睡眠是我們生活中極其重要的一部分，但其背后的調(diào)控機(jī)制仍然十分神秘。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細(xì)胞，占整個腦細(xì)胞的10-15%。它們在神經(jīng)發(fā)生、突觸修剪、損傷修復(fù)以及學(xué)習(xí)和記憶等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，然而在自然睡眠中的角色一直不清楚。小膠質(zhì)細(xì)胞對大腦微環(huán)境十分敏感，傳統(tǒng)的有創(chuàng)開顱術(shù)引發(fā)的炎癥反應(yīng)會改變細(xì)胞的生理形態(tài)，這在一定程度上限制了對自然睡眠中小膠質(zhì)細(xì)胞的功能研究。

為了研究和解決這些問題，近日，北京大學(xué)程和平和東南大學(xué)顧小春合作團(tuán)隊于國際學(xué)術(shù)期刊eLife在線發(fā)表題為“Imaging Microglia Surveillance during Sleep-wake Cycles in Freely Behaving Mice”的研究論文，報道了小膠質(zhì)細(xì)胞在自然睡眠中的重要作用，為我們揭示了睡眠之謎的一角。東南大學(xué)副教授顧小春與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所博士生趙重為文章的第一作者，顧小春與程和平院士為文章的共同通訊作者。

該團(tuán)隊采用無創(chuàng)的顱窗埋植方式，使用微型化雙光子顯微成像技術(shù)成功獲取了自由行為小鼠連續(xù)10小時的小膠質(zhì)細(xì)胞動態(tài)聯(lián)系圖像，并結(jié)合腦電/肌電記錄和行為視頻（圖1），研究了自然睡眠-覺醒周期中小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)動力學(xué)及其調(diào)節(jié)機(jī)制。微型化雙光子顯微鏡的微小體積，使得佩戴在動物頭上并不影響其睡眠狀態(tài)；雙光子成像的低光漂白特性，使得整個成像過程可以貫穿小鼠一整個睡眠周期而不影響熒光質(zhì)量，讓我們可以一窺睡眠周期下的小膠質(zhì)細(xì)胞的動態(tài)變化過程。研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)在清醒、非快速眼動（non-rapid eye movement, NREM）睡眠和快速眼動（rapid eye movement, REM）睡眠中有各自典型的動力學(xué)特征（圖2），而3小時的睡眠剝奪可以顯著改變小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)特征。

圖1. 頭戴微型化雙光子探頭和腦肌電設(shè)備的自由行為小鼠

圖2. 不同大腦狀態(tài)下小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)學(xué)差異

Gu, X., Zhao, Z., Chen, X., Zhang, L., Fang, H., Zhao, T., ... & Cheng, H. (2023). Imaging Microglia Surveillance during Sleep-wake Cycles in Freely Behaving Mice. bioRxiv, 2023-02.