Cell ：去甲肾上腺素介导的缓慢血管运动驱动睡眠期间的淋巴清除 （唑吡坦抑制去甲肾上腺素振荡和淋巴流动）
文摘
2025-01-15 13:02
河南
2025 cell研究介绍睡眠过程中的淋巴清除，唑吡坦类药物虽然可以减少睡眠潜伏期，但可能减少淋巴流动。药物诱导的睡眠和生理状态下的睡眠还是存在着不同。NREM睡眠期间的去甲肾上腺素振荡驱动脑血容量和脑脊液的同步变化，促进淋巴清除。光遗传和药理学操作证实，由去甲肾上腺素调节的血管运动作为脑液体运输的泵。- 蓝斑释放的去甲肾上腺素驱动NREM睡眠中缓慢的血管运动
- 次低频去甲肾上腺素振荡控制血液和脑脊液容量的相反变化
- NREM睡眠期间去甲肾上腺素振荡频率可预测淋巴清除率
当大脑从清醒状态过渡到睡眠状态时，对外部信息的处理会减少，而恢复过程，如清除废物的淋巴过程会被激活。然而，还不知道是什么驱动了睡眠期间的大脑清理。我们在此采用了一系列技术，并确定去甲肾上腺素、脑血容量和脑脊液(CSF)的紧密同步振荡是NREM睡眠期间淋巴清除的最强预测因子。蓝斑的光遗传刺激引起血管运动和脑脊液信号的反相关变化。此外，刺激动脉振荡增强了脑脊液的流入，表明血管运动作为一种泵驱动脑脊液进入大脑。相反，助眠药物唑吡坦抑制去甲肾上腺素振荡和淋巴流量，突出了去甲肾上腺素驱动的血管动力学在脑清除中的关键作用。因此，由去甲肾上腺素波动和血管动力学驱动的NREM睡眠的微结构组织是淋巴清除的关键决定因素。glymphatic系统是一个高度组织化的全脑网络，负责脑脊液(CSF)的运输，这对于清除蛋白质废物至关重要，包括淀粉样蛋白和tau蛋白。Glymphatic液体运输在水体内平衡、抗原呈递、免疫细胞运输以及葡萄糖等溶质的输送中也发挥着重要作用。由于缺乏淋巴管，大脑依赖CSF循环通过组织来清除废物蛋白质。淋巴系统使用血管周间隙(PVSs)作为低阻力路径，使脑脊液快速流入大脑深部区域。血管僵硬度增加、脑损伤或神经胶质增生等因素会损害淋巴流动，从而使个体易患神经退行性疾病。在睡眠期间，淋巴液体的运输得到加强。近年来，睡眠和淋巴系统之间的联系受到了极大的关注，因为睡眠不良通常出现在神经退行性疾病的发作之前，并且是早期痴呆的一个预测因素。然而，睡眠和觉醒影响淋巴流动的确切机制仍不清楚。对麻醉小鼠的初步研究表明，心脏搏动可促进淋巴流入，但模型研究表明，心脏搏动可能仅起到混合作用。相反，缓慢的血管运动——动脉的自发、节律性收缩和扩张——被认为是NREM睡眠中溶质清除的潜在驱动因素，尽管缺乏直接证据。与此同时，生物传感器成像技术的最新进展显示，NREM 睡眠的特点是大脑去甲肾上腺素（NE）水平以 0.02 Hz 的频率有规律地振荡。 NE 的这些次低频振荡波动对记忆表现和睡眠的微观结构组织至关重要，但它们对血管和 CSF 动态的影响尚不清楚，尽管 NE 是一种强效的血管收缩剂。技术限制阻碍了啮齿类动物淋巴成像研究的进展，主要是因为缺乏在自然、无约束睡眠期间可视化CSF动态的方法。因此，大多数啮齿动物研究都依赖麻醉来替代睡眠。然而，麻醉会破坏或消除自然睡眠的许多关键特征，如振荡性去甲肾上腺素释放、微觉醒、血管运动和快速眼动睡眠，这使得麻醉不适合研究淋巴流的自然驱动因素。虽然人类的神经成像还没有空间分辨率来量化脑实质中的CSF流，但是一些研究已经表明第四脑室中的CSF运动暂时与神经元慢波和NREM睡眠期间的活动(SWA)和血管容积变化相关。然而，第四脑室中的CSF流量并不代表脑实质中的淋巴流量，使得自然睡眠期间是什么驱动淋巴流量的根本问题仍未解决。