Nat Neurosci︱小胶质细胞通过影响去甲肾上腺素的传递调控睡眠

睡眠通过促进多种生理过程，包括神经元活动、突触强度和代谢废物消除。小胶质细胞是大脑中的主要免Y细胞，具有通过调节神经元活动、修剪来维持大脑稳态的关键部分，消除细胞碎片和有害聚集体。睡眠与免Y系统活动相互作用，但它与小胶质细胞的特殊关系仍然知之甚少。

基于此，2024年1月18日美国加州大学伯克利分校霍华德·休斯医学研究所丹扬研究团队在Nature neuroscience杂志发表了“Microglia regulate sleep through  calcium-dependent modulation of norepinephrine transmission”揭示了小胶质细胞通过钙依赖性调节去甲肾上腺素的传递来调控睡眠。

作者在小鼠中发现，小胶质细胞可以通过Gi偶联GPCRs、细胞内Ca²⁺信号和抑制去甲肾上腺素传递的机制来调节睡眠。小胶质细胞Gi信号的化学激活会强烈促进睡眠，而Gi偶联的P2Y12受体的药理学阻断则会减少睡眠。双光子成像显示，P2Y12-Gi的激活提高了小胶质细胞内的Ca²⁺，而阻断这种Ca²⁺的升高在很大程度上消除了Gi诱导的睡眠增加。小胶质细胞Ca²⁺水平在自然觉醒到睡眠转变时也升高，部分原因是去甲肾上腺素水平降低。此外，小胶质细胞P2Y12-Gi激活显著降低了去甲肾上腺素水平，部分是通过增加腺苷浓度实现的。这些结果表明，小胶质细胞可以通过与去甲肾上腺素传递的相互作用来调节睡眠。

为了检测小胶质细胞中G_i信号的激活是否影响睡眠，作者将Tmem119-CreERT2小鼠与cre诱导hM4DiGi-DREADD小鼠杂交，接下来检测在家笼中自由活动的小鼠的睡眠-觉醒状态，并根据脑电图和肌电图记录对清醒和睡眠状态进行分类。与注射生理盐水的对照小鼠相比，化学激活小胶质细胞G_i信号可显著增加非快速眼动睡眠和降低清醒状态。为了检测P2Y12受体介导的内源性G_i信号是否在睡眠-觉醒调节中发挥作用，在侧脑室内注射PSB0739，一种选择性的P2Y12受体拮抗剂，发现PSB0739导致非快速眼动睡眠显著减少，清醒增加。相反，侧脑室注射激活P2Y12受体激动剂2MeSADP增加了给药发作的持续时间非快速眼动睡眠。因此，P2Y12受体信号通路对非快速眼动睡眠的维持有重要作用。

G_i的激活还可导致体外小胶质细胞内Ca²⁺的增加，前额叶皮层可能通过与多个觉醒促进神经调节中心的相互联系参与了大脑状态调节，于是作者对在小胶质细胞中特异性表达G_i-DREADD和GcaMP6的小鼠前额叶皮质进行了双光子成像。CNO诱导的G_i激活导致小胶质细胞Ca²⁺活性的强烈增加，而生理盐水注射没有显著影响。值得注意的是，CNO诱导的G_i激活也增加了NREM睡眠，这可能与G_i激活的直接影响分开，促进小胶质细胞Ca²⁺的增加。作者比较静脉注射前后Ca²⁺活性，发现CNO的影响仍然明显，说明Ca²⁺的增加不仅仅是脑状态变化的间接影响。与生理盐水对照组相比，注射CNO后Ca²⁺的振幅和频率均显著增加，且对小胶质细胞过程的影响较强。除了G_i信号的化学遗传学激活，在前额叶皮质局部应用P2Y12激动剂2MeSADP引起小胶质细胞Ca²⁺活动增加，尽管2MeSADP也可能激活P2Y1和P2Y13，可以发挥协同或对小胶质细胞不同的影响功能。

作者进一步探究小胶质细胞是否有Ca²⁺信号反过来可以调节网元的传输，CNO诱导G_i小胶质细胞的激活导致皮质细胞外NE浓度明显降低，表明NE传递与小胶质细胞Ca²⁺之间存在相互拮抗关系信号。鉴于NE在促进清醒方面的作用，小胶质细胞P2Y12-G_i的促进睡眠的作用信号转导可能至少部分是由细胞外NE浓度的降低来介导的。为了检测操纵前额叶皮质内的小胶质细胞是否足以减少NE，作者进行了局部给予P2Y12受体激动剂或拮抗剂，激动剂2MeSADP的应用，可增加小胶质细胞Ca²⁺。拮抗剂PSB0739引起NE信号的显著增加，这表明小胶质细胞可以调节蓝斑神经元轴突末端NE的释放或再摄取，而不依赖于细胞体的峰值活性。已知腺苷可以抑制神经递质和神经调节剂的释放(包括NE)，而小胶质细胞可以通过CD39和CD73将ATP和ADP分解为腺苷。接下来，作者测试了小胶质细胞G_i信号通路的激活是否会影响细胞外腺苷的浓度。在表达腺苷sensor的Tmem119-CreERT2; R26-LSL-Gi-DREADD鼠的前额叶皮层进行成像，与对照组相比，CNO诱导的小胶质细胞G_i激活导致腺苷水平显著升高。此外，应用2-氯腺苷，一种代谢稳定的腺苷类似物，导致NE水平明显下降。以上结果表明，小胶质细胞G_i激活对NE传递的抑制至少部分是由腺苷水平的增加介导的。

睡眠中断被越来越多地认为是阿尔茨海默病和其他神经退行性病疾的一个重要危险因素，而小胶质细胞稳态功能的丧失与睡眠-觉醒中断和病疾进展有关。作者的发现表明：睡眠导致的小胶质细胞Ca²⁺的增加可以更有效地监测和消除参与神经退行性变的有害胞外蛋白；反之，小胶质细胞也积极促进睡眠以维持大脑稳态。

https://doi.org/10.1038/s41593-023-01548-5

如果您也对动物实验感兴趣，欢迎关注和推荐关注知乎帐号：知鼠达理和微信公众号：BrainTalks, 脑声常谈，专注于动物神经科学与行为学的实验知识的方法传播与分享交流，您可以推荐给您身边的朋友、同学以及老师，我们会定期更新您需要的相关实验方法的视频和文章，希望能对大家带来帮助！

对实验设备有兴趣的小伙伴可以联系知鼠达理の刘工