小胶质细胞对大脑的稳态和免疫功能有很重要的影响，但它们在调节警觉性方面的作用尚不清楚。越来越多的证据表明小胶质细胞活动与睡眠/清醒状态存在相关性。但小胶质细胞如何调节睡眠/清醒状态之间的切换仍然未知。

2021年7月，来美国纽约石溪大学神经生物学和行为学系研究团队在 Nature Communications （IF= 14.912）上发表题为《Microglia modulate stable wakefulness via the thalamic reticular nucleus in mice》的研究文章，采用遗传、生理学和全谱代谢组的方法探讨小胶质细胞参与调节清醒和睡眠的作用机制。本研究发现小胶质细胞可以通过神经酰胺信号传导调节aTRN 神经元调控睡眠/清醒的状态切换。

研究材料：

正常对照组（清醒状态/睡眠状态）和小胶质细胞耗竭组（清醒状态/睡眠状态）小鼠皮层下区域脑组织

技术方法：全谱非靶向代谢组

实验路线图：

🔹 步骤1：明确小胶质细胞对清醒/睡眠状态的调节作用

🔹 步骤2：非靶向代谢组揭示清醒/睡眠状态下睡眠相关脑组织差异表达的代谢物质

🔹 步骤3：脂质层面验证神经酰胺在小胶质细胞耗竭下对清醒程度的调节效果

🔹 步骤4：明确丘脑网状核（TRN）区域的小胶质细胞对清醒程度的调节作用

🔹 步骤5：进一步揭示小胶质细胞通过向 aTRN 神经元传递神经酰胺信号来调节清醒程度

研究结果：

1、 小胶质细胞耗竭通过增加清醒和睡眠之间的转换来降低清醒程度

为了明确小胶质细胞对清醒/睡眠的调节作用，作者通过转基因重组联合药物制作了小胶质细胞消耗的小鼠模型，并发现小胶质细胞耗竭的小鼠表现出总清醒持续时间减少和总非快速动眼睡眠持续时间增加。并通过设置对照组明确了是小胶质细胞耗竭，而不是模型制备中相关药物影响了清醒和睡眠时间的调节。总之，小胶质细胞耗竭可以降低小鼠清醒状态。

图1 小胶质细胞对于稳定清醒至关重要

2、清醒期小鼠皮层区脑组织中神经酰胺的表达水平显著低于睡眠期

为了探索小胶质细胞如何调节清醒稳定性，作者先对亲水性代谢物进行代谢组分析。共有 155 种代谢物在睡眠期和清醒期表现出显著差异。其中一种生物活性脂质神经酰胺，在清醒期显示出较低的浓度，而睡眠剥夺 12 小时后神经酰胺含量显著增加，表明神经酰胺随着睡眠驱动的增强而增加。这些结果表明神经酰胺与睡眠驱动呈正相关，其可能通过促进睡眠来影响清醒稳定性。

图2 神经酰胺的昼夜节律变化与睡眠-觉醒行为相关

3、小胶质细胞耗竭消除了调节稳定觉醒的神经酰胺信号的昼夜变化

研究人员根据已发现神经酰胺的浓度变化，进一步对于脑组织的整体代谢谱图进行了描绘，对同样本补充了脂质组学分析。发现对照小鼠的总神经酰胺浓度在清醒时低于睡眠时。然而，在小胶质细胞耗尽的小鼠中，这种差异被消除了。因此，小胶质细胞可能是大脑昼夜神经酰胺波动的重要调节器。

图3 神经酰胺介导的小胶质细胞对稳定觉醒的调节

4、TRN小胶质细胞的局部消耗降低了小鼠的清醒程度

为进一步检查参与清醒调节的小胶质细胞-神经酰胺调控神经回路，研究人员对大脑区域中的小胶质细胞进行形态学分析，Acer3^-/-小鼠中的小胶质细胞在TRN 区域具有更高的 Iba1 表达和更短的过程。表明 TRN 可能是小胶质细胞介导的清醒稳定性调节的重要区域。

图4 TRN小胶质细胞对脑神经酰胺的高敏感性

5、小胶质细胞通过向 aTRN 神经元传递神经酰胺信号来调节清醒程度

进一步研究显示小胶质细胞在前 TRN (aTRN) 中局部耗竭的小鼠表现出夜间清醒持续时间减少。正常小鼠的 aTRN 神经元在夜间显示出比白天更高的平均放电率。而小胶质细胞耗竭小鼠的 aTRN 神经元放电能力受到抑制。同时发现一大群 aTRN 神经元从清醒到睡眠的放电率显着降低，而从睡眠到清醒的放电率增加。而小胶质细胞耗竭降低了清醒期间的 aTRN 神经元活动。这些结果说明小胶质细胞可能通过向 aTRN 神经元传递神经酰胺信号来调节稳定的清醒。

图5 aTRN 神经元活动控制清醒和睡眠之间的转换

小编小结：

本研究通过非靶代谢组发现调节分子线索，并通过脂质层面进行验证，描绘了全面的代谢谱图，最终发现神经酰胺是小胶质细胞调节睡眠/清醒的关键活性物质。进一步研究明确了小胶质细胞可以通过神经酰胺调节aTRN神经元活动进而控制清醒和睡眠状态之间的转换。大脑神经酰胺水平在不同的生理和病理条件下存在显著变化，本研究为衰老和其他病理条件下清醒受损治疗提供了新的思路。