我们在这里开发了一种方法，“流动纤维光度测定法”，通过避免固定头部的需要，并允许小鼠在记录期间在它们的笼子里自由移动，能够在长时间不间断的清醒、NREM和REM睡眠期间记录血液和CSF动力学。我们通过使用肝脏分泌的荧光标记白蛋白实现了慢性血液标记，结合使用荧光示踪剂标记CSF来研究NE振荡对血管和CSF动力学的影响。通过同时记录NE(使用GRABNE2m)、血液、 CSF和脑电图(EEG)/肌电图(EMG)活动，我们揭示了大脑状态和流体动力学之间令人惊讶的复杂而紧密的联系。我们的发现确定蓝斑(LC)诱导的NE振荡是缓慢血管运动的关键驱动因素，这反过来促进自然睡眠期间的淋巴清除。这些见解对理解恢复性睡眠的组成、缓慢血管运动的功能以及血管功能障碍和导致个体易患神经退行性疾病的淋巴衰竭之间的联系具有广泛的意义。
1. 去甲肾上腺素（NE）驱动状态依赖的缓慢血管运动
- 在小鼠大脑皮层植入 GRABNE2m 荧光传感器，记录 NE 和血液信号。
- 利用 EEG/EMG 确定不同脑状态（清醒、NREM 和 REM 睡眠）。
- **NE 振荡模式：**在 NREM 睡眠期间，NE 呈现缓慢振荡（频率约 0.02 Hz），并且与脑血容量（CBV）和脑脊液（CSF）的信号呈反相关。
- **血管运动时序：**在清醒状态，NE 振荡与 CBV 信号之间的时滞为 0.29 秒；在 NREM 睡眠中，时滞增加至 0.69 秒。
- LC 释放的 NE 振荡驱动脑血管的收缩和舒张，调控缓慢血管运动。
(A)在自由行为的成年野生型小鼠中获得与EEG和EMG记录相结合的连续纤维光度测定法，所述小鼠表达去甲肾上腺素(ne)生物传感器、背侧皮质中的GRABNE2m和肝细胞中的AAV8/P3-alb-mScarlet以标记血液白蛋白。(B–D)在清醒(B)、NREM睡眠(C)和快速眼动睡眠(D)期间，有代表性地记录去甲肾上腺素、血液、肌电图和脑电图，并在每种状态下将血液白蛋白信号与去甲肾上腺素进行交叉相关比较(清醒和NREM睡眠n = 6，快速眼动睡眠n = 5)。(E)在清醒、NREM和快速眼动睡眠期间血液荧光的平均水平，计算为平均NREM水平的变化(n = 8，效应大小= 0.67，具有盖瑟-温室效应校正和图基多重比较的单向方差分析)。(F)跨状态的NE信号的平均峰谷振幅(n = 5，效应大小= 0.90，具有盖瑟-温室效应校正和图基多重比较的单向方差分析)。(G)在mPFC中GRABNE2m表达和LC中双侧ChR2表达的自由行为TH-Cre小鼠中记录NE和血液波动，用于光遗传刺激(随着刺激频率的增加，每30秒刺激1秒)。在实验之前，给小鼠静脉注射(i.v .)牛血清白蛋白(BSA)-Alexa Fluor 594以观察血液动力学。(H)在用泛肾上腺素能抑制剂(PPA)预治疗的小鼠中，用5、10、20和20 Hz的LC刺激时的平均NE(上)和血液(下)迹线(n = 3)。(I)NE峰值和LC刺激后血液信号降低之间的相关性(n = 3，Pearson相关性，颜色编码描述了来自不同小鼠的数据点)。线形图周围的阴影区域代表SEM。**p < 0.01，***p < 0.0001。Min，分钟；ChR2通道视紫红质-2。
2. 血管运动与 CSF 动态的抗相关关系
- 给小鼠脑脊液注入红色荧光示踪剂（TMR-dextran），同步记录 CSF 和 CBV 信号。
- **抗相关动态：**CSF 信号与血液信号在 NREM 睡眠中呈现明显的抗相关波动，时滞为约 0.6 秒。
- **状态差异：**CSF 流动在 NREM 睡眠中达到峰值，而在 REM 睡眠期间显著减少。
