睡眠障礙經(jīng)常發(fā)生在自閉癥等神經(jīng)發(fā)育障礙中，但有關(guān)睡眠在發(fā)育中作用的研究還較為缺乏，發(fā)育性睡眠缺陷與成年后行為后果之間的因果關(guān)系仍然難以捉摸。
近日，美國斯坦福大學(xué)研究人員在Nature Neuroscience上發(fā)表了一項題為“Adolescent sleep shapes social novelty preference in mice”的研究，結(jié)果表明，在幼鼠時期睡眠中斷（Sleep disruption，SD），會導(dǎo)致成年后出現(xiàn)社交障礙，增加幼鼠時期的睡眠能夠顯著改善其成年之后的社交行為障礙（圖1）。
圖1 研究成果（圖源：Nature Neuroscience）
既往實驗表明，在幼年動物中，睡眠從功能和結(jié)構(gòu)上調(diào)節(jié)突觸可塑性，并可能在神經(jīng)回路的發(fā)育線路中發(fā)揮重要作用。然而，這種突觸功能是否以及如何有助于整個回路的發(fā)育形成，并進(jìn)一步引起長期的行為影響，仍然是個未知數(shù)。在本實驗中，研究人員探究了發(fā)育性睡眠干擾對小鼠的影響，重點研究了睡眠與社交能力和社會新穎性偏好的關(guān)系。
睡眠結(jié)構(gòu)顯示出明顯的發(fā)展軌跡。從嬰兒期到青春期到成年，總睡眠時間在不斷減少，與成人睡眠相比，發(fā)育期間睡眠的腦電含有更多有利于記憶和認(rèn)知的成分。
在青少年期至成年期的發(fā)育過程中，社交能力逐步增強(qiáng)并趨于穩(wěn)定。研究人員對幼鼠時期的SD是否會影響成年后的社交行為進(jìn)行了研究。本研究為了擾亂幼鼠的睡眠，使用了一個自動睡眠剝奪系統(tǒng)，它向設(shè)備（圖2）供隨機(jī)的推力，并防止幼鼠睡覺。
研究發(fā)現(xiàn)，對處于青少年時期的小鼠（出生后35-42天）進(jìn)行連續(xù)5天、每天4小時的睡眠剝奪，導(dǎo)致其在成年之后的社交行為測試中，不再表現(xiàn)出對于陌生小鼠的偏好，即該小鼠喪失了社會新穎性偏好。
幼鼠時期SD的影響是長期的，當(dāng)使用一組新的刺激小鼠，在初始測試4周后重新測試小鼠的社交行為時，社會新穎性偏好仍然受到損害（圖2）。而在成年期之后進(jìn)行睡眠干擾則不能引起類似的社交行為的改變，說明這是幼鼠時期特有的睡眠功能。
圖2 青少年睡眠障礙誘發(fā)成人社交行為障礙（圖源：Nature Neuroscience）
■ 幼鼠時期SD改變了腹側(cè)被蓋區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的激活和釋放模式
接下來的實驗發(fā)現(xiàn)，在小鼠發(fā)育時期進(jìn)行睡眠干擾，會影響中腦腹側(cè)被蓋區(qū)（Ventral ttegmental area，VTA）的神經(jīng)元響應(yīng)和伏隔核（Nucleus accumbens，NAc）區(qū)域內(nèi)多巴胺（Dopamine，DA）的釋放，揭示了幼鼠時期SD可能影響了發(fā)育過程中DA能神經(jīng)元的布線和精確化過程，導(dǎo)致其成年后的DA系統(tǒng)無法對新出現(xiàn)的社會性刺激做出及時響應(yīng)（圖3）。
研究人員進(jìn)一步利用化學(xué)遺傳學(xué)手段驗證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正常睡眠的小鼠中人為興奮VTA神經(jīng)元，會模擬睡眠干擾的效果，導(dǎo)致成年后社交行為中新穎性偏好的喪失；而如果在睡眠干擾的同時抑制VTA神經(jīng)元，則使睡眠干擾的小鼠發(fā)展出正常的社會新穎性偏好行為。
圖3 青少年睡眠障礙改變了NAc中的多巴胺的釋放以應(yīng)對社交刺激（圖源：Nature Neuroscience）
研究表明，針對社交能力有缺陷的小鼠，改善其非快眼動（Non-rapid eye movement，NREM）睡眠或直接減少青少年關(guān)鍵期腹側(cè)被蓋區(qū)活動可以改善社交障礙并恢復(fù)正常的社交活動。
研究人員使用了一個小鼠模型，將Shank3 InsG3680基因嵌入小鼠DNA中，這些突變小鼠在社交行為方面表現(xiàn)出強(qiáng)烈的缺陷，特別是在社會新穎性偏好方面。接下來，研究者們試圖糾正InsG3680小鼠的青少年時期睡眠缺陷，每天給青少年時期的InsG3680+/+小鼠注射氟吡啶，是一種選擇性的鉀通道開放劑，也是一種NMDA受體拮抗劑和GABAA受體調(diào)節(jié)劑，能顯著增加NREM睡眠，達(dá)到與野生型小鼠相當(dāng)?shù)乃健?/section>
當(dāng)在出生后56天對這些缺陷小鼠的社交行為進(jìn)行分析時，注射氟吡啶小鼠表現(xiàn)出和正常小鼠差不多的社會新穎性偏好（圖4）。
圖4 青少年NREM睡眠的恢復(fù)挽救了Shank3 InsG3680+/+小鼠的社會交往缺陷（圖源：Nature Neuroscience）
總之，此研究揭示了睡眠在青少年時期大腦發(fā)育過程中一項全新的功能及其環(huán)路機(jī)制，闡述了睡眠和多巴胺能活動在社交行為的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。
