促醒肽orexins调控前额叶皮层HCN的分子机制及对睡眠觉醒周期的影响

超极化激活的环核苷酸门控离子通道(HCN)是维系单个细胞膜电位的特殊通道，与细胞自律性有关，目前尚不清楚其是否参与睡眠觉醒周期调控。下丘脑源性的神经肽orexins系统是维持觉醒的关键。本室前期研究发现，orexins能抑制前额叶皮层锥体神经元HCN，进而兴奋神经元，提示这种受控于orexins的离子通道在皮层脑电振荡中可能发挥重要作用。本项目拟以大鼠前额叶皮层缘前区HCN为研究对象，利用脑片膜片钳、细胞内记录和脑电记录等电生理学方法，结合分子生物学技术，分别从形态、分子机制以及整体效应上，研究前额叶皮层缘前区在orexins调控下，HCN活动改变的分子信号途径、HCN的膜上表达和树突梯度分布。在此基础上，分析受orexins调控的HCN在睡眠觉醒周期中功能。该研究有望为揭示睡眠觉醒皮层发生机理提供新的有益线索。

超极化激活的环核苷酸门控离子通道(HCN)是维系单个细胞膜电位的特殊通道，与细胞自律性有关，目前尚不清楚其是否参与睡眠觉醒周期调控。下丘脑源性的神经肽orexins系统是维持觉醒的关键。本室前期研究发现，orexins能抑制前额叶皮层锥体神经元HCN，进而兴奋神经元，提示这种受控于orexins的离子通道在皮层脑电振荡中可能发挥重要作用。本项目以大鼠前额叶皮层缘前区HCN为研究对象，主要研究结果一是形态上发现Ⅱ/Ⅲ层和Ⅴ层锥体神经元胞体以OR1亚型为主，树突以HCN1亚型为主，二者可在同一神经元的胞体和树突上共存；突触前膜、后膜均有HCN1分布，OR1和HCN1可共分布于突触附近细胞膜。二是利用电生理学结合分子生物学技术方法从分子机制上阐明orexin A可引起时间依赖的HCN1表达上调，表现在远端树突分布密度增高，这种调节亚细胞再分布是orexins长时促兴奋的基础。前额叶主要锥体神经元的兴奋性依赖于HCN1通道，该过程与谷氨酸能突触传递无关。orexin A是通过OR1激活PKC信号通路，并进一步激活MAPK途径而参与对HCN1通道的抑制性调节的。三是从整体效应上观察到阻断HCN1通道能导致24小时的睡眠觉醒周期中觉醒时间增多，增加的觉醒是由于睡眠时间减少所致，其中NREM睡眠时间的减少成为最主要的原因，该效应可持续整个睡眠期，约11小时；而对REM睡眠的影响仅出现在阻断的2-3小时。频谱分析结果显示阻断HCN1使皮层脑电向高频部分转移，δ波明显减弱，β波比较稳定，а和θ波略有增强，因此HCN1通道可促进慢波睡眠模式的成熟。此外，药理学和RNAi实验结果表明orexin通路的激活促进了大鼠的交替选择行为的获得和提取过程。综上，PKC-MAPK调节HCN1及HCN1梯度分布均受到orexin通路的调控，HCN1通道的活性对睡眠觉醒中皮层的慢波振荡波形成必不可缺。这些研究结果有望为揭示睡眠觉醒皮层发生机理提供新的有益线索。