為什么熬夜后情緒反而變好？斯特拉斯堡大學團隊揭示mPFC分子鐘介導睡眠剝奪抗抑郁效果機制

睡眠、晝夜節律以及神經可塑性的紊亂與抑郁癥的病理生理機制及治療密切相關。急性睡眠剝奪（SD）能夠產生快速但短暫的抗抑郁效果，然而其潛在機制尚不明確。

基于此，2025年9月29日，斯特拉斯堡大學Tsvetan Serchov研究團隊在Molecular Psychiatry雜志發表了“The mPFC molecular clock mediates the effects of sleep deprivation on depression-like behavior and regulates sleep consolidation and homeostasis”揭示了內側前額葉皮層的分子鐘介導了睡眠剝奪對抑郁樣行為的影響并調控睡眠的鞏固與穩態。

在應激誘導的抑郁癥小鼠模型中，作者發現睡眠結構發生改變，睡眠穩態受損并且內側前額葉皮層（mPFC）中谷氨酸能可塑性標志物Homer1a和突觸AMPA受體表達的晝夜節律性振蕩被破壞。這些變化伴隨著對睡眠剝奪的穩態反應減弱。進一步發現，睡眠剝奪和氯胺酮作為兩種快速起效的抗抑郁手段，對mPFC中晝夜節律基因的表達具有相反的作用：睡眠剝奪增強了負性鐘基因（如Per、Cry）的表達，這種效應與應激作用相似，而氯胺酮則下調了這些基因的表達。在mPFC中特異性敲除興奮性神經元（表達CaMK2a）的核心鐘基因Bmal1后，小鼠的睡眠-覺醒結構被破壞，慢波活動升高并且對睡眠剝奪的行為反應和分子反應（Homer1a表達）均消失。此外，藥理學激活鐘基因抑制因子REV-ERB會抑制睡眠剝奪的抗抑郁效果。作者的研究結果表明，mPFC的分子鐘對于睡眠鞏固和穩態的調控至關重要，并且介導了睡眠剝奪對行為的影響。

圖一 重復游泳應激會增加慢波睡眠（SWS）的持續時間并導致睡眠片段化

為了研究由應激引起的類抑郁表型對睡眠的影響，小鼠接受了慢性行為絕望范式處理。該模型通過連續五天每天進行10分鐘的游泳，誘導出被動不動和快感缺失。接受該處理的小鼠和未受應激的對照組小鼠均植入了腦電圖和肌電圖電極，以進行連續24小時的記錄。

數據顯示，與對照組相比，接受慢性行為絕望處理的小鼠在睡眠結構上表現出多種異常。經歷游泳應激的小鼠在慢波睡眠中花費的時間更長，而清醒時間相應減少，表現為在24小時內以及在12小時的黑暗期和光照期內，慢波睡眠的總時間均增加。相比之下，快速眼動睡眠的總時間未受影響。此外，在活躍期的前半段，這些小鼠的運動和探索行為減少并且在ZT12時的活動起始時間顯著延遲。在慢波睡眠期間，游泳應激小鼠的睡眠更加碎片化，在清醒與慢波睡眠之間的轉換頻率顯著高于對照組，尤其是在以睡眠為主的光照期。在24小時整體以及光照期內，清醒和慢波睡眠的平均持續時間分別顯著縮短，反映出慢波睡眠的碎片化程度更高。盡管總體快速眼動睡眠時間與對照組相同，但慢性行為絕望處理的小鼠在光照期內進入快速眼動睡眠的次數更多。綜上所述，慢性行為絕望范式中的重復游泳應激會改變睡眠結構，導致慢波睡眠時間延長和睡眠碎片化，具體表現為清醒與慢波睡眠之間的轉換更頻繁、慢波睡眠和清醒的持續時間縮短，以及快速眼動睡眠的發作次數增加。

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圖二 慢性應激抑郁模型動物存在睡眠穩態和穩態可塑性的失調以及對睡眠剝奪的反應異常

接下來，作者研究了慢性行為絕望模型對睡眠穩態和穩態可塑性的影響。

慢波睡眠期間的慢波活動（SWA）與睡眠的穩態驅動力以及關鍵的神經可塑性機制（如突觸下調）密切相關。數據顯示，慢性行為絕望模型小鼠在24小時內的SWA分布節律模式受到影響，導致擬合的正弦曲線明顯趨于平緩，節律振幅顯著降低。此外，對照組小鼠在以睡眠為主的光照期（ZT00至ZT12）期間，δ波功率顯著下降，而慢性行為絕望模型小鼠的SWA則無明顯變化。

突觸后支架蛋白Homer1a的誘導以及AMPA受體在突觸上的重新分布被認為是穩態可塑性的分子標志。通常，這些分子的表達水平會隨著睡眠剝奪或長時間清醒后SWA的增強而升高并在恢復睡眠期間SWA下降時降低。