- 缓慢血管运动通过调节脑血容量变化直接推动 CSF 流动。
图二。NE介导的血管运动驱动CSF中的反相关波动(A)将3 kDa CSF示踪剂四甲基罗丹明葡聚糖注射到具有mNeonGreen标记的血白蛋白的小鼠的脑池中，同时记录EEG和EMG以及来自腹侧皮质的纤维光度测定法。示出了CSF示踪剂和血液信号(顶部)以及EEG和EMG(底部)的代表性纤维光度学轨迹。(B–D)CSF示踪剂、血液信号、EMG和EEG(全部在CSF示踪的下降部分)的代表性记录，以及清醒(B)、NREM睡眠(C)和REM睡眠(D)期间CSF示踪剂与血液白蛋白信号的交叉相关(n = 7)。(E)根据平均NREM水平的变化计算的各州脑脊液示踪剂荧光的平均水平(n = 11-12，效应大小= 0.67，采用盖瑟-温室效应校正的单向方差分析和图基多重比较)。(F)对于光遗传刺激(随着刺激频率的增加，每30秒刺激1秒)，在mPFC中GRABNE2m表达和LC中双侧ChR2表达的自由行为TH-Cre小鼠中记录NE和CSF波动。在实验之前，通过植入枕大池的导管将示踪剂(3 kDa葡聚糖)注射到小鼠的CSF中。(G)在用泛肾上腺素能抑制剂预处理的小鼠(PPA，n = 3)中，在用5、10和20 Hz刺激的未用药小鼠和20 Hz刺激的LC刺激时的平均NE(顶部)和CSF示踪信号(底部)。(H)在LC刺激后NE中的峰值和CSF示踪剂中的峰值之间的相关性(n = 3，Pearson相关性，颜色编码描述了来自不同小鼠的数据点)。线形图周围的阴影区域是SEM。Min，分钟；通道视紫红质-2
3. 光遗传学验证：NE 振荡调控血管和 CSF 动态
- 利用光遗传学技术激活小鼠蓝斑（LC），诱导 NE 振荡，观察对血管和 CSF 动态的影响。
- 使用全身注射的去甲肾上腺素受体拮抗剂（PPA）阻断信号。
- **LC 激活：**光刺激 LC 增加 NE 振荡幅度，并引起血管收缩和 CSF 流入。
- **药物干预：**PPA 阻断 NE 受体后，血管运动和 CSF 动态完全消失。
- NE 振荡是 NREM 睡眠期间血管和 CSF 动态的核心驱动力。
图3。在NREM睡眠期间，去甲肾上腺素释放、脑血容量和脑脊液容量中的次低频振荡是锁相的(A)左:来自表达GRABNE2m和AAV 8/P3-阿尔伯-mScarlet的小鼠的代表性NREM脑电图频谱图、西格玛功率图、去甲肾上腺素图和血液图。右图:来自接受CSF示踪剂注射的表达AAV 8/P3-albmneonggreen的小鼠的NREM睡眠期间的代表性NREM EEG谱图、西格玛功率图、血液图和CSF图。(B)在清醒、NREM睡眠和REM睡眠期间NE(上)、血液信号(中)和CSF示踪信号(下)动力学的功率谱密度图。数值通过除以曲线下0至0.03Hz(n = 5–8)的面积进行归一化。(C)在NREM睡眠期间，平均NE、血液和CSF示踪信号被时间锁定到sigma功率的峰值(n = 5-8)。(D)持续1-10秒的微觉醒期间的平均去甲肾上腺素、血液和脑脊液示踪信号(n = 5-7，每只小鼠35-80次微觉醒的平均值)。马，微声。(E)示意图显示NE、EEG sigma功率、血液和CSF中的振荡之间的关系，以及用于描述振荡的术语。线形图周围的阴影区域代表SEM。图 4. 光遗传增强动脉振荡频率可促进 CSF 示踪剂流入 (A) 在 Sm22-Cre:Ai32-ChR2 小鼠皮层植入光纤插管，以光遗传（10 Hz 470 nm 蓝光，3 秒开灯，7 秒关灯）诱导 NREM 睡眠期间血管平滑肌细胞收缩。