中央内侧丘脑作为右美托咪定镇静期间保持唤醒能力的关键枢纽

《Neuroscience Bulletin》：The Central Medial Thalamus Serves as a Critical Hub for Preserved Arousability During Dexmedetomidine Sedation

　　

右美托咪定 (DEX) 诱发一种独特的“可唤醒镇静”状态，但维持唤醒能力的神经回路仍不清楚。在此，研究人员发现 40 μg/kg DEX 产生的镇静状态可被背部触觉刺激短暂唤醒，而 100 μg/kg 则诱发更深的无反应镇静。功能映射显示中央内侧丘脑 (CMT) 被选择性激活。光纤光度法进一步证实，DEX 呈剂量依赖性地选择性激活 CMT 中的谷氨酸能神经元，同时抑制其他丘脑区域的活动。在给予 40 μg/kg DEX 后，化学遗传学抑制 CMT 谷氨酸能神经元加深了 DEX 镇静并损害了触觉刺激诱导的唤醒，而在高剂量 DEX (100 μg/kg) 下激活 CMT 谷氨酸能神经元则减弱了镇静并恢复了触觉反应性。总之，这些结果确立了 CMT 是维持 DEX 镇静期间唤醒能力的关键丘脑节点。

理解意识及其被麻醉剂调节的神经回路是神经科学领域的一项基本挑战。右美托咪定 (DEX) 是一种高选择性 α₂-肾上腺素能受体激动剂，在临床上因其能诱发独特的“可唤醒镇静”状态而备受重视，该状态高度模拟非快速眼动睡眠，患者可通过轻微刺激轻易被唤醒。现有的主流模型认为，DEX 通过抑制蓝斑 (LC) 发挥作用，导致促进睡眠的腹外侧视前核去抑制，并引起去甲肾上腺素能张力整体降低。虽然这一框架解释了镇静的起始和慢波脑电图 (EEG) 活动的出现，但未能解决一个核心悖论：大脑如何在 DEX 诱导的镇静期间保持其快速、感觉诱发唤醒的潜能。丘脑作为传递感觉信息和调节皮层兴奋性的核心节点，是介导该过程的最佳候选者。丘脑并非单一结构，而是由具有不同功能的核团组成。其中，高阶核团如中央内侧丘脑 (CMT) 与皮层间通讯和联络功能密切相关，具有广泛的联络皮层投射，并作为意识“守门人”发挥作用。然而，不同的丘脑核团在介导 DEX 诱导的独特镇静状态中的具体作用尚不明确，CMT 是否在镇静下维持大脑唤醒准备状态中发挥关键功能仍有待探究。为解决这一问题，研究人员开展了一项结合多种技术手段的动物模型研究，确定了 CMT 在维持 DEX 镇静下唤醒能力中的核心作用。该研究表明 CMT 是维持 DEX 镇静期间唤醒能力的关键丘脑节点，为其独特的“可唤醒”镇静特性提供了机制性见解。该论文发表在《Neuroscience Bulletin》。

在技术方法方面，研究样本队列来源于成年雄性 C57BL/6J 小鼠和 Vglut2-IRES-Cre 小鼠。研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过行为学评估记录小鼠运动活动并进行镇静深度评分和翻正反射消失 (LORR) 测试；其次，使用脑电图 (EEG) 记录与分析技术探究不同频率波段功率变化；第三，利用 c-Fos 免疫染色进行功能映射以评估神经元激活情况；第四，采用光纤光度法动态记录特定丘脑核团群体的钙信号；第五，运用化学遗传学方法双向操控 CMT 谷氨酸能神经元的活动；最后，通过离体膜片钳电生理记录验证化学遗传学病毒构建物的有效性。

DEX 诱导具有独特 EEG 特征的剂量依赖性镇静
通过行为学评估和 EEG 记录，研究人员发现 DEX 呈剂量依赖性地抑制运动活动。40、100 和 400 μg/kg 剂量显著抑制了总运动距离，并缩短了达到最大镇静评分的时间。只有 400 μg/kg 剂量引起完全的 LORR。EEG 显示，有效行为剂量诱发了大振幅、δ波为主的慢波活动，δ功率显著增加，而 β 和 γ 功率降低。这表明 DEX 产生从镇静到无意识的剂量依赖性连续体，40 或 100 μg/kg 剂量可诱导无明显 LORR 的镇静状态。

