-Independent Regulation of the Sleep-Wake Cycle by Astrocyte Activity的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)徐敏研究组和上海交通大学医学院张思宇研究组合作完成。

该研究采用光纤记录、化学遗传、基因敲除和脑片电生理等技术,结合新型腺苷、ATP荧光探针,发现基底前脑星形胶质细胞可双向调控睡眠-觉醒行为,且该过程不依赖胞外腺苷信号。该研究为剖析星形胶质细胞在睡眠-觉醒中的作用与机制提供了新线索。

以往研究表明,星形胶质细胞通过腺苷途径调控睡眠-觉醒行为。然而,介导dnSNARE在星形胶质细胞中表达GFAP启动子导致外源基因在神经元中异位表达。

为探究BF星形胶质细胞调控睡眠-觉醒行为的机制,研究建立了可在BF介导星形胶质细胞特异基因表达的方法。为揭示BF星形胶质细胞对睡眠-觉醒周期的调控作用,研究通过光纤记录测量了BF星形胶质细胞在睡眠-觉醒周期中的活动模式,发现BF星形胶质细胞在觉醒期非常活跃,提示其可能参与觉醒维持。

在确定BF星形胶质细胞对睡眠-觉醒行为的调控作用后,研究人员探讨了腺苷信号是否在该过程中发挥重要作用。

实验发现,星形胶质细胞钙活动与胞外腺苷及ATP信号高度相关,星形胶质细胞钙活动与ATP信号在时程具有一致性,且均提前于腺苷信号。这提示星形胶质细胞可能通过释放ATP驱动了胞外腺苷浓度上升。为验证星形胶质细胞钙活动是否可驱动胞外腺苷水平上升,研究人员采用光遗传方法激活星形胶质细胞,却未发现胞外腺苷水平显著上升。

此外,研究人员进一步探究了BF星形胶质细胞活动与神经元活动之间的相互影响,发现星形胶质细胞活动主要由BF脑区内的神经活动引起,且化学遗传激活星形胶质细胞可改变持续性抑制和BF脑区的突触传递。研究初步探索了BF脑区之外的星形胶质细胞影响睡眠-觉醒周期的机制。

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