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Sci Adv丨总睡眠时间够,醒来依旧疲惫?北大程和平院士揭示小胶A3受体通过钙信号调控睡眠‑觉醒稳态

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总睡眠时间明明达标,夜里却频繁短暂觉醒,睡醒之后身体依旧沉重疲惫,相信不少人都有过这样的睡眠困扰。这类问题并非单纯的睡得不够,而是更多源于睡眠维持能力下降、睡眠结构碎片化。

长久以来睡眠调控研究的重心大多集中在大脑神经元,脑内免疫细胞如何参与睡眠稳态的维持,仍有很多机制尚未解开。


2026年9月11日,北京大学程和平院士团队在《Science Advances》上发表研究“Microglia stabilize sleep homeostasis via adenosine A3 receptor signaling”。

该研究发现,胞外腺苷驱动小胶质细胞A₃受体介导脑状态依赖性钙信号与形态可塑性;小胶质细胞特异性敲除A₃受体,会削弱钙动态、破坏形态变化,引发清醒与非快速眼动睡眠频繁切换、睡眠碎片化,但不改变睡眠总时长。

研究揭示:小胶质细胞是睡眠压力的“感受器”,依靠胞外腺苷-A₃受体通路保障睡眠-觉醒稳态。

核心亮点速览

  • 小胶质细胞钙活动随睡眠-觉醒周期动态变化:清醒最高,NREM最低

  • 胞外腺苷同样受脑状态调控,且与小胶质细胞钙活动功能关联

  • A₃受体敲除后睡眠总时长不变,但碎片化加剧

  • 小胶质细胞A₃受体是睡眠中钙动态和形态可塑性的必要条件


小胶质细胞的活动会随睡眠状态变化吗?

研究使用双光子钙成像结合EEG/EMG,对自由活动小鼠体感皮层小胶质细胞钙活动开展长时间在体观测。

结果显示,小胶质细胞钙活性存在脑状态差异:清醒状态钙活性最高,REM 睡眠次之,NREM 睡眠最低;在运动时钙活性快速升高,进入睡眠则迅速下降。睡眠剥夺会提升小胶质细胞自发钙瞬变的发生频次。在睡眠‑觉醒状态发生切换时,小胶质细胞钙信号会出现快速幅度改变。

借助 GRAB 腺苷探针观测胞外腺苷(eADO)水平,胞外腺苷同样受脑状态调控:清醒阶段水平最高,NREM 睡眠最低,REM 睡眠出现短暂上升。胞外腺苷信号与肌电信号存在显著正相关,在睡眠‑觉醒切换时快速波动。小胶质细胞钙活动与胞外腺苷两者均跟随睡眠压力发生动态改变,提示二者存在功能关联。

因此,小胶质细胞钙活动与胞外腺苷水平均随睡眠-觉醒周期动态变化,清醒最高、NREM最低。


腺苷是通过哪个受体调控小胶质细胞的?

药物干预实验显示,施加腺苷、A₃受体激动剂 Cl‑IB‑MECA 会增加小胶质细胞钙事件数量;给予 A₃受体拮抗剂 MRS1523则减少钙事件,其他腺苷受体激动或拮抗处理不产生明显效果。

构建小胶质细胞特异性 A₃受体条件敲除(cKO)小鼠后,药物带来的钙活动改变显著减弱,证明 A₃受体介导腺苷对小胶质细胞钙信号的调控。

EEG/EMG 睡眠记录显示,对比对照组,A₃受体 cKO 小鼠清醒、NREM、REM 睡眠的总时长没有改变,但脑状态切换总次数明显增多,主要表现为清醒和 NREM 睡眠之间转换频繁。清醒片段、NREM 睡眠片段变短,短暂微觉醒占比升高,REM 睡眠结构不受明显影响。

因此,小胶质细胞 A₃受体不改变睡眠总时长,而是负责维持清醒与 NREM 睡眠的状态稳定性,缺失后出现睡眠碎片化表型。


A₃受体缺失如何改变小胶质细胞的动态特征?

在自由活动小鼠开展钙成像发现,A₃受体敲除小鼠的小胶质细胞,清醒、REM 时期钙活性下降,NREM 时期钙活性上升,不同脑状态之间钙活性的差异被削弱。虽然敲除小鼠小胶质细胞钙信号仍能跟随脑状态切换发生改变,但状态转换过程中钙信号变化幅度显著降低,NREM 与 REM 睡眠之间钙活性差异消失。

形态学观测结果,对照组小鼠小胶质细胞突起长度、领地面积、分支点数量随睡眠状态改变,NREM 睡眠状态下突起更发达。A₃受体敲除后,这种脑状态依赖的形态重塑现象消失;清醒状态下小胶质细胞突起参数相比对照组异常升高。

综上,小胶质细胞 A₃受体是睡眠‑觉醒周期中钙信号动态变化、形态可塑性实现的必要条件,该通路受损,会进一步造成睡眠‑觉醒状态稳定性下降。

解读:小胶质细胞有一个令人惊叹的特性,那就是它们的突起一直在动,像在不断地探查周围环境。这项研究发现,这种探查行为不是随机的,而是随睡眠状态系统性地变化:NREM睡眠时突起更发达,清醒时更收敛。A₃受体缺失后,这种脑状态依赖的形态重塑消失了。这意味着,小胶质细胞不是被动地待在脑内,而是主动地根据脑状态调整自己的形态和功能。


一张图看懂:小胶质细胞如何维持睡眠稳定

该文阐明小胶质细胞可以通过 A₃受体感知胞外腺苷的动态波动,实现钙信号和细胞形态随睡眠‑觉醒周期发生适应性改变;小胶质细胞 A₃受体缺失不会改变各类睡眠总时长,但会造成清醒‑NREM 睡眠之间转换增多、睡眠碎片化。该研究确立一条小胶质细胞参与睡眠稳态调控的嘌呤‑免疫通路,提示小胶质细胞是睡眠压力的重要感受单元。

状态

胞外腺苷

小胶质细胞钙活动

清醒

最高

最高

REM睡眠

短暂上升

中等

NREM睡眠


小编寄语

生活里不少人会遇到这种情况,躺床上睡眠时间不算短,但夜里会多次短暂醒过来,白天依旧觉得疲乏。这篇研究告诉我们,大脑里的免疫细胞状态同样会影响睡眠质量。睡眠时脑内免疫细胞也在持续读取困意相关分子信号,维持清醒和睡眠状态不被轻易打断。

这项研究为为临床上总睡眠时间尚可但睡眠碎片化、睡眠质量差的人群提供全新解释;提示腺苷 A₃受体可作为改善睡眠维持能力的潜在靶点,为开发针对睡眠维持障碍的干预手段提供实验依据;为失眠、睡眠维持障碍相关疾病后续机制研究开辟新方向。

https://doi.org/10.1126/sciadv.aef3957

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