睡眠、晝夜節(jié)律以及神經(jīng)可塑性的紊亂與抑郁癥的病理生理機制及治療密切相關(guān)。急性睡眠剝奪（SD）能夠產(chǎn)生快速但短暫的抗抑郁效果，然而其潛在機制尚不明確。

基于此，2025年9月29日，斯特拉斯堡大學(xué)Tsvetan Serchov研究團隊在Molecular Psychiatry雜志發(fā)表了“The mPFC molecular clock mediates the effects of sleep deprivation on depression-like behavior and regulates sleep consolidation and homeostasis”揭示了內(nèi)側(cè)前額葉皮層的分子鐘介導(dǎo)了睡眠剝奪對抑郁樣行為的影響并調(diào)控睡眠的鞏固與穩(wěn)態(tài)。

在應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁癥小鼠模型中，作者發(fā)現(xiàn)睡眠結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，睡眠穩(wěn)態(tài)受損并且內(nèi)側(cè)前額葉皮層（mPFC）中谷氨酸能可塑性標(biāo)志物Homer1a和突觸AMPA受體表達的晝夜節(jié)律性振蕩被破壞。這些變化伴隨著對睡眠剝奪的穩(wěn)態(tài)反應(yīng)減弱。進一步發(fā)現(xiàn)，睡眠剝奪和氯胺酮作為兩種快速起效的抗抑郁手段，對mPFC中晝夜節(jié)律基因的表達具有相反的作用：睡眠剝奪增強了負性鐘基因（如Per、Cry）的表達，這種效應(yīng)與應(yīng)激作用相似，而氯胺酮則下調(diào)了這些基因的表達。在mPFC中特異性敲除興奮性神經(jīng)元（表達CaMK2a）的核心鐘基因Bmal1后，小鼠的睡眠-覺醒結(jié)構(gòu)被破壞，慢波活動升高并且對睡眠剝奪的行為反應(yīng)和分子反應(yīng)（Homer1a表達）均消失。此外，藥理學(xué)激活鐘基因抑制因子REV-ERB會抑制睡眠剝奪的抗抑郁效果。作者的研究結(jié)果表明，mPFC的分子鐘對于睡眠鞏固和穩(wěn)態(tài)的調(diào)控至關(guān)重要，并且介導(dǎo)了睡眠剝奪對行為的影響。

圖一 重復(fù)游泳應(yīng)激會增加慢波睡眠（SWS）的持續(xù)時間并導(dǎo)致睡眠片段化

為了研究由應(yīng)激引起的類抑郁表型對睡眠的影響，小鼠接受了慢性行為絕望范式處理。該模型通過連續(xù)五天每天進行10分鐘的游泳，誘導(dǎo)出被動不動和快感缺失。接受該處理的小鼠和未受應(yīng)激的對照組小鼠均植入了腦電圖和肌電圖電極，以進行連續(xù)24小時的記錄。

數(shù)據(jù)顯示，與對照組相比，接受慢性行為絕望處理的小鼠在睡眠結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出多種異常。經(jīng)歷游泳應(yīng)激的小鼠在慢波睡眠中花費的時間更長，而清醒時間相應(yīng)減少，表現(xiàn)為在24小時內(nèi)以及在12小時的黑暗期和光照期內(nèi)，慢波睡眠的總時間均增加。相比之下，快速眼動睡眠的總時間未受影響。此外，在活躍期的前半段，這些小鼠的運動和探索行為減少并且在ZT12時的活動起始時間顯著延遲。在慢波睡眠期間，游泳應(yīng)激小鼠的睡眠更加碎片化，在清醒與慢波睡眠之間的轉(zhuǎn)換頻率顯著高于對照組，尤其是在以睡眠為主的光照期。在24小時整體以及光照期內(nèi)，清醒和慢波睡眠的平均持續(xù)時間分別顯著縮短，反映出慢波睡眠的碎片化程度更高。盡管總體快速眼動睡眠時間與對照組相同，但慢性行為絕望處理的小鼠在光照期內(nèi)進入快速眼動睡眠的次數(shù)更多。綜上所述，慢性行為絕望范式中的重復(fù)游泳應(yīng)激會改變睡眠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致慢波睡眠時間延長和睡眠碎片化，具體表現(xiàn)為清醒與慢波睡眠之間的轉(zhuǎn)換更頻繁、慢波睡眠和清醒的持續(xù)時間縮短，以及快速眼動睡眠的發(fā)作次數(shù)增加。

