让失忆的大脑重新“做梦”！苏黎世大学团队揭示先导编辑β1肾上腺素受体恢复REM睡眠机制

阿尔茨海默病（AD）患者常伴有严重的睡眠障碍，尤其是快速眼动（REM）睡眠减少，这可能加剧认知衰退。

基于此，2025年12月9日，苏黎世大学Gerald Schwank研究团队在Nature communications杂志发表了“Prime editing of the β1 adrenoceptor in the brain restores physiological REM sleep in a mouse model of Alzheimer’s disease”揭示了在阿尔茨海默病小鼠模型中，对脑内β1肾上腺素受体进行先导编辑可恢复生理性快速眼动（REM）睡眠。

在这项研究中，作者利用先导编辑技术将一种与“短睡眠”相关的天然基因变异（Adrb1A187V）精准引入小鼠大脑。六周后，该编辑在皮层效率最高达28.1%并增强了β1-肾上腺素能神经元的兴奋性。这使得小鼠更活跃，表现为活动量、运动能力、探索行为和识别记忆提升，同时非快速眼动（NREM）睡眠中的慢波活动（SWA）降低，说明清醒时积累的睡眠压力减少。在阿尔茨海默病模型小鼠中，这一变异还能恢复正常的快速眼动（REM）并同样降低NREM睡眠中的SWA。研究不仅证明了先导编辑可用于精准重编程脑内遗传回路，也揭示了Adrb1A187V在促进清醒、优化睡眠方面的潜在益处。

图一 高效先导编辑Adrb1实现脑内睡眠基因调控

为了在小鼠大脑中精准引入一个与“短睡眠”相关的基因突变（Adrb1 A187V），研究人员先在细胞里测试多种先导编辑方案。一开始在普通小鼠肝细胞和神经细胞中效率很低（不到2%），可能因为目标DNA区域“太紧”，难以被编辑工具接触。

于是他们换了个策略：把目标基因片段插入到更容易操作的HEK293T细胞中，筛选出效果最好的编辑工具组合：一种叫epegRNA1的引导RNA，加上稳定结构后效率更高。

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作者加入一种辅助的“切口向导”（PE3b），帮助完成编辑；对引导RNA稍作修改，在不影响蛋白功能的前提下，悄悄改变几个“无关紧要”的碱基（沉默突变），让细胞不再把它当“错误”。

其中一种优化版本（epegRNA1-SM3）效果最好，在不同细胞中编辑效率最高达44%，在神经相关细胞中也达到11%以上。

图二 高效神经元特异性先导编辑实现脑内睡眠基因调控

为在小鼠大脑中精准编辑睡眠相关基因，研究人员将先导编辑器（PE）拆成两部分，用两个AAV-PHP.eB病毒递送并优化了载体设计以适应AAV容量限制。

通过侧脑室注射新生小鼠，5周后皮层中目标基因（Adrb1）编辑效率达13%以上，6个月仍稳定，副产物极少。编辑仅发生在神经元中，其他器官无明显脱靶。虽然细胞实验中更优的epegRNA1-SM3在体内效率反而较低，但整体方案成功实现了高效、持久、神经元特异的脑内基因编辑，为研究睡眠等复杂行为提供了新工具。

图三 引入Adrb1A187V变异体可调节运动和探索行为

除了睡眠时间缩短，携带家族性自然短睡眠（FNSS）突变的人通常还表现出更强的活动能力、探索欲和抗压性。

为验证这一表型是否可在小鼠中复现，作者通过AAV-PHP.eB在新生小鼠脑内引入Adrb1A187V突变（与FNSS相关）。结果显示，突变小鼠在家笼和旷场实验中昼夜活动量显著增加，移动距离更长、速度更快；在新环境中靠墙直立次数增多，且在明暗箱测试中更愿意停留在明亮区域，表明其探索驱动力增强，而非源于焦虑或强迫行为。此外，在新物体识别任务中，它们对新物体的关注和互动时间更长，提示识别记忆可能改善。

为排除编辑副产物或病毒毒性干扰，作者进一步验证：插入缺失率极低（仅为靶向编辑效率的约1/16），行为变化与Adrb1A187V编辑效率显著正相关，而与副产物无关；使用副产物更少的epegRNA1-SM3重复实验仍得到一致结果；深度测序未发现脱靶编辑，免疫染色也未见神经元损伤或胶质激活。

综上，Adrb1A187V突变本身足以驱动多维度的行为增强，真实模拟了人类FNSS的核心特征。

总结

本研究不仅揭示了Adrb1A187V突变通过增强去甲肾上腺素能神经元活性，改善觉醒、探索行为和睡眠结构，还在AD模型中展现出恢复生理性REM睡眠的潜力。更重要的是，成功建立了高效、神经元特异的脑内先导编辑平台，为精准解析和干预复杂神经环路及相关疾病提供了新策略。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-65964-w

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