早期肌萎缩侧索硬化患者睡眠改变的新发现：小鼠模型中食欲素拮抗剂的改善作用

肌萎缩侧索硬化（ALS）患者常受睡眠困扰。本文研究发现，ALS 患者及无症状基因突变携带者存在睡眠结构改变，表现为觉醒增加、非快速眼动睡眠减少。在 ALS 小鼠模型中，注射黑色素浓缩激素（MCH）或口服食欲素拮抗剂可改善睡眠。这为治疗 ALS 睡眠障碍提供了新方向。

　　

引言

肌萎缩侧索硬化（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）是常见的成人发病的运动神经元疾病，多在症状出现后 2 - 3 年内因呼吸衰竭和瘫痪死亡。散发性 ALS 占多数，少数为家族性（fALS），与多种基因突变有关，如C9ORF72、SOD1 等。

近年来研究发现，ALS 不仅影响运动神经元，还会影响包括下丘脑在内的多个脑区。下丘脑的黑色素浓缩激素（MCH）神经元和食欲素 / 下丘脑分泌素（ORX）神经元对睡眠调节至关重要，而在 ALS 患者中，这些神经元似乎受到影响。此前关于 ALS 患者睡眠的研究较少，且多针对晚期患者，无法确定睡眠改变是否独立于运动症状出现。本研究旨在分析 ALS 患者和无症状基因突变携带者的睡眠结构，探讨睡眠改变与疾病的关系，并在小鼠模型中寻找改善睡眠的方法。

结果

1. 早期 ALS 患者无呼吸障碍时睡眠宏观结构改变：研究设计了前瞻性队列，排除睡眠呼吸暂停、睡眠中周期性肢体运动和夜间高碳酸血症等影响因素，对 56 例早期症状性 ALS 患者和 41 例年龄、性别匹配的健康对照进行筛查，最终 33 例患者和 32 例对照纳入研究。通过问卷调查，未发现患者和对照在主观睡眠上有差异，但多导睡眠图（PSG）分析显示，患者总睡眠时间增加、睡眠潜伏期延长、睡眠碎片化程度更高。睡眠阶段分布也发生改变，觉醒和快速眼动（REM）睡眠百分比增加，非快速眼动（NREM）睡眠减少，主要是 NREM3（深睡眠）和 NREM2 减少，NREM1（浅睡眠）相对保留。主成分分析（PCA）显示患者和对照完全分离，表明 ALS 患者睡眠宏观结构改变独立于呼吸功能障碍。
2. 无症状 ALS 风险基因携带者睡眠宏观结构改变：为确定睡眠改变是否早于运动症状出现，研究纳入 62 例 fALS 患者的一级亲属作为前瞻性队列，根据基因检测结果分为 35 例无症状风险基因携带者和 27 例对照。与早期 ALS 患者相似，基因携带者主观睡眠质量问卷未显示差异，但 PSG 频谱分析发现，C9ORF72 突变携带者总功率降低，SOD1 突变携带者有类似趋势。基因携带者睡眠模式出现宏观结构改变，SOD1 基因携带者总睡眠时间减少，C9ORF72 基因携带者睡眠潜伏期延长，两者觉醒比例均增加。C9ORF72 突变携带者 REM 睡眠增加，NREM 睡眠减少，主要是 NREM2 和 NREM3 减少；SOD1 突变携带者 NREM3 减少，REM 睡眠正常。PCA 显示，C9ORF72 突变携带者与对照的分离比SOD1 突变携带者更明显，表明睡眠改变在无症状基因携带者中已存在。
3. 睡眠缺陷与认知障碍相关：对 ALS 患者和无症状风险基因携带者进行爱丁堡认知和行为 ALS 筛查（ECAS），并与睡眠参数进行相关性分析。结果发现，觉醒百分比与言语流畅性子得分及总 ECAS 得分呈负相关，在单独分析患者、SOD1 或C9ORF72 突变携带者时也有类似结果，表明睡眠障碍与 ALS 患者认知功能相关，尤其是言语流畅性。
4. 三种 ALS 小鼠模型睡眠宏观结构改变：研究使用三种不同致病基因的 ALS 小鼠模型（Sod1^G86R、Fus^ΔNLS/+和TDP43^Q331K ），通过植入皮质内电极进行脑电图（EEG）监测。结果显示，Sod1^G86R小鼠在 75 天龄（运动症状出现前）就出现觉醒增加、NREM 和 REM 睡眠减少；Fus^ΔNLS/+小鼠在 3 个月龄无症状时睡眠模式无改变，10 个月龄出现症状时，觉醒增加、NREM 和 REM 睡眠减少；TDP43^Q331K小鼠也有类似表现。与人类患者不同，小鼠模型中 REM 睡眠减少，theta 频段功率降低。
5. MCH 部分改善小鼠模型睡眠改变：由于 MCH 神经元在 ALS 中退化且 MCH 促进睡眠，研究通过植入脑室内渗透泵给予Sod1^G86R和Fus^ΔNLS/+小鼠 MCH 或对照药物。结果发现，MCH 治疗增加了Sod1^G86R小鼠的 REM 睡眠，减少了觉醒时间，但加重了 NREM 睡眠缺陷；在Fus^ΔNLS/+小鼠中也有部分改善睡眠结构的作用。MCH 对野生型小鼠的 REM 睡眠也有增加作用，对 NREM 睡眠有减少作用，表明 MCH 可改善至少两种 ALS 小鼠模型的睡眠改变。
6. 双食欲素受体拮抗剂完全改善小鼠模型睡眠改变：ORX 和 MCH 神经元在睡眠 / 觉醒调节中起部分拮抗作用。研究发现，在Sod1^G86R和Fus^ΔNLS/+小鼠中，orexin 表达相关基因变化提示 orexinergic 信号增加，MCHergic 信号减少。给予小鼠双食欲素受体拮抗剂（DORAs）suvorexant 后，Sod1^G86R、Fus^ΔNLS/+和TDP43^Q331K小鼠的睡眠改变得到完全改善，觉醒、REM 和 NREM 睡眠恢复正常，且对野生型小鼠也有类似作用。
7. MCH 保护Sod1^G86R小鼠运动神经元：研究假设改善睡眠缺陷可减缓 ALS 小鼠疾病进展，通过脑室内长期给予Sod1^G86R小鼠 MCH，发现 MCH 虽未延长小鼠生存时间，但在 90 天龄时可保护腰椎运动神经元，表明调节下丘脑睡眠调节肽可保护运动神经元。