慢性行為絕望模型小鼠表現出異常的SWA節律，其mPFC中突觸AMPA受體GluA1的晝夜波動消失且在光照期早期（ZT02）表達顯著低于對照組。

同時，Homer1a的節律也發生紊亂，表現為振幅增大、峰值延遲。在6小時急性睡眠剝奪后，對照組小鼠出現顯著的SWA反彈，而應激小鼠SWA反彈明顯減弱，盡管其睡眠質量得到改善（碎片化減少、慢波睡眠延長）。兩組小鼠在剝奪后Homer1a均上調，但應激小鼠整體表達水平更低；值得注意的是，應激小鼠在剝奪后立即出現GluA1的明顯上調，而對照組則在恢復睡眠后GluA1表達下降。這表明，慢性應激導致mPFC穩態可塑性調節紊亂，影響SWA節律及對睡眠剝奪的神經可塑性響應，可能與抑郁相關睡眠障礙的病理機制密切相關。

圖三 mPFC Bmal1基因敲除導致晝夜特異性的睡眠改變，增加睡眠碎片化并擾亂慢波活動

為了研究mPFC分子鐘在睡眠調控以及睡眠剝奪抗抑郁作用中的重要性，作者在Bmal1基因條件性敲除小鼠中，利用腺相關病毒（AAV）在興奮性谷氨酸能神經元特異性啟動子CaMK2a的控制下表達Cre重組酶從而特異性敲除mPFC中興奮性神經元的Bmal1基因表達。在向mPFC注射Cre病毒或對照EGFP病毒后，小鼠接受了腦電圖和肌電圖電極植入，以評估Bmal1基因敲除對睡眠的影響。

分析結果顯示，CaMK2a-Bmal1基因敲除小鼠表現出與時間相關的睡眠結構改變：在活躍的黑暗期，它們清醒時間減少，而慢波睡眠和快速眼動睡眠時間相應增加。與對照組相比，Bmal1基因敲除小鼠在所有時間點均表現出顯著的睡眠碎片化，清醒與慢波睡眠之間的轉換更為頻繁。這種碎片化還表現為黑暗期清醒持續時間顯著縮短，光照期慢波睡眠持續時間縮短以及活躍期快速眼動睡眠發作次數增加。Bmal1基因敲除小鼠的慢波活動在多個時間點顯著高于對照組，并且在光照期和黑暗期之間未表現出正常的節律性變化。在經歷6小時睡眠剝奪后，mPFC特異性Bmal1基因敲除小鼠的慢波活動和慢波睡眠時間均未出現顯著的反彈。

圖四 mPFC Bmal1基因敲除抑制了睡眠剝奪及恢復睡眠后由Homer1a介導的行為改變

接下來，作者研究了CaMK2a神經元中Bmal1基因敲除對mPFC分子鐘功能以及在未受應激小鼠中睡眠剝奪效應的影響。

通過病毒誘導基因敲除后，小鼠接受了6小時的睡眠剝奪并在剝奪結束后立即進行行為測試或在隨后24小時的恢復睡眠后于ZT06時間點進行測試。

在表達EGFP的對照小鼠中，睡眠剝奪后強迫游泳實驗的不動時間減少，表明出現了抗抑郁樣效應；而在恢復睡眠24小時后，不動時間顯著高于基線水平，提示恢復睡眠后產生了促抑郁樣效應。相比之下，CaMK2a-Bmal1基因敲除小鼠在睡眠剝奪或恢復睡眠后均未表現出顯著的行為改變。同樣，在懸尾實驗中，基因敲除小鼠的不動時間在睡眠剝奪和恢復睡眠后均無變化。盡管睡眠剝奪本身未顯著影響對照小鼠在懸尾實驗中的行為，但恢復睡眠后仍導致了促抑郁樣效應。

qRT-PCR mRNA分析顯示，睡眠剝奪使對照小鼠內側前額葉皮層中Per1、Per2和Cry1基因的表達升高，而這一效應在Bmal1基因敲除小鼠中未出現。有趣的是，與對照小鼠相比，Bmal1基因敲除小鼠在基線狀態下正向調控因子RORɑ的表達顯著升高，而睡眠剝奪后其表達水平下降至與對照組相近。關鍵的是，接受睡眠剝奪的Bmal1基因敲除小鼠在剝奪后Homer1a的表達未發生改變。相反，對照小鼠表現出Homer1a表達的顯著升高，而這一變化此前已被認為與抗抑郁效應相關。

總結

綜上所述，作者的研究發現內側前額葉皮層中表達CaMK2a的興奮性谷氨酸能神經元內的生物鐘系統是睡眠穩態調節和睡眠鞏固的關鍵調控因子。此外，揭示了mPFC分子鐘在介導睡眠剝奪對抑郁樣行為短暫效應中的作用，特別是負性鐘基因調控因子的上調以及BMAL1及其對Homer1a節律性表達調控的關鍵作用。本研究加深了對睡眠剝奪作用機制的理解并突出了生物鐘在抑郁癥發病機制及快速治療中的重要性。更重要的是，對分子鐘的治療性調控為開發更有效的抑郁癥治療和預防干預手段提供了新策略。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03276-7

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