为什么熬夜后情绪反而变好？斯特拉斯堡大学团队揭示mPFC分子钟介导睡眠剥夺抗抑郁效果机制

睡眠、昼夜节律以及神经可塑性的紊乱与抑郁症的病理生理机制及治疗密切相关。急性睡眠剥夺（SD）能够产生快速但短暂的抗抑郁效果，然而其潜在机制尚不明确。

基于此，2025年9月29日，斯特拉斯堡大学Tsvetan Serchov研究团队在Molecular Psychiatry杂志发表了“The mPFC molecular clock mediates the effects of sleep deprivation on depression-like behavior and regulates sleep consolidation and homeostasis”揭示了内侧前额叶皮层的分子钟介导了睡眠剥夺对抑郁样行为的影响并调控睡眠的巩固与稳态。

在应激诱导的抑郁症小鼠模型中，作者发现睡眠结构发生改变，睡眠稳态受损并且内侧前额叶皮层（mPFC）中谷氨酸能可塑性标志物Homer1a和突触AMPA受体表达的昼夜节律性振荡被破坏。这些变化伴随着对睡眠剥夺的稳态反应减弱。进一步发现，睡眠剥夺和氯胺酮作为两种快速起效的抗抑郁手段，对mPFC中昼夜节律基因的表达具有相反的作用：睡眠剥夺增强了负性钟基因（如Per、Cry）的表达，这种效应与应激作用相似，而氯胺酮则下调了这些基因的表达。在mPFC中特异性敲除兴奋性神经元（表达CaMK2a）的核心钟基因Bmal1后，小鼠的睡眠-觉醒结构被破坏，慢波活动升高并且对睡眠剥夺的行为反应和分子反应（Homer1a表达）均消失。此外，药理学激活钟基因抑制因子REV-ERB会抑制睡眠剥夺的抗抑郁效果。作者的研究结果表明，mPFC的分子钟对于睡眠巩固和稳态的调控至关重要，并且介导了睡眠剥夺对行为的影响。

图一 重复游泳应激会增加慢波睡眠（SWS）的持续时间并导致睡眠片段化

为了研究由应激引起的类抑郁表型对睡眠的影响，小鼠接受了慢性行为绝望范式处理。该模型通过连续五天每天进行10分钟的游泳，诱导出被动不动和快感缺失。接受该处理的小鼠和未受应激的对照组小鼠均植入了脑电图和肌电图电极，以进行连续24小时的记录。

数据显示，与对照组相比，接受慢性行为绝望处理的小鼠在睡眠结构上表现出多种异常。经历游泳应激的小鼠在慢波睡眠中花费的时间更长，而清醒时间相应减少，表现为在24小时内以及在12小时的黑暗期和光照期内，慢波睡眠的总时间均增加。相比之下，快速眼动睡眠的总时间未受影响。此外，在活跃期的前半段，这些小鼠的运动和探索行为减少并且在ZT12时的活动起始时间显著延迟。在慢波睡眠期间，游泳应激小鼠的睡眠更加碎片化，在清醒与慢波睡眠之间的转换频率显著高于对照组，尤其是在以睡眠为主的光照期。在24小时整体以及光照期内，清醒和慢波睡眠的平均持续时间分别显著缩短，反映出慢波睡眠的碎片化程度更高。尽管总体快速眼动睡眠时间与对照组相同，但慢性行为绝望处理的小鼠在光照期内进入快速眼动睡眠的次数更多。综上所述，慢性行为绝望范式中的重复游泳应激会改变睡眠结构，导致慢波睡眠时间延长和睡眠碎片化，具体表现为清醒与慢波睡眠之间的转换更频繁、慢波睡眠和清醒的持续时间缩短，以及快速眼动睡眠的发作次数增加。

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图二 慢性应激抑郁模型动物存在睡眠稳态和稳态可塑性的失调以及对睡眠剥夺的反应异常

接下来，作者研究了慢性行为绝望模型对睡眠稳态和稳态可塑性的影响。

慢波睡眠期间的慢波活动（SWA）与睡眠的稳态驱动力以及关键的神经可塑性机制（如突触下调）密切相关。数据显示，慢性行为绝望模型小鼠在24小时内的SWA分布节律模式受到影响，导致拟合的正弦曲线明显趋于平缓，节律振幅显著降低。此外，对照组小鼠在以睡眠为主的光照期（ZT00至ZT12）期间，δ波功率显著下降，而慢性行为绝望模型小鼠的SWA则无明显变化。

突触后支架蛋白Homer1a的诱导以及AMPA受体在突触上的重新分布被认为是稳态可塑性的分子标志。通常，这些分子的表达水平会随着睡眠剥夺或长时间清醒后SWA的增强而升高并在恢复睡眠期间SWA下降时降低。

