IF=15【客户文章】睡不踏实新揭秘！空军军医大学董海龙/赵广超团队揭示慢性社交挫败应激介导睡眠碎片化及纺锤波生成障碍的神经机制

研究团队首先建立慢性社交挫败应激（CSDS）小鼠模型，结合睡眠记录系统评估睡眠结构。结果显示，CSDS小鼠NREMs总时长增加，但单次NREMs片段显著缩短，睡眠-觉醒转换增多，呈现典型的“睡眠碎片化”表型。值得注意的是，即使小鼠在应激后表现为行为表型异质性分化，上述睡眠异常均普遍存在，提示睡眠障碍是应激的一种保守性生理反应（图1）。

图1. CSDS后小鼠睡眠结构变化

进一步分析发现，应激后睡眠纺锤波密度显著下降，睡眠纺锤波形态异常（持续时间缩短、不对称性增加等）。睡眠纺锤波密度与NREMs片段持续时间和δ波功率均呈正相关关系，这种关系在生理和CSDS条件下均保持稳健。且睡眠纺锤波与δ慢波的相位-幅值耦合强度减弱。基于9项（包括持续时间、潜伏期、振幅、不对称性、周期数等）特征对所有纺锤波事件进行t分布随机邻域嵌入（t-SNE）降维和无监督聚类分析，并进行概率密度分布计算，最终在对照组和CSDS组小鼠中识别出7类纺锤波亚型，各亚型的概率密度分布总体存在分离。二次聚类显示，CSDS组与对照组睡眠纺锤波发生明显分离。为每组重建了群体典型纺锤波。应激小鼠的纺锤波表现出更高的振幅、更短的持续时间及更强的不对称性（图2）。 

图2. CSDS后小鼠睡眠纺锤波的特征改变

为探究上述睡眠异常的神经活动基础，团队在DAT-Cre小鼠（多巴胺能神经元特异性表达Cre重组酶）VTA区注射腺相关病毒AAV-DIO-ChR2并植入光电极，在体记录VTA^DA神经元的放电活动。结果显示，CSDS后VTA^DA神经元放电频率升高，且在NREMs期簇状放电指数显著增强。时间相关性分析表明，VTA^DA神经元的高频放电（尤其是簇状放电事件）与纺锤波活动呈负向关系（图3）。 

图3 CSDS诱导的VTA^DA神经元异常放电是异常睡眠纺锤波的原因

进一步，团队利用顺行与逆行病毒示踪、光纤记录、在体双光子成像及化学遗传学等技术，锁定VTA^DA-mPFC环路为应激干扰睡眠的核心通路。病毒示踪显示，VTA^DA神经元主要与mPFC谷氨酸能兴奋性神经元形成突触连接。光纤记录发现，应激攻击期间，mPFC多巴胺水平升高。为明确VTA^DA神经元放电模式对mPFC末梢多巴胺释放效率的影响，作者向Vglut2-Cre小鼠（谷氨酸能神经元特异性表达Cre重组酶）的VTA注射光遗传激活病毒AAV-TH-ChR2或对照病毒，并向mPFC注射多巴胺探针病毒AAV-DIO-DA3h。采用蓝光分别给予Tonic和Burst模式刺激激活VTA^DA神经元，结果Burst激活VTA^DA神经元比Tonic激活引起mPFC更高水平的多巴胺释放。神经递质组学结果进一步表明CSDS后小鼠mPFC区多巴胺水平增加（图4）。 

图4. 不同模式光激活VTADA神经元及CSDS后mPFC的多巴胺释放

为进一步探究mPFC多巴胺波动对睡眠纺锤波的影响，团队采用微型双光子成像结合脑电记录，进行mPFC多巴胺动态信号监测。结果发现，CSDS造模后，NREMs期间多巴胺瞬变事件频率、持续时间及峰值幅度均显著增加。NREMs期间，多巴胺瞬态的ΔF/F值及其峰值密度与同时期的睡眠纺锤波密度呈负相关。这些结果表明，NREMs期间，mPFC多巴胺瞬态水平与纺锤波活动呈负向关系（图5）。 

图5. 升高的多巴胺活动中断了CSDS后睡眠纺锤波的连续产生

图6. CSDS下VTA-mPFC多巴胺能环路介导睡眠纺锤波异常与睡眠碎片化的机制示意图