静脉注射 70 kDa 右旋糖酐以记录两次刺激之间的血液动态。(B)刺激期间的平均血液轨迹（n = 4）。(C）微唤醒与光遗传诱导的血管收缩（刺激）的血液信号动态比较（左），以及微唤醒和光遗传刺激诱导的低谷与微唤醒低谷归一化的量化（右）（n = 4，与微唤醒相比的单样本 Wilcoxon 匹配对符号秩检验，p = 0.25，条形图上的误差条代表 ± SD）。(D）在植入慢性 CM 插管的 Sm22-Cre:Ai32-ChR2 和 Sm22-Cre/:Ai32-ChR2 小鼠中使用相同的刺激范式。在注射 CSF 示踪剂（3 kDa 右旋糖酐）期间和之后的 1 小时内，在小鼠接受光遗传刺激（共 360 次刺激）时采集纤维光度计、脑电图和肌电图记录，然后解剖大脑。(E）在刺激过程中，带有转基因的小鼠（cre+，n = 8）和不带有转基因的小鼠（cre，n = 5）的平均纤维光度记录。(F）小鼠在示踪剂输注和示踪剂循环过程中处于 NREM 睡眠和觉醒状态的时间定量。
4. 微唤醒频率与脑清除效率相关
- 通过 SPECT/CT 技术，测量小鼠脑中放射性示踪剂的清除效率。
- 结合 EEG/EMG，分析 NREM 睡眠中的微唤醒频率。
- **微唤醒频率：**微唤醒越频繁，脑中放射性示踪剂的清除效率越高。
- **无关因素：**NREM 睡眠总时长或慢波活动（delta power）与清除效率无显著相关。
- 微唤醒频率是脑清除效率的重要决定因素，可能通过增强 NE 振荡间接提升类淋巴系统功能。
图 5. 微唤醒频率与 NREM 睡眠中的甘油清除率相关 (A) 在小鼠纹状体中植入探针、脑电图和肌电图电极，并在 SPECT/CT 扫描仪中固定头部横杆。7 天后，向大脑注射放射性示踪剂[99mTc]-DTPA，然后进行基线 SPECT/CT 扫描、5 小时不受干扰的脑电图/肌电图记录和另一次 SPECT/CT 扫描。(B) 第一次扫描（左）和第二次扫描（右）的代表性 SPECT 图像，显示 CT 背景上的示踪剂分布。(C) 第二次扫描时颅内放射性与第一次扫描时颅内放射性的归一化对比图（n = 15，皮尔逊相关性）。
5. 佐匹克隆对 NE 振荡和类淋巴系统功能的抑制作用
- 给小鼠注射佐匹克隆（zolpidem，5 mg/kg），监测其对 NE 振荡、血管动态和 CSF 流动的影响。
- **NE 振荡抑制：**佐匹克隆显著降低 NE 振荡幅度，同时减少脑血管的收缩和舒张。
- **CSF 流动减弱：**佐匹克隆组的小鼠脑清除效率显著下降，与对照组相比，脑组织中的 CSF 示踪剂分布减少。
- 虽然佐匹克隆能促进入睡，但对 NE 振荡的抑制干扰了正常的脑清除功能，表明药物诱导的睡眠不能完全复制自然睡眠的清除效果。
图 6. 助眠药物唑吡坦会损害神经元和血管振荡并抑制 CSF 示踪剂的流入 (A) 在背侧皮层中表达去甲肾上腺素生物传感器 GRABNE2m 和在肝细胞中表达 mScarlet 的自由行为野生型小鼠中采集了纤维光度计、脑电图和肌电图记录。在静脉注射 5 毫克/千克唑吡坦之前和之后进行记录（唑前和唑后分别对应于注射唑吡坦前后 1 小时）。(B）唑吡坦治疗前后 NREM 睡眠期间脑电图σ功率振荡（上）和σ功率振荡功率谱（下）的代表性轨迹（n = 6，经 Geisser-Greenhouse 校正的双向方差分析，p = 0.0007）。