蛋白磷酸酶PP2Aca通过兴奋性神经元调控小鼠睡眠时长与稳态的分子机制

本研究通过AAV介导的体细胞遗传学分析，揭示了蛋白磷酸酶PP2Aca在兴奋性神经元中通过C端甲基化依赖性机制调控小鼠非快速眼动（NREM）和快速眼动（REM）睡眠时长及稳态恢复的关键作用，为睡眠障碍的靶向干预提供了新理论依据。

　　

睡眠是生命体维持生理功能的重要过程，其调控机制涉及复杂的分子网络。尽管蛋白激酶在睡眠调控中的作用已被广泛研究，但蛋白磷酸酶的功能仍存在显著认知空白。近年来，钙调磷酸酶（calcineurin/PP2B）的发现提示蛋白去磷酸化可能参与睡眠调控，然而作为另一大类丝氨酸/苏氨酸磷酸酶的蛋白磷酸酶2A（PP2A）是否参与这一过程尚不明确。

针对这一科学问题，中国科学院生物物理研究所（National Institute of Biological Sciences, Beijing）的研究团队在《Communications Biology》发表重要成果。研究人员聚焦PP2A催化亚基PP2Aca和PP2Acβ，通过创新性的AAV-PHP.eB介导的成年脑嵌合体（ABC）基因操作技术，系统揭示了PP2Aca通过兴奋性神经元特异性调控睡眠的分子机制。研究采用6小时睡眠剥夺（SD）模型，结合脑电图（EEG）/肌电图（EMG）记录、细胞类型特异性基因敲除和甲基化位点突变等关键技术，发现PP2Aca缺失会导致NREM睡眠时长减少但delta功率反常升高，并显著延迟睡眠剥夺后的稳态恢复。

关键技术方法包括：1）利用AAV-PHP.eB实现全脑神经元（hSyn启动子）或特定神经元（CaMKII/mDlx/Vglut2/Vgat启动子）的基因操作；2）通过EEG/EMG系统监测睡眠-觉醒周期；3）采用轻柔处理和水环境限制两种睡眠剥夺方案；4）构建L309A甲基化缺陷突变体进行功能回补实验。

主要研究结果如下：

PP2Aca特异性调控睡眠基础量
全脑神经元敲除PP2Aca（非PP2Acβ）使每日NREM睡眠减少约150分钟（主要在暗周期），REM睡眠减少25分钟（主要在光周期），但反常升高NREM期delta功率（1-4 Hz）。

睡眠稳态调节受损
PP2Aca敲除小鼠在睡眠剥夺后表现出：1）恢复期NREM睡眠总量减少；2）NREM睡眠潜伏期延长；3）delta功率增幅减弱。

甲基化修饰的关键作用
野生型PP2Aca（非L309A突变体）可完全回补表型，表明C端甲基化是PP2Aca睡眠调控功能的必要条件。

PP2Acβ的功能代偿
尽管内源性PP2Acβ表达量较低，但其过表达可完全挽救PP2Aca敲除表型，提示二者功能冗余。

兴奋性神经元的特异性调控
CaMKII⁺或Vglut2⁺兴奋性神经元（非mDlx⁺/Vgat⁺抑制性神经元）特异性敲除可重现全脑敲除表型。

该研究首次揭示：1）PP2Aca是首个被证实能双向调控睡眠时长（减少）与强度（delta功率增加）的分子；2）发现甲基化修饰是PP2Aca睡眠调控的结构基础；3）明确了兴奋性神经元在PP2Aca介导的睡眠调控中的主导地位。这些发现不仅完善了"睡眠的磷酸化调控"理论框架，还为理解睡眠障碍中"睡眠质量-数量解耦联"现象提供了分子解释，对开发靶向PP2A甲基化通路的睡眠调节药物具有重要指导价值。