背部触觉刺激使小鼠从中度 DEX 镇静中唤醒
通过感觉刺激唤醒评分和 EEG 记录，研究人员测试了多种感觉刺激的作用。在 100 μg/kg DEX 镇静下，胡须刺激、喷气和背部触觉刺激仅引起微弱的反射反应，未改变镇静评分。然而，在 40 μg/kg DEX 镇静下，背部触觉刺激可靠地诱导了行为唤醒，表现为镇静评分短暂下降，脑电从高振幅慢波转向低电压高频模式。这表明背部触觉刺激可短暂逆转中度 DEX 镇静，为后续机制研究提供了范式。

DEX 选择性激活 CMT 谷氨酸能神经元
通过 c-Fos 免疫染色和光纤光度法记录，研究人员发现 DEX 镇静下丘脑活动呈异质性。感觉中继和联络核团（如腹侧后内侧核 VPM、后内侧丘脑核 POm、内侧背核 MD 等）被明显抑制，而 CMT 被选择性激活。CMT 谷氨酸能神经元活动呈剂量依赖性增加，而异氟烷 (ISO) 麻醉则抑制其活动。在唤醒刺激后，CMT 活动降低，被抑制核团活动反弹。这表明 DEX 选择性激活 CMT 谷氨酸能神经元，其活动可能有助于抵消 DEX 镇静以保持唤醒潜能。

化学遗传学抑制 CMT 谷氨酸能神经元加深镇静并损害唤醒能力
通过化学遗传学抑制 CMT 谷氨酸能神经元，结合行为学和 EEG 记录，研究人员发现抑制 CMT 神经元显著增加了镇静深度，缩短了达到最大镇静评分的潜伏期，增加了 EEG δ功率。同时，小鼠对背部触觉刺激的行为和 EEG 唤醒反应被严重损害，刺激未能引起镇静评分下降或 δ功率减少。这表明 CMT 谷氨酸能神经元对于维持 DEX 镇静期间的唤醒能力至关重要。

化学遗传学激活 CMT 谷氨酸能神经元减弱深度镇静并恢复对背部触觉刺激的反应性
通过在高剂量 DEX 下化学遗传学激活 CMT 谷氨酸能神经元，研究人员发现激活这些神经元显著减轻了镇静深度，增加了运动距离，延长了达到最大镇静评分的时间，降低了 δ功率。在通常损害刺激诱发唤醒的剂量下，激活 CMT 恢复了行为唤醒反应和唤醒相关的 EEG 模式。这表明增强 CMT 活动可以克服高剂量 DEX 的镇静效应，恢复触觉反应性。

在讨论部分，研究人员总结指出，通过建立重现 DEX 临床可唤醒特征的模型，确定了 CMT 是维持该独特特性的关键神经基础。DEX 对 CMT 的选择性激活呈剂量依赖性，这种激活可能作为一种代偿性状态维持功能，以维持潜在网络兴奋性的基线水平。CMT 因其独特的分子架构，如接受比感觉中继核团更密集的来自 LC 的去甲肾上腺素能神经支配，以及具有复杂的“兴奋-抑制”受体分布，可能通过去抑制等方式在 DEX 作用下保持活跃许可状态。与异氟烷引起的通过增强 γ-氨基丁酸A (GABA_A) 受体介导的抑制从而导致大脑广泛沉默不同，DEX 对 CMT 的特异性激活是区分两者状态的关键。CMT 作为多模态显著信号整合枢纽，可门控向清醒状态的转变。研究存在一定局限性，如仅使用雄性小鼠和仅测试了背部触觉刺激等。

研究结论部分翻译如下：通过建立 DEX 诱导的“可唤醒镇静”临床前模型，研究人员确定了 CMT 是在镇静下维持大脑感觉诱发唤醒能力的关键神经枢纽。研究人员证明 DEX 呈剂量依赖性地选择性激活 CMT 谷氨酸能神经元，并且对这种活动的双向操控直接决定了镇静深度和触觉反应性。这项工作不仅推进了对可唤醒镇静的机制理解，而且将 CMT 活动水平定位为反映不同镇静状态下唤醒阈值的关键变量。