睡眠剥夺对小胶质细胞介导的突触修剪功能的影响

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睡眠在中枢神经系统(CNS)稳态的维持以及记忆和认知功能的发挥中必不可缺。但随着科学技术的进步,生活和精神压力的增加导致睡眠剥夺越来越成为一种普遍的社会现象。正如我们所了解的,睡眠剥夺会导致记忆功能受损,但有关内在机制的研究相对缺乏。记忆的形成与巩固需要形成新的突触或者消除弱突触以增强特定功能突触的活性。在中枢神经系统中,小胶质细胞为重要免疫细胞,是调控大脑发育与稳态的关键细胞。睡眠过程中,小胶质细胞作为突触环路的主要“维修者”,通过选择性的修剪突触以增强特定的神经元环路。突触环路的细化有利于记忆的形成。因此我们假设睡眠剥夺导致小鼠认知障碍与小胶质细胞介导的突触修剪功能受损相关。首先睡眠剥夺对中枢神经系统的突触可塑性的影响被检测,Glogi-Cox染色法被应用以检测能代表突触数量的树突棘的变化。为了进一步检测突触数目的变化,Western-Blot技术被应用以检测突触前蛋白(Synapsin)和突触后蛋白(PSD95)的变化,实验结果睡眠剥夺导致树突棘和突触的异常增加。为探究小胶质细胞在睡眠剥夺导致突触数目增多的机制中所发挥的作用,免疫荧光技术被应用以检测小胶质细胞的形态和功能变化。实验结果表明睡眠剥夺会导致海马区小胶质细胞的形态呈过度激活态。且小胶质细胞的溶酶体表达量显著性降低。小胶质细胞和PSD95共染结果表明小胶质细胞的突触修剪功能受损。然后,与小胶质细胞突触修剪功能异常相关的分子机制被进一步研究。由于CX3CR1可以介导小胶质细胞的迁移与吞噬功能,所以我们假设睡眠剥夺导致的小胶质细胞突触修剪功能异常与CX3CR1有关。体外培养BV2小胶质细胞并用CX3CL1刺激以检测CX3CR1对于小胶质细胞突触修剪功能的调控,研究证实CX3CR1有促小胶质细胞吞噬的功能。因此,我们进一步检测睡眠剥夺对体内CX3CR1表达量的影响,发现睡眠剥夺会导致小鼠海马组织CX3CR1的RNA水平和蛋白水平表达量显著降低。上述结果为CX3CR1参与了睡眠剥夺导致小胶质细胞介导的突触修剪功能受损的机制提供了依据。最后,我们利用经典的记忆学检测实验,新颖物体识别实验(NORT)和物体位置识别实验(OLT)以检测睡眠剥夺对小鼠记忆功能造成的损伤,实验结果表明睡眠剥夺组鼠对于熟悉物体和位置的鉴别指数具有明显的降低。因此睡眠剥夺会导致记忆功能受损。总之,此研究基于睡眠过程中突触细化理论,检测了睡眠剥夺对小胶质细胞的形态、表达因子以及对突触的吞噬能力的变化,得出睡眠剥夺导致小胶质细胞的突触修剪功能受损,进而导致记忆能力下降,此机制与CX3CR1相关。该机制的阐明为后续由被动睡眠剥夺导致的认知受损的治疗提供了重要的理论基础。
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