星形脑细胞可能会握住为什么和我们如何睡觉的关键

表达用双光子显微镜捕获的荧光钙指示剂的脑中的星形胶质细胞。

在杂志上发布的一项研究表明，被称为星形胶质细胞的星形脑细胞可能与脑神经细胞的睡眠调节一样重要。

研究人员由华盛顿州立大学的Elson S. Floyd医学院领导，这项研究最终建立了新的动力，最终解决了我们睡觉的原因以及睡眠在大脑中的作用。该发现还可以为休眠障碍和神经系统疾病的潜在未来治疗策略以及与陷入困境，抑郁症，阿尔茨海默病和自闭症谱系疾病相关的休眠疾病和神经系统疾病和其他病症的阶段。

“我们对睡眠了解的是基于神经元的基础，”威廉·伊索里的领导作者和博士后研究员。她解释过的神经元通过电气信号（EEG）可以容易地捕获的电信号进行通信。星形胶质细胞 - 一种与神经元相互作用的胶质胶质细胞（或“胶水”）细胞 - 请勿使用电信号，而是使用称为钙信号传导的过程来控制它们的活动。

很长时间思考，星形胶质细胞 - 这可以从五到一到一个人偏不到神经元 - 只是一个支持性的作用，没有任何直接参与行为和流程。神经科学家最近才开始仔细观察他们在各种过程中的潜在作用。虽然一些研究暗示了星形胶质细胞可能在睡眠中发挥作用，但在最近的情况下，尚未提供稳健的科学工具，尚未获得钙活性，直到最近，均未提供。

研究为窗户提供进入大脑

深入了解星形胶质细胞在睡眠中的作用，她和她的同轴们使用了啮齿动物模型来记录整个睡眠和唤醒的星形胶质细胞的钙活动，以及睡眠剥夺后。它们使用了通过微小的头戴式显微镜成像的荧光钙指示器，这些显微镜直接看着小鼠的大脑，因为它们移动并表现正常。该指标允许团队在睡眠和醒来行为期间，在星形胶质细胞中看到钙驱动的荧光活动闪烁和关闭。他们使用这些微型显微镜的独一无二的方法允许团队在自由行为动物中进行星形胶质细胞钙活动的首次研究。

研究团队列出了回答两个主要问题：在睡眠中动态改变星形胶质细胞，像神经元这样的唤醒状态吗？并且在天然驱动器上睡觉时，星形胶质细胞在调节睡眠需要时发挥作用？

看着额外皮质中的星形胶质细胞，与可衡量的EEG相关的睡眠需要相关的大脑区域，它们发现星形胶质细胞的活动在睡眠唤醒周期中动态变化，因为神经元是真实的。他们还观察到在休眠期初的开始时最多的钙活性 - 当睡眠需要最大 - 以及休眠期末的最低钙活性，当需要睡眠时掉了蒸馏。

接下来，他们使小鼠唤醒他们的正常休息阶段的前6小时，并观察钙活度与睡眠中的脑电图慢波活动平行，睡眠需要的关键指标。也就是说，他们发现睡眠剥夺导致在允许小鼠睡眠后降低的星形胶质细胞钙活性增加。

他们的下一个问题是转基地操纵星形胶质细胞钙活性会影响睡眠调节。要了解，他们研究了在星形胶质细胞中选择性地缺乏称为STIM1的蛋白质的小鼠，这降低了可用钙的量。在被睡眠中缺乏睡眠后，这些小鼠并没有睡得很长或困倦，因为正常的老鼠曾经允许睡觉，这进一步证实了早期的发现，表明星形胶质细胞在规范睡眠中发挥重要作用。

最后，他们测试了可能的星形胶质细胞钙活性的假设仅仅反映神经元的电活动。研究表明，神经元的电活性在非REM睡眠期间和睡眠剥夺后更加同步，但研究人员发现与星形胶质细胞相反，钙活性在非REM睡眠中和睡眠剥夺后变得较小。

“这表明我们的星形胶质细胞不仅仅是被动地追随神经元的铅，”伊尼西说。“因为它们不一定与神经元显示相同的活动模式，这可能实际上可能对星形胶质细胞进行调节和睡眠需要的更具直接的作用。”

未来的研究方向

Ingiosi说，需要更多的研究来进一步解开星形胶质细胞在睡眠和睡眠监管中的作用。她计划在大脑的其他部分培养星形胶质细胞的钙活性，这已被证明对睡眠和唤醒是重要的。此外，她想看看星形细胞与大脑中不同神经递质的相互作用开始梳理星形胶质细胞可能会驾驶睡眠和睡眠需求的机制。

“我们研究的调查结果表明，我们可能一直在寻找错误的地方100多年，”生物医学科学Marcos Frank的高级作者和教授说。“它提供了强有力的证据表明我们应该针对星形胶质细胞来理解为什么和我们如何睡觉，以及如何帮助疗法的疗法和其他涉及异常睡眠的健康状况。”

参考：Ashley M.Ingiosi，Christopher R. Hayworth，Daniel O. Harvey，Kristan G. Singletary，Michahel J. Rempe，Jonathan P. Resor和Marcos G. Wisor和Marcos G. Frank，24 2020年9月，目前的生物学.DOI：
10.1016 / J.CUB.2020.08.052

对该研究的支持来自国家卫生研究院。