【脑科学】谷氨酸能神经元对小鼠NREM睡眠的控制作用

哥伦比亚大学医学院基因医学研究所（Institute for Genomic Medicine, Vagelos College of Physicians and Surgeons, Columbia University）的彭岳青教授团队于2022年8月在 Nature Communications 上发表了题为 "Control of non-REM sleep by ventrolateral medulla glutamatergic neurons projecting to the preoptic area" 的研究，团队发现了一个新的控制清醒-睡眠转换的兴奋性脑干-下丘脑神经环路。

在研究中，团队通过使用c-Fos蛋白表达方法和神经逆行示踪技术发现小鼠的腹外侧延髓（Ventrolateral medulla，VLM）脑区中存在一群投射到下丘脑视前区（Preoptic area, POA）的谷氨酸能神经元，在睡眠剥夺实验中反复切换小鼠的清醒和睡眠状态会激活这些神经元。

在反复切换小鼠的清醒状态和NREM睡眠状态时，团队记录了小鼠的脑电和肌电活动，并使用超微内窥镜钙成像技术发现了部分 VLM 谷氨酸能神经元在NREM睡眠状态时有更强的激活，并且在清醒状态过渡到NREM睡眠状态时更加活跃，而在NREM睡眠状态转变为清醒状态时活动没有明显变化。

研究人员在功能损失性实验中进一步使用化学遗传学方法抑制VLM中的谷氨酸能神经元时，发现抑制这些神经元增加了小鼠的清醒时间同时减少了NREM和REM睡眠的时间，睡眠时间的减少是由于NREM和REM睡眠的出现次数减少引起的，两种睡眠状态的持续时间却没有发生变化。

小鼠从清醒到入睡的转变可能发生在数秒之间，由于给药过程较为缓慢，化学遗传学操作缺乏时间分辨率来跟踪每一个清醒到睡眠状态的转换过程，研究团队采用了光遗传学方法选择性激活投射到POA中的谷氨酸能神经元，实验证明在光遗传学刺激后，小鼠迅速从清醒状态转变为NREM睡眠状态，且成功率高达80%以上。实验说明VLM脑区投射到POA中的谷氨酸能神经元可以控制小鼠入睡的生理过程。

参考文献：

Teng, S., Zhen, F., Wang, L. et al. Control of non-REM sleep by ventrolateral medulla glutamatergic neurons projecting to the preoptic area. Nat Commun 13, 4748 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32461-3

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