基础科学 研究所

PV 神经元活动在清醒和麻醉大脑中的作用。当清醒大脑中的抑制性 PV 神经元被激活时，兴奋性神经元会受到抑制，并观察到血管收缩（左）。在麻醉的大脑中，PV 神经元分泌 P 物质，激活 nNOS 神经元并引起缓慢的血管舒张（右）。光学成像用于测量 HbT（总血红蛋白），用于推断血流水平。图片来源：基础科学研究所
即使我们在睡觉时，大脑也不会完全休息。令人惊讶的是，睡眠时大脑的血流量可能比清醒状态下的血流量更大。这使得大脑能够清除废物代谢物，这对于防止痴呆等神经功能障碍的发生和进展非常重要。然而，睡眠中的大脑如何增加血流量的确切机制尚不清楚。


韩国基础科学研究所神经科学成像研究中心主任 Kim Seong-Gi 领导的研究人员最近发现了这一现象背后的秘密。人们发现，一种称为“小清蛋白（PV）神经元”的抑制性神经元会分泌一种称为“P物质”的物质，负责血管舒张和控制流向大脑的血流。该研究发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。

与其他抑制性亚型神经元不同，之前人们认为GABA能PV神经元不释放血管活性物质，因此它们在血流调节中的作用一直存在争议。为了研究PV神经元对血流调节的作用，研究人员在小鼠PV神经元中表达了一种称为通道视紫红质2（ChR2）的视蛋白，并通过光刺激选择性激活PV神经元。

通过宽视场光学成像和功能磁共振成像（fMRI）测量血管对 PV 神经元激活的反应。此外，为了确定PV神经元在麻醉下对血流的作用，研究人员使用氯胺酮/甲苯噻嗪让动物进入睡眠状态。

结果表明，在轻度麻醉的动物中，刺激PV神经元会引起血管收缩和血流量下降。刺激停止后 20 秒至 1 分钟内，血管缓慢舒张，血流量增加。另一方面，在活跃的动物中，PV 神经元活动只会导致血流量减少。这意味着PV神经元有两种不同的机制来控制脑血流，具体取决于大脑是清醒还是睡眠。

此外，研究人员还发现了光遗传学刺激后观察到的缓慢血管舒张背后的机制。当PV神经元被激活时，它会抑制附近的兴奋性神经元，从而导致血管收缩和血流减少。同时，人们发现这些PV神经元释放一种称为“P物质”的肽，它是观察到的缓慢血管舒张的原因。P 物质激活一氧化氮合酶 (nNOS) GABA 能神经元，分泌一氧化二氮（一种已知的血管扩张剂）。

目前的研究最终揭示了睡眠期间控制血液流向大脑的因素，以及PV神经元在此过程中先前未知的作用。金主任说：“我们的研究提出了脑血流控制机制的新研究方向，可能对失眠和睡眠障碍的治疗产生影响。”