脑驻留巨噬细胞亚群对睡眠-觉醒神经环路的差异性调控机制研究

本研究通过CSF1R抑制剂PLX5622建立胚胎源性(常驻)与 postnatal 源性(再增殖)脑巨噬细胞差异模型，结合多模态分析发现：常驻巨噬细胞缺失导致NREMS增加但质量下降，REM睡眠延长；再增殖巨噬细胞虽部分恢复代谢平衡，却加剧突触失衡与睡眠碎片化。该研究首次揭示脑巨噬细胞亚群通过调控突触可塑性（如VGLUT1-HOMER1/SYT2-Gephyrin）和神经递质（如去甲肾上腺素）动态平衡维持睡眠稳态，为睡眠障碍的免疫调控提供新靶点。

　　

睡眠作为生命必需的基本行为，其调控机制涉及复杂的神经环路与细胞网络。传统研究多聚焦于神经元对睡眠的调控作用，然而近年来越来越多的证据表明，作为中枢神经系统(CNS)主要免疫细胞的脑驻留巨噬细胞（包括小胶质细胞microglia和CNS相关巨噬细胞CAMs）可能通过突触修剪、神经递质调控等方式参与这一过程。但关于胚胎发育期植入的常驻巨噬细胞与成年后再生巨噬细胞是否具有功能差异，以及它们如何精确调控睡眠-觉醒周期，仍是未解之谜。

发表在《Communications Biology》的这项研究，通过创新性的实验设计回答了这些关键问题。研究人员采用CSF1R抑制剂PLX5622特异性清除成年小鼠脑内常驻巨噬细胞，随后观察自然再增殖过程，结合多学科技术手段发现：胚胎来源的常驻巨噬细胞是维持正常睡眠结构的关键调控者，而成年后再生的巨噬细胞虽能部分恢复功能，却在突触重塑等方面表现出显著差异。这一发现不仅拓展了对睡眠调控机制的认识，更为理解神经免疫互作在睡眠障碍中的作用提供了全新视角。

研究团队运用了四项核心技术方法：1) CSF1R抑制剂PLX5622诱导的脑巨噬细胞时序性清除与再增殖模型；2) 多通道EEG/EMG记录系统结合Somnologica-3软件进行睡眠分期与功率谱分析；3) 免疫荧光共聚焦显微镜定量皮层/下丘脑区兴奋性(VGLUT1-HOMER1)与抑制性(SYT2-Gephyrin)突触密度；4) LC-MS/MS靶向代谢组学检测神经递质及前体物质含量。

脑驻留巨噬细胞缺失破坏NREMS神经环路

通过PLX5622处理两周实现>86%的脑巨噬细胞清除后，小鼠在活动期（黑暗相）NREMS时间显著增加（对照组12.75±0.72 min/h vs 清除组16.78±0.77 min/h），但睡眠质量下降表现为δ振荡功率降低。再增殖四周后，这种异常未被纠正（16.54±0.70 min/h），反而出现睡眠碎片化特征——短时程（16-64秒）NREMS片段增加而长时程（>256秒）片段减少。特别值得注意的是，睡眠纺锤波（9-16Hz）发生率在清除组降低40%，再增殖后虽有所恢复但仍低于基线水平，提示常驻巨噬细胞对丘脑-皮层环路的调控具有不可替代性。

REM睡眠时长与质量的双重调控

巨噬细胞清除使黑暗相REM睡眠时间增加75%（对照组0.67±0.1 vs 清除组1.17±0.21 min/h），且θ振荡（6-8Hz）功率显著减弱。有趣的是，再增殖巨噬细胞能完全逆转REM时长异常，但对θ-γ耦合（反映神经网络协调性）的修复不完全。片段化分析显示清除组小鼠REM睡眠更趋稳定，表现为>2分钟的长时间片段增加6倍，这可能与突触抑制性增强相关。

觉醒状态的神经电活动异常

在θ主导的觉醒状态（TDW，6.5-12Hz）分析中，清除组与再增殖组小鼠的TDW时间均减少30%-50%，且再增殖组出现显著的γ波段（32-90Hz）活动增强。这种异常的电活动模式可能通过改变睡眠压力积累，间接影响后续的睡眠稳态调节。

突触平衡的持续性破坏

免疫荧光定量显示：1）皮层NEUN⁺神经元上兴奋性突触（VGLUT1-HOMER1）密度在清除组降低25%，再增殖后进一步下降至35%；2）抑制性突触（SYT2-Gephyrin）在再增殖组增加2倍；3）下丘脑HCRT神经元兴奋性输入减少50%。这种"抑制增强-兴奋减弱"的突触失衡模式，与qPCR检测到的Slc17a7（编码VGLUT1）、Homer1基因表达下调相互印证。

代谢与神经递质的动态变化

PCA分析显示巨噬细胞清除显著改变皮层代谢谱，但再增殖后基本恢复。具体而言：去甲肾上腺素水平在清除组下降60%后完全恢复；氨基酸前体L-丝氨酸、天冬酰胺含量异常也在再增殖后正常化。这种代谢-突触解耦现象提示，再增殖巨噬细胞优先修复神经化学环境而非结构连接。

这项研究通过严谨的实验设计揭示了脑驻留巨噬细胞亚群在睡眠调控中的层级作用：胚胎源性常驻巨噬细胞通过维持突触平衡（特别是PV神经元环路）和神经递质稳态，确保睡眠-觉醒周期的正常振荡；而成年后再增殖巨噬细胞虽能重建部分代谢功能，但在神经网络重塑方面存在固有缺陷。该发现为理解神经发育疾病（如自闭症）与睡眠障碍共病机制提供了新思路——异常的小胶质细胞功能可能导致关键期突触修剪障碍，进而影响睡眠电路的终身功能。此外，研究建立的PLX5622时序干预模型，为探索神经免疫互作在昼夜节律、麻醉苏醒等过程中的作用提供了可借鉴的方法学框架。未来研究可进一步聚焦特定脑区（如视前区、蓝斑）的巨噬细胞-神经元互作机制，或将为失眠、发作性睡病等疾病带来新的治疗策略。