(C）唑吡坦治疗前后 NREM 睡眠期间具有代表性的纤维光度描记显示 NE 振荡（顶部）和 NE 振荡的功率谱（底部）（n = 4，经 Geisser-Greenhouse 校正的双向方差分析，p = 0.0009）。插图显示了唑吡坦治疗前后 NREM 睡眠期间 NE 信号的平均振幅（n = 4，配对 t 检验 p = 0.0006，效应大小 = 0.99）。(D）用微透析法测量接受车辆或唑吡坦治疗的小鼠细胞外前额叶皮层 NE 的水平。时间 = 0 处的虚线表示注射时间（n = 6-7，效应大小 = 0.91，带 Sidak 多重比较的双向方差分析）。(E) 血液信号（左）和 CSF 示踪剂信号（右）的交叉相关性与注射前和注射后的 sigma 功率比较。
6. 光遗传学增强血管振荡频率提高 CSF 流入
- 在转基因小鼠中光遗传学激活血管平滑肌，增加血管振荡频率，并观察 CSF 流入量。
- 血管振荡频率从自然状态的 0.02 Hz 提高到 0.1 Hz，显著增强了 CSF 流入，特别是在刺激区域的邻近脑组织中。
- 血管收缩-舒张的动态变化充当了“泵”的作用，驱动脑脊液流动，增强脑代谢清除能力。
图 7. 睡眠期间通过淋巴系统的 CSF 流是由 NE 释放的次低振荡控制的血管容积动态介导的 NREM 睡眠期间大脑甘油清除机制示意图。NE 的次低频振荡驱动脑动脉缓慢而有节奏地收缩和扩张，进而促进 CSF（蓝色箭头）沿血管周围空间流动并穿过脑组织。由于脑血量和 CSF 量被限制在头骨的狭小空间内，血管张力的动态变化促使颅内空间的血量和 CSF 量出现反相关的次低频振荡模式。CSF 和间质的定向流动促进了脑组织中的废物代谢物向外周的引流淋巴结排出。这项研究的动机是为了了解是什么驱动了睡眠期间的淋巴流动。为了探索这一点，我们采用了多种方法来检测动力学对清醒、NREM睡眠和快速眼动睡眠时的脑血和脑脊液的影响。首先，我们证明了LC的光遗传刺激导致去甲肾上腺素释放，从而以剂量依赖的方式减少血管容积。泛肾上腺素能受体阻滞消除了LC激活引起的血管收缩，这与NE是一种强有力的血管收缩剂的观点一致(图1)。我们还表明，皮质血液和脑脊液示踪信号显示了紧密耦合和反相关的关系，具有不同脑活动状态的不同特征(图2)。一个关键的观察结果是，NREM睡眠的特征是在NE、血液和脑脊液中出现了典型的0.02 Hz振荡（图3）。我们假设，这些下流速振荡的增加驱动了NREM睡眠期间缓慢的血管舒缩，起到了促进淋巴流动的泵的作用。为了直接测试血管动力学和脑脊液流动之间的因果关系，我们刺激表达chr2的血管平滑肌细胞来操纵血管直径，绕过神经活动（图4）。刺激增强了脑脊液示踪剂流入平滑肌收缩部位附近的大脑区域，但不影响更远的区域。此外，自然睡眠小鼠的相关分析显示，NREM睡眠期间微唤醒频率反映的NE振荡频率与淋巴血流的相关性比分析的所有其他指标（包括NREM和REM总睡眠时间和NREM δ波功率）更强（图5）。相反，尽管助眠唑吡坦促进睡眠，但它损害了NE、血液和脑脊液的次流振荡。减少血管和神经元的振荡动力学，最终减少淋巴流量（图6）。总之，我们的相关分析，结合LC和血管平滑肌细胞的光遗传学控制，以及通过唑吡坦间接操纵血管缓慢运动，表明下流NE振荡驱动血管缓慢运动，这是NREM睡眠期间脑脊液流动的主要动力，从而是脑淋巴清除的主要动力（图7）。本文提出的结果加强了先前的研究，即睡眠是啮齿动物和人类大脑中淋巴流动的关键驱动因素。这些发现与最近发表的一篇文章相矛盾，该文章声称，淋巴清除在睡眠时受到抑制，而在清醒时得到增强。这种不一致的一个原因可能是引用的出版物测量了示踪剂从大脑的一个点到另一个点的分散，但没有量化实际的大脑清除，即从大脑流出。