麻醉时仍在忙碌:中脑的一群睡眠相关细胞
七氟烷并没有让所有神经元一起安静。小鼠研究发现,中脑一群睡眠相关细胞反而变得活跃,GHSR受体为理解这份兴奋与麻醉的联系提供了线索。
提到全身麻醉,人们很容易想到大脑逐渐安静下来的画面。但在这片安静之中,有些细胞可能正在加班。2023年3月24日发表于 Advanced Science 的研究,把目光投向小鼠中脑Edinger–Westphal核的中央投射区EWcp。这里的一群细胞在七氟烷麻醉时活动升高,在自然睡眠中也更活跃。顺着这条线索,研究者找到与生长激素促分泌素受体GHSR有关的兴奋反应,并将它与麻醉进入和恢复的变化联系起来。麻醉如何发生,由此多了一个可以具体追问的细胞与受体节点。
七氟烷相关活跃细胞主要带有UCN1和CART标记,并富集GHSR。削弱这一细胞群或阻断局部GHSR后,小鼠进入麻醉较慢、恢复较快,提示促睡眠相关的兴奋过程参与了七氟烷的作用。
阅读目录 · 6个部分
大脑进入麻醉,这群细胞却忙了起来
在麻醉相关的全脑活动图谱中,EWcp出现了一簇明显活跃的细胞。进一步记录显示,七氟烷开始作用后,相关细胞的钙信号逐渐升高;停止给药、动物恢复时,信号又回落。电活动记录也显示,这一区域同时存在兴奋、抑制和变化不明显的细胞,局部反应并不整齐划一。
研究共记录77个神经元,约43%在七氟烷麻醉时放电增加,另有约31%下降。这个发现让麻醉的图景更立体:不同群体可以朝相反方向变化,而被兴奋的一群,也可能参与推动整体状态转变。
来源:Yi T et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
它们也会在自然睡眠中更活跃
研究继续追踪其中19个麻醉相关活跃细胞,发现它们在NREM与REM睡眠中的平均放电都高于清醒。进入NREM之前,活动已经逐渐上升;NREM与REM转换时则未见显著变化。这个时间关系把它们与睡眠状态联系起来,却没有把两种睡眠阶段混为一谈。
睡眠与麻醉都伴随脑状态变化,共享部分细胞基础也就有了解释上的吸引力。不过,睡眠能够在适当刺激下被唤醒,麻醉还受到外源药物持续作用,涉及更多分子靶点。找到共同活跃的细胞,是打开两者联系的一扇窗;要理解完整状态,还要看这些细胞怎样接入更广的网络。
让这群细胞安静一些,麻醉进出也随之改变
当麻醉相关活跃细胞受到抑制,小鼠达到脑电所界定麻醉状态的时间延长,停止七氟烷后的恢复则加快。另一组减少相关细胞的比较,也出现了相同方向的变化;翻正反射的丧失与恢复进一步提供了行为层面的呼应。
脑电变化与翻正行为描述的是不同层面,合在一起,支持这些细胞参与麻醉过程。动物仍然能够进入麻醉,因此这个节点的作用更接近调整进入与恢复的进程;大脑中的其他麻醉靶点也仍在发挥作用。
来源:Yi T et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
两种肽类标记,指向一个富集的受体
这些活跃细胞大多带有UCN1与CART两种肽类标记,而GHSR信号也集中出现在这一群体中。周围虽有多种其他细胞,麻醉相关活跃群体的标记组合却有所区别。细胞位置、活动与分子身份由此接上了线,受体层面的追问也有了方向。
GHSR常与胃饥饿素信号一起出现。一个与进食和身体状态有关的受体,为何会出现在睡眠与麻醉的故事中?这项研究把问题带到了具体细胞上。标记共存本身还没有回答它们最终释放哪种神经肽,后续功能证据因此格外关键。
来源:Yi T et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
同一个受体,也牵动清醒与NREM的分配
胃饥饿素能够使相关细胞产生兴奋性电反应,GHSR阻断后,这份响应受到抑制。在整体动物的夜间测试中,局部胃饥饿素增加了NREM睡眠;白天开展的另一组局部GHSR阻断比较,则看到清醒增加、NREM减少。细胞反应与状态分配由此形成相互呼应的线索。
这些变化具有条件性:较弱作用条件下,睡眠时间未见显著变化,REM时间也没有随NREM一起显著改变。受体参与的是特定状态与条件中的调节,不能由此把自然睡眠简单概括为一个统一开关。
来源:Yi T et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
七氟烷的兴奋作用,怎样接上GHSR
七氟烷也能在相关细胞中诱发兴奋性电流;GHSR受到阻断后,电流明显减弱,在相应条件下接近消失。局部阻断这一受体,还使小鼠进入麻醉较慢、恢复较快。受体、电活动和整体状态三条线索,因此在同一研究中汇合。
计算模拟提出七氟烷可能与GHSR接触的口袋,但实际结合方式仍待结构和进一步功能证据确认。这项以小鼠为基础的研究,提供了睡眠相关细胞参与麻醉的新线索;它尚未证明在人类中调节该受体能够改善麻醉安全性或恢复质量。
来源:Yi T et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
查看原图与英文图注 ↗