研究背景：

    为了适应生存环境，我们维持生命的生理功能在觉醒到睡眠的转换过程中会发生显著变化，如血压和心率在睡眠期间降低，而在觉醒过程中快速回升。临床研究表明，睡眠与心血管健康息息相关，长时间睡眠不足会显著增加高血压和冠心病等心血管疾病的发病率。然而，心血管的外周感受对睡眠是否具有神经调控作用，以及相关神经环路机制尚不清晰。

    心血管外周感受器的中枢负反馈神经环路是血压和心率的调节基础：当动脉血压上升后，外周的压力感受器首先将血压信号传递到延髓的孤束核( Nucleus of the solitary tract，NST)中的谷氨酸能神经元(NST^Glu)。NST^Glu通过两条不同的神经环路完成对血压的调控功能：NST^Glu投射至疑核(Nucleus ambiguus，Amb)(NST-Amb)并进而激活胆碱能节前副交感神经元以降低心率；或者通过激活尾侧腹外侧延髓(CVLM)的γ-氨基丁酸(GABA)能神经元，抑制腹外侧延髓(Rostral ventrolateral medulla，RVLM)的兴奋性肾上腺素能交感神经元(NST-CVLM-RVLM)，从而降低血管张力和血压。通过研究以上两条负反馈神经环路对睡眠的影响，可以为我们理解血压/心率对睡眠的调节作用提供神经环路基础。

科学问题：

    心血管压力是否调控了哺乳动物的睡眠？其神经环路机制如何？

内容简述：

    为了探究心血管系统的压力负反馈环路对于睡眠的调控作用，研究人员首先利用Fos-TRAP2;Ai14转基因小鼠标记被心血管压力激活的神经元，Fos-TRAP2的功能是标识被刺激激活的神经元。在腹腔注射4羟基他莫昔芬(4-OHT)诱导下，Fos-TRAP2小鼠被刺激激活的神经元在表达即早基因c-Fos的同时也表达Cre重组酶；Ai14转基因小鼠的神经元可在Cre的作用下表达红色荧光蛋白tdTomato，因此Fos-TRAP2;Ai14可以将被刺激激活的神经元标记上tdTomato。为了模拟心血管压力，研究人员向Fos-TRAP2;Ai14转基因小鼠腹腔注射具有促血管收缩能力的去氧肾上腺素(Phenylephrine，PE)以激活压力感受器细胞。PE注射引起动脉血压升高和心率降低，表明心血管压力反射被激活。通过对注射PE的Fos-TRAP2;Ai14小鼠进行荧光表达的统计，研究人员发现大脑NST核团中有大量的神经元被tdTomato标记(NST^PE-TRAP)，表明心血管压力显著激活了NST中的神经元。原位杂交实验结果显示，被PE激活的NST大多数为谷氨酸能神经元，且大多数NST^PE-TRAP也高表达可卡因和苯丙胺调节的转录本(Cocaine- and amphetamine- regulated transcript，CART encoded by Cartpt) (NST^CART)（图1）。

图1. 活性依赖的遗传标记NST压力感受神经元

    确定了响应心血管压力的NST神经元后，研究人员通过化学遗传学和光遗传学的方式激活NST^PE-TRAP 和NST^CART神经元以检测这些神经元对小鼠睡眠的作用。结果显示，激活NST^PE-TRAP和NST^CART神经元均能够诱导小鼠产生显著的血压和心率的下降以及非快速眼动(Non-REM，NREM)睡眠的增加，证明了被心血管压力所激活的NST^PE-TRAP或NST^CART神经元具有促进睡眠的作用（图2）。

图2. 化学遗传学激活NST^PE-TRAP或NST^CART神经元促进NREM睡眠

    为了进一步确定NST^PE-TRAP或NST^CART神经元调节NREM睡眠的神经环路机制，研究人员通过光遗传学调控了介导心血管压力反射的NST-CVLM-RVLM神经环路。结果显示激活NST下游的GABA能CVLM神经元(CVLM^GABA)或者抑制NST-CVLM^GABA下游的酪氨酸羟化酶(TH)阳性RVLM神经元(RVLM^TH)都可以显著的诱导NREM睡眠；而抑制NST下游的CVLM^GABA或者激活NST-CVLM^GABA下游的RVLM^TH可以显著的抑制NREM睡眠，增加小鼠从睡眠至觉醒的时间。这一结果证明了NST-CVLM^GABA-RVLM^TH神经环路的激活显著促进了NREM睡眠（图3）。

图3. 激活NST-CVLM^GABA-RVLM^TH显著促进NREM睡眠

    进一步，研究人员利用化学遗传学激活与心血管压力反射相关的另一条神经环路NST-Amb，发现NST下游的Amb胆碱能神经元(Amb^ChAT)的激活同样可以诱导小鼠产生显著的血压和心率的下降以及NREM睡眠的增加（图4）。

图4. NST-Amb^ChAT神经环路的活动调节NREM睡眠

总论：

    通过上述实验结果，研究人员证明了心血管压力可通过激活NST-CVLM^GABA-RVLM^TH和NST-Amb^ChAT环路促进小鼠的非快速眼动睡眠。

启示：

    负反馈神经环路的调控对维持机体稳态至关重要。一些不健康的生活习惯如长期的睡眠缺失会造成血压/心率的失衡，此时为了维持身体机能的稳态，机体需要通过心血管压力感受器将失衡的血压/心率信息通过负反馈神经环路传递至中枢，做出相应的调节从而将机体拉回到稳态。该研究从神经环路角度揭示了心血管压力反射通过一系列负反馈神经环路诱导非快速眼动睡眠，代表了一类重要的外周-中枢的负反馈调节系统。另一方面，该工作揭示的激活压力感受器促进睡眠的现象，也为治疗或缓解睡眠障碍提供潜在的非侵入式手段。

作者简介：

    丹扬（Yang Dan），神经科学家，加州大学伯克利分校教授，霍华德·休斯医学院研究员，美国国家科学院院士。主要从事哺乳动物睡眠调控环路和前额叶皮层功能的研究。其在Cell，Nature，Science和Neuron等国际著名杂志上发表了多篇睡眠调控脑区和神经环路相关的文章，为睡眠研究领域做出了突出贡献。

原文索引：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.027

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：王国栋

审核：史逸铭

编辑/排版：陈聚涛/成美君