相反，我们证明了在睡眠和麻醉时，从大脑到周围组织的示踪剂外排（在血室中观察到示踪剂信号）比清醒时更高。脑电图慢波活动（EEG slow wave activity， SWA）已被提出驱动脑清除，不同麻醉方案的比较表明脑脊液示踪剂流入与SWA的强度相关。包括神经调节剂和血管动力学，麻醉和自然睡眠之间的差异。麻醉能有效抑制NE释放和血管舒缩，可能解释了为什么EEG SWA和心脏搏动是麻醉小鼠淋巴内流的主要驱动因素。此外，麻醉期间间隙体积的增加将促进脑脊液的流入。2016年，磁共振脑电图（MREG）绘制的人脑脉动图显示脑脊液中存在次慢振荡，随后的研究表明，次慢血管运动在睡眠期间增强。血管缓慢运动在啮齿动物大脑非快速眼动睡眠中占主导地位的研究结果进一步支持了血管缓慢运动的重要性，慢性睡眠碎片化会损害血管缓慢运动和淋巴功能。然而，睡眠期间血管舒缩的触发因素仍不清楚。我们通过光遗传学操作LC，以及监测NE和血管体积的结果（图1），将LC活性与缓慢的血管舒缩联系起来。此外，皮质血管的剂量依赖性收缩显示出与LC活动惊人的紧密相关，这表明来自支配中枢动脉的三叉神经节的交感神经投射可能在睡眠期间的血管控制中发挥较小的作用。我们的研究结果扩展了血管体积变化驱动第四脑室脑脊液流的发现，包括脑实质脑脊液流。因此，在第四脑室和皮质组织内，血管体积的变化作为驱动脑脊液运输的泵。这一观察结果的一个暗示是，当脑血管保持高弹性时，脑脊液的动脉“泵送”可能发挥最佳作用。无论是慢性高血压还是血管淀粉样变引起的血管壁硬化，都会降低血管体积变化的幅度，从而降低淋巴清除率。值得注意的是，功能性充血受损，即神经活动引起的血管舒张受损，是衰老和神经退行性疾病的标志。因此，建立血管动力学和脑脊液流入之间的联系是至关重要的，因为它提供了血管病理和淋巴停滞之间的机制联系，可能解释阿尔茨海默病与心血管疾病的风险增加。一个有待完全理解的问题是，是什么导致了清醒时淋巴血流的抑制。一种观点认为，睡眠时脑间质体积的扩大和对液体运动阻力的降低是脑脊液流入的先决条件。此外，星形胶质细胞终足可能起到瓣膜的作用，促进脑脊液通过PVSs流动，同时防止回流。同样值得注意的是，在安静清醒状态下，淋巴流动是部分活跃的，而清醒状态下则会有效地抑制脑脊液的流入。最近的研究表明，在广泛的频率范围内对海马体中的兴奋性神经元进行光遗传刺激可以增强淋巴流动，并且在40赫兹的视听刺激中也观察到类似的效果。两项研究都发现神经同步驱动淋巴清除。我们的研究支持并扩展了这一概念，证明血管动力学，如神经活动引起的功能性充血，促进脑脊液流动。先前的研究已经将缓慢的血管舒缩与神经元伽马能量的振荡联系起来。我们观察到血液信号和脑电图伽马功率之间也存在类似的正相关关系，尽管这种关联弱于非快速眼动睡眠sigma功率（图S3）。sigma功率的次低频振荡模式归因于NE振荡波谷期间睡眠纺锤波活动的增加，使非快速眼动睡眠具有特异性。相反，伽马能量和缓慢血管舒缩之间的振荡关系在清醒和睡眠中都存在。未来研究的一个重要方向将是探索NE在次低伽马功率振荡产生中的潜在作用，并研究这些振荡如何影响脑脊液流动。另一个悬而未决的问题是快速眼动睡眠是否以及如何影响淋巴流动。在这项研究中，我们没有发现快速眼动睡眠与淋巴内流或清除之间的相关性。然而，快速眼动睡眠是睡眠微观结构的一个组成部分，并且有可能快速眼动睡眠通过我们目前的方法无法检测到的机制促进淋巴功能。唑吡坦（安必恩）是一种高亲和力的GABAA受体阳性调节剂，通过与α - 1亚基结合增强GABAA能的传递。