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圖二 慢性應(yīng)激抑郁模型動物存在睡眠穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)可塑性的失調(diào)以及對睡眠剝奪的反應(yīng)異常

接下來，作者研究了慢性行為絕望模型對睡眠穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)可塑性的影響。

慢波睡眠期間的慢波活動（SWA）與睡眠的穩(wěn)態(tài)驅(qū)動力以及關(guān)鍵的神經(jīng)可塑性機制（如突觸下調(diào)）密切相關(guān)。數(shù)據(jù)顯示，慢性行為絕望模型小鼠在24小時內(nèi)的SWA分布節(jié)律模式受到影響，導(dǎo)致擬合的正弦曲線明顯趨于平緩，節(jié)律振幅顯著降低。此外，對照組小鼠在以睡眠為主的光照期（ZT00至ZT12）期間，δ波功率顯著下降，而慢性行為絕望模型小鼠的SWA則無明顯變化。

突觸后支架蛋白Homer1a的誘導(dǎo)以及AMPA受體在突觸上的重新分布被認為是穩(wěn)態(tài)可塑性的分子標(biāo)志。通常，這些分子的表達水平會隨著睡眠剝奪或長時間清醒后SWA的增強而升高并在恢復(fù)睡眠期間SWA下降時降低。

慢性行為絕望模型小鼠表現(xiàn)出異常的SWA節(jié)律，其mPFC中突觸AMPA受體GluA1的晝夜波動消失且在光照期早期（ZT02）表達顯著低于對照組。

同時，Homer1a的節(jié)律也發(fā)生紊亂，表現(xiàn)為振幅增大、峰值延遲。在6小時急性睡眠剝奪后，對照組小鼠出現(xiàn)顯著的SWA反彈，而應(yīng)激小鼠SWA反彈明顯減弱，盡管其睡眠質(zhì)量得到改善（碎片化減少、慢波睡眠延長）。兩組小鼠在剝奪后Homer1a均上調(diào)，但應(yīng)激小鼠整體表達水平更低；值得注意的是，應(yīng)激小鼠在剝奪后立即出現(xiàn)GluA1的明顯上調(diào)，而對照組則在恢復(fù)睡眠后GluA1表達下降。這表明，慢性應(yīng)激導(dǎo)致mPFC穩(wěn)態(tài)可塑性調(diào)節(jié)紊亂，影響SWA節(jié)律及對睡眠剝奪的神經(jīng)可塑性響應(yīng)，可能與抑郁相關(guān)睡眠障礙的病理機制密切相關(guān)。

圖三 mPFC Bmal1基因敲除導(dǎo)致晝夜特異性的睡眠改變，增加睡眠碎片化并擾亂慢波活動

為了研究mPFC分子鐘在睡眠調(diào)控以及睡眠剝奪抗抑郁作用中的重要性，作者在Bmal1基因條件性敲除小鼠中，利用腺相關(guān)病毒（AAV）在興奮性谷氨酸能神經(jīng)元特異性啟動子CaMK2a的控制下表達Cre重組酶從而特異性敲除mPFC中興奮性神經(jīng)元的Bmal1基因表達。在向mPFC注射Cre病毒或?qū)φ誆GFP病毒后，小鼠接受了腦電圖和肌電圖電極植入，以評估Bmal1基因敲除對睡眠的影響。