讨论

以往研究表明睡眠改变在多种神经退行性疾病和正常衰老中常见，ALS 也不例外。但以往研究多针对有明显疾病症状的患者，无法确定睡眠改变是继发于疾病进展还是先于运动症状存在。本研究通过对人类和小鼠模型的研究，发现睡眠改变是 ALS 的早期现象，早于呼吸障碍和运动症状出现。

在人类研究中，两个不同人群的前瞻性队列研究排除了其他可能影响睡眠结构的因素，确定了 ALS 患者和无症状基因携带者的睡眠改变。在小鼠模型中，三种不同致病基因的小鼠模型也出现类似睡眠改变，尽管人类和小鼠的 REM 睡眠变化不同（人类增加，小鼠减少），但总体上都表现为觉醒增加和 NREM 睡眠减少。

研究还发现，关键下丘脑信号改变是 ALS 相关睡眠改变的基础。MCH 和 ORX 神经元在睡眠控制中起重要作用，MCH 神经元促进 REM 睡眠，ORX 神经元促进觉醒，两者相互拮抗。在 ALS 中，MCH 神经元丢失，ORX 神经元在动物模型中保留但在患者中丢失。给予 MCH 或 ORX 拮抗剂可改善小鼠睡眠改变，ORX 拮抗剂效果更显著，但具体原因可能与神经元作用、给药方式或药代动力学有关。MCH 治疗对腰椎运动神经元有保护作用，但对小鼠生存时间无影响，可能与技术限制和药物相关因素有关。

本研究存在一定局限性，人类研究样本量有限且可能存在选择偏倚，小鼠研究存在急性给药、无法评估运动功能和缺乏脑内神经肽浓度测量等问题。尽管如此，本研究仍表明睡眠改变是 ALS 前驱期的一部分，可能与认知缺陷、体重减轻和运动症状进展有关，未来还需进一步研究睡眠和睡眠调节神经肽缺陷对 ALS 相关症状的影响。