我们的分析表明，唑吡坦损害NE振荡并减少淋巴CSF示踪剂流入（图6）。自然睡眠和药理学支持睡眠（药物诱导的睡眠）之间的一个关键区别是，增强的抑制传递显著改变了睡眠微结构，可能是通过直接抑制LC活性来实现的。临床上，唑吡坦与可逆性痴呆的风险增加有关，并与神经精神不良事件有关。其他研究报告了唑吡坦对脑电图西格玛功率、微觉醒和记忆巩固的影响，结果不一。然而，这些研究大多是基于睡眠呼吸暂停、失眠或痴呆等患者的多导睡眠图数据，因此很难解读唑吡坦是否也能抑制健康人的NE动态。然而，我们的研究表明，虽然唑吡坦减少了睡眠潜伏期，但它干扰了小鼠正常的睡眠结构并抑制了淋巴流动。这表明，像唑吡坦这样的助眠药物不太可能改善淋巴功能，这与普遍的共识一致，即这些药物具有相当大的副作用，并与死亡风险增加有关。为了探索自然睡眠中NE、血管和脑脊液的体积动态，我们开发了一种记录无约束小鼠实时血液和脑脊液动态的方法：流动纤维光度法。大多数先前的血管动力学研究已经在头部固定的小鼠中使用了双光子成像，而脑脊液流量的测量在很大程度上仅限于清醒和麻醉的小鼠。为了测量自由行为的非麻醉小鼠血液和脑脊液动力学的局部变化，我们将光纤插管植入大脑，并通过荧光标记白蛋白的表达对血管室进行永久性标记。这种方法能够在自由移动的小鼠中检测局部血液和脑脊液信号在长时间内的快速波动。此外，流动纤维光度法允许记录深层脑组织，并使用病毒传递的生物传感器同时监测神经递质动力学光纤导管周围血红蛋白含量和pH值的变化可引起荧光信号的伪影为了减轻这些影响，我们使用了红移CSF示踪剂，最大限度地减少了伪影相关的混淆效应此外，来自表达突变的GRAB传感器GRABNEmut或mCherry的小鼠的对照记录，以及在注射示踪剂之前在CSF示踪剂通道中的自动荧光分析显示，NREM睡眠期间血红蛋白伪影对信号的贡献最小（高达7%）（图S1F， S1G和S2J-S2M）。多项研究已经证实了人体内淋巴系统的存在。同样，睡眠纺锤体活动的次低频振荡动力学在啮齿类动物和人类的非快速眼动睡眠中是保守的，并且在人类睡眠期间存在缓慢的血管舒缩。此外，一项对人类受试者的研究表明，瞳孔大小由NE调节，呈现出与睡眠纺锤波反相关的次流波动。有趣的是，在睡眠的人类受试者的第四脑室中检测到稍快的0.05 Hz脑脊液流动振荡，并与自主神经觉醒直接相关。这些发现支持了我们将NE释放与血管舒张和脑脊液流动缓慢联系起来的观察。此外，最近的一项研究表明，在健康受试者中，浅睡眠期间的觉醒会引起血氧水平依赖性（BOLD）信号的短暂性大幅下降，并相应增加脑脊液信号。值得注意的是，觉醒时的信号变化幅度大于脑电图慢波时的信号变化幅度，这与我们的结果一致。未来研究的一个重要目标是确认NE释放与人类大脑溶质清除之间的关系，并研究睡眠受损和血管硬化如何影响衰老和疾病状态下的大脑清除。总之，我们的研究结果强调了ne驱动的下动脉振荡在促进睡眠期间淋巴液运输和大脑清除中的关键作用。此外，助眠药物唑吡坦扰乱了NE和动脉的波动，导致淋巴血流减少。示踪分子的使用使大脑中溶质分布的可视化成为可能。然而，未来的研究重点是内源性代谢废物的清除，这对于全面了解淋巴清除过程至关重要。虽然我们的纤维光度法记录血液和脑脊液动态提供了高时间分辨率，但它们不允许计算脑脊液流速或允许直接可视化脑组织中的示踪剂动态。为了解决这一局限性，我们结合了显微成像来观察动脉和静脉血管的动态，以及离体切片成像和SPECT/CT成像来评估实质示踪剂的分布。此外，尽管人类和啮齿类动物在非快速眼动睡眠期间的次低频振荡动力学已经被记录在案，但未来的研究需要调查这项研究的发现如何转化为人类生理学。
