利用光控离子通道转基因小鼠研究中枢5-羟色氨在睡眠觉醒调节中的作用

5-羟色胺（5-HT）是中枢神经系统的重要神经递质，参与睡眠、饮食、体温、精神疾病（焦虑、抑郁）等生理、病理状态的调节。大量研究表明5-HT及其受体在睡眠觉醒调控中发挥重要作用，但其机制仍不清楚。我们此前以中枢5-HT基因敲除小鼠为模型,研究了5-HT基因缺失对小鼠睡眠结构的影响,发现该小鼠睡眠剥夺后睡眠补偿增加,且Orexin mRNA水平降低，神经元活性下降，提示中枢5-HT基因缺失对睡眠造成重要影响。但是目前的证据仍难说明5-HT是通过何种方式调节睡眠的。因此本项目通过构建特异表达于中枢5-HT系统的光控阳离子通道（ChR2）转基因小鼠，从功能获得角度研究中枢5-HT能神经元对小鼠睡眠的主动调节，并应用5-HT基因缺失小鼠作对比验证，为阐明5-HT在调控睡眠觉醒中的作用提供直接的在体证据。本研究可能为寻找新的睡眠障碍疾病治疗方法和策略提供科学的依据。

5-HT及其受体在睡眠觉醒调控中发挥重要作用，但其机制仍不清楚。我们以中枢5-HT基因敲除小鼠为模型,研究了5-HT基因缺失对小鼠睡眠结构的影响,发现该小鼠睡眠剥夺后睡眠补偿增加,且Orexin mRNA水平降低，神经元活性下降，提示中枢5-HT基因缺失对睡眠造成重要影响。但是仍难说明5-HT是通过何种方式调节睡眠的。本项目通过构建特异表达于中枢5-HT系统的光控阳离子通道（ChR2）转基因小鼠，从功能获得角度研究中枢5-HT能神经元对小鼠睡眠的主动调节，并应用5-HT基因缺失小鼠作对比验证，为阐明5-HT在调控睡眠觉醒中的作用提供直接的在体证据。.我们对Pet1-ChR2转基因小鼠进行了体外的鉴定实验，取得了与实验预期相符的研究结果，即蓝光在Pet1-ChR2转基因小鼠脑片上可以较满意的激活5-HT神经元并引发动作电位。但是在进行整体动物研究过程中，在培育的Pet1-ChR2转基因小鼠上，蓝光激活中缝核团5-HT神经元尚不够稳定，5-HT神经元的激活比例很小，故无法顺利的进行该转基因小鼠的睡眠结构分析。为此将研究重点调整为分析另一种转基因小鼠Pet1-iDTR（该小鼠可在5-HT神经元特异表达白喉毒素受体）的睡眠结构，目的是研究在小鼠成年后，在特定核团（主要为中缝背核）急性剔除5-HT神经元对睡眠结构造成的影响，该部分试验对现有计划书内容是良好的补充，对于了解成年后5-HT调节睡眠觉醒结构的规律有重要的科学意义。.结果发现：1、Pet1-iDTR小鼠DT注射前睡眠结构与野生型小鼠无显著差异 ；2、中缝背核DT注射后， Pet1-iDTR小鼠REM和NREM睡眠时间显著延长，尤以夜晚时相为著；3、中缝背核DT注射后W-NR，NR-W的睡眠时相转换次数均较注射盐水的对照组显著增加；4、尾侧中缝核团DT注射不引起小鼠睡眠结构改变；5、中枢5-HT缺失的CKO小鼠8小时睡眠剥夺后，Orexin神经元活性降低，包括Prepro-Orexin mRNA水平显著下降。.结论：1、发育期5-HT的缺失因为代偿原因对睡眠结构不构成绝对影响，但5-HT对于维持机体的警觉状态和睡眠-觉醒的稳态是必须的。2、成年后5-HT的急性缺失对于睡眠稳定性和睡眠量均造成影响，且这种影响部分是通过5-HT2A/2C受体介导的。 3、5-HT对于Orexin神经元维持正常的活性是必需的。