慢性行为绝望模型小鼠表现出异常的SWA节律，其mPFC中突触AMPA受体GluA1的昼夜波动消失且在光照期早期（ZT02）表达显著低于对照组。

同时，Homer1a的节律也发生紊乱，表现为振幅增大、峰值延迟。在6小时急性睡眠剥夺后，对照组小鼠出现显著的SWA反弹，而应激小鼠SWA反弹明显减弱，尽管其睡眠质量得到改善（碎片化减少、慢波睡眠延长）。两组小鼠在剥夺后Homer1a均上调，但应激小鼠整体表达水平更低；值得注意的是，应激小鼠在剥夺后立即出现GluA1的明显上调，而对照组则在恢复睡眠后GluA1表达下降。这表明，慢性应激导致mPFC稳态可塑性调节紊乱，影响SWA节律及对睡眠剥夺的神经可塑性响应，可能与抑郁相关睡眠障碍的病理机制密切相关。

图三 mPFC Bmal1基因敲除导致昼夜特异性的睡眠改变，增加睡眠碎片化并扰乱慢波活动

为了研究mPFC分子钟在睡眠调控以及睡眠剥夺抗抑郁作用中的重要性，作者在Bmal1基因条件性敲除小鼠中，利用腺相关病毒（AAV）在兴奋性谷氨酸能神经元特异性启动子CaMK2a的控制下表达Cre重组酶从而特异性敲除mPFC中兴奋性神经元的Bmal1基因表达。在向mPFC注射Cre病毒或对照EGFP病毒后，小鼠接受了脑电图和肌电图电极植入，以评估Bmal1基因敲除对睡眠的影响。

分析结果显示，CaMK2a-Bmal1基因敲除小鼠表现出与时间相关的睡眠结构改变：在活跃的黑暗期，它们清醒时间减少，而慢波睡眠和快速眼动睡眠时间相应增加。与对照组相比，Bmal1基因敲除小鼠在所有时间点均表现出显著的睡眠碎片化，清醒与慢波睡眠之间的转换更为频繁。这种碎片化还表现为黑暗期清醒持续时间显著缩短，光照期慢波睡眠持续时间缩短以及活跃期快速眼动睡眠发作次数增加。Bmal1基因敲除小鼠的慢波活动在多个时间点显著高于对照组，并且在光照期和黑暗期之间未表现出正常的节律性变化。在经历6小时睡眠剥夺后，mPFC特异性Bmal1基因敲除小鼠的慢波活动和慢波睡眠时间均未出现显著的反弹。

图四 mPFC Bmal1基因敲除抑制了睡眠剥夺及恢复睡眠后由Homer1a介导的行为改变

接下来，作者研究了CaMK2a神经元中Bmal1基因敲除对mPFC分子钟功能以及在未受应激小鼠中睡眠剥夺效应的影响。

通过病毒诱导基因敲除后，小鼠接受了6小时的睡眠剥夺并在剥夺结束后立即进行行为测试或在随后24小时的恢复睡眠后于ZT06时间点进行测试。

在表达EGFP的对照小鼠中，睡眠剥夺后强迫游泳实验的不动时间减少，表明出现了抗抑郁样效应；而在恢复睡眠24小时后，不动时间显著高于基线水平，提示恢复睡眠后产生了促抑郁样效应。相比之下，CaMK2a-Bmal1基因敲除小鼠在睡眠剥夺或恢复睡眠后均未表现出显著的行为改变。同样，在悬尾实验中，基因敲除小鼠的不动时间在睡眠剥夺和恢复睡眠后均无变化。尽管睡眠剥夺本身未显著影响对照小鼠在悬尾实验中的行为，但恢复睡眠后仍导致了促抑郁样效应。

qRT-PCR mRNA分析显示，睡眠剥夺使对照小鼠内侧前额叶皮层中Per1、Per2和Cry1基因的表达升高，而这一效应在Bmal1基因敲除小鼠中未出现。有趣的是，与对照小鼠相比，Bmal1基因敲除小鼠在基线状态下正向调控因子RORɑ的表达显著升高，而睡眠剥夺后其表达水平下降至与对照组相近。关键的是，接受睡眠剥夺的Bmal1基因敲除小鼠在剥夺后Homer1a的表达未发生改变。相反，对照小鼠表现出Homer1a表达的显著升高，而这一变化此前已被认为与抗抑郁效应相关。

总结

综上所述，作者的研究发现内侧前额叶皮层中表达CaMK2a的兴奋性谷氨酸能神经元内的生物钟系统是睡眠稳态调节和睡眠巩固的关键调控因子。此外，揭示了mPFC分子钟在介导睡眠剥夺对抑郁样行为短暂效应中的作用，特别是负性钟基因调控因子的上调以及BMAL1及其对Homer1a节律性表达调控的关键作用。本研究加深了对睡眠剥夺作用机制的理解并突出了生物钟在抑郁症发病机制及快速治疗中的重要性。更重要的是，对分子钟的治疗性调控为开发更有效的抑郁症治疗和预防干预手段提供了新策略。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03276-7

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