分析結(jié)果顯示，CaMK2a-Bmal1基因敲除小鼠表現(xiàn)出與時間相關(guān)的睡眠結(jié)構(gòu)改變：在活躍的黑暗期，它們清醒時間減少，而慢波睡眠和快速眼動睡眠時間相應(yīng)增加。與對照組相比，Bmal1基因敲除小鼠在所有時間點均表現(xiàn)出顯著的睡眠碎片化，清醒與慢波睡眠之間的轉(zhuǎn)換更為頻繁。這種碎片化還表現(xiàn)為黑暗期清醒持續(xù)時間顯著縮短，光照期慢波睡眠持續(xù)時間縮短以及活躍期快速眼動睡眠發(fā)作次數(shù)增加。Bmal1基因敲除小鼠的慢波活動在多個時間點顯著高于對照組，并且在光照期和黑暗期之間未表現(xiàn)出正常的節(jié)律性變化。在經(jīng)歷6小時睡眠剝奪后，mPFC特異性Bmal1基因敲除小鼠的慢波活動和慢波睡眠時間均未出現(xiàn)顯著的反彈。

圖四 mPFC Bmal1基因敲除抑制了睡眠剝奪及恢復(fù)睡眠后由Homer1a介導(dǎo)的行為改變

接下來，作者研究了CaMK2a神經(jīng)元中Bmal1基因敲除對mPFC分子鐘功能以及在未受應(yīng)激小鼠中睡眠剝奪效應(yīng)的影響。

通過病毒誘導(dǎo)基因敲除后，小鼠接受了6小時的睡眠剝奪并在剝奪結(jié)束后立即進行行為測試或在隨后24小時的恢復(fù)睡眠后于ZT06時間點進行測試。

在表達EGFP的對照小鼠中，睡眠剝奪后強迫游泳實驗的不動時間減少，表明出現(xiàn)了抗抑郁樣效應(yīng)；而在恢復(fù)睡眠24小時后，不動時間顯著高于基線水平，提示恢復(fù)睡眠后產(chǎn)生了促抑郁樣效應(yīng)。相比之下，CaMK2a-Bmal1基因敲除小鼠在睡眠剝奪或恢復(fù)睡眠后均未表現(xiàn)出顯著的行為改變。同樣，在懸尾實驗中，基因敲除小鼠的不動時間在睡眠剝奪和恢復(fù)睡眠后均無變化。盡管睡眠剝奪本身未顯著影響對照小鼠在懸尾實驗中的行為，但恢復(fù)睡眠后仍導(dǎo)致了促抑郁樣效應(yīng)。

qRT-PCR mRNA分析顯示，睡眠剝奪使對照小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮層中Per1、Per2和Cry1基因的表達升高，而這一效應(yīng)在Bmal1基因敲除小鼠中未出現(xiàn)。有趣的是，與對照小鼠相比，Bmal1基因敲除小鼠在基線狀態(tài)下正向調(diào)控因子RORɑ的表達顯著升高，而睡眠剝奪后其表達水平下降至與對照組相近。關(guān)鍵的是，接受睡眠剝奪的Bmal1基因敲除小鼠在剝奪后Homer1a的表達未發(fā)生改變。相反，對照小鼠表現(xiàn)出Homer1a表達的顯著升高，而這一變化此前已被認為與抗抑郁效應(yīng)相關(guān)。

總結(jié)

綜上所述，作者的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)前額葉皮層中表達CaMK2a的興奮性谷氨酸能神經(jīng)元內(nèi)的生物鐘系統(tǒng)是睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和睡眠鞏固的關(guān)鍵調(diào)控因子。此外，揭示了mPFC分子鐘在介導(dǎo)睡眠剝奪對抑郁樣行為短暫效應(yīng)中的作用，特別是負性鐘基因調(diào)控因子的上調(diào)以及BMAL1及其對Homer1a節(jié)律性表達調(diào)控的關(guān)鍵作用。本研究加深了對睡眠剝奪作用機制的理解并突出了生物鐘在抑郁癥發(fā)病機制及快速治療中的重要性。更重要的是，對分子鐘的治療性調(diào)控為開發(fā)更有效的抑郁癥治療和預(yù)防干預(yù)手段提供了新策略。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03276-7

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