帕金森病（PD）的特征為基底神經節（BG）多巴胺能細胞進行性丟失🐠，患者伴有嚴重的睡眠障礙，包括白天過度嗜睡等👨🏿🌾⛴。背側紋狀體作為BG的主要信息入口，整合谷氨酸🦇、多巴胺、腺苷等睡眠覺醒相關的神經遞質及調質信息，提示其可能調控睡眠覺醒行為。
近日🍏，MK体育黃誌力課題組發現背側紋狀體多巴胺D1受體（Dopamine D1 receptor，D1R）陽性神經元參與覺醒的啟動和維持🙎🏿。相關研究成果以《紋狀體多巴胺D1受體陽性神經元促進小鼠覺醒》（Striatal neurons expressing dopamine D1 receptor promote wakefulness in mice）為題，在線發表於《Current Biology》。
研究團隊利用光遺傳學、化學遺傳學、光纖鈣信號測定神經元活性和腦電/肌電記錄等方法研究了背側紋狀體D1R神經元調控睡眠覺醒的作用及神經環路。結果發現光遺傳學激活背側紋狀體D1R神經元誘導小鼠從非快眼動 (non-rapid eye movement，NREM) 睡眠到覺醒的快速轉變，而抑製紋狀體 D1R 神經元活性，顯著減少小鼠覺醒時長🏊🏼。結果提示紋狀體D1R 神經元參與調控覺醒。
神經元鈣活動結果顯示🙆🏽♀️🚣♀️：紋狀體 D1R 神經元在覺醒期高度活躍，在NREM睡眠期安靜👵🏻。高頻聲音刺激、足底電刺激或噴氣等提高小鼠覺醒度，均可活化紋狀體 D1R 神經元。多通道光纖記錄發現：紋狀體D1R 神經元的活動與其上遊核團神經元高度同步，包括前額葉皮層（prefrontal cortex🫳🏿🎅🏿，PFC）和背內側丘腦（mediodorsal thalamus，MD）等。化學遺傳學抑製上遊PFC和MD神經元活性，可減弱紋狀體 D1R 神經元活動度🕺🏻。光遺傳學激活上遊通路（皮質-紋狀體、丘腦-紋狀體以及黑質-紋狀體）可以誘導小鼠覺醒。研究紋狀體 D1R 神經元下遊通路，發現光遺傳激活紋狀體-蒼白球內側部 (entopeduncular nucleus, EP, also called GPi)和紋狀體-黑質網狀部 (substantia nigra pars reticulata, SNr)，D1R 神經元釋放GABA遞質，抑製蒼白球內側部和黑質網狀部的睡眠核團，可促進小鼠覺醒🔢👆🏼。以上結果表明🤷♀️：紋狀體 D1R 神經元整合上遊信號，通過下遊核團（蒼白球和黑質）調控小鼠覺醒🧙♂️🪡。
圖：紋狀體多巴胺D1受體陽性神經元調控覺醒的機製
紋狀體 D1R 神經元整合上遊前額葉皮層（PFC）⤵️、背內側丘腦（MD）和黑質致密部（substantia nigra pars compacta, SNc）信號，通過釋放GABA抑製下遊核團蒼白球(EP)和黑質網狀部(SNr)，調控小鼠覺醒。
黃誌力課題組聚焦BG調控睡眠覺醒的作用和機製研究。前期發現背側紋狀體(Elife, 2017) 和腹側紋狀體伏隔核(Nat Commun, 2017) 腺苷A2A受體神經元調控NREM睡眠；伏隔核D1R 神經元調節覺醒(Nat Commun，2018)🍏， 並參與七氟烷的麻醉蘇醒(Curr Biol, 2021)。
本研究揭示了背側紋狀體 D1R 神經元調控覺醒及神經環路機製，為覺醒調控體系增加了新核團〽️，為相關疾病伴發睡眠障礙的治療提供潛在策略🕰。黃誌力和曲衛敏教授為本文共同通訊作者🚵🏻♂️，課題組董輝🙍🏻♀️、陳澤卡👁、郭涵及袁向山為論文共同第一作者。該研究受國家自然科學基金和“腦科學與類腦研究”重大項目等基金支持。
文章信息及鏈接🦹🏿：
Hui Dong, Ze-Ka Chen, Han Guo, Xiang-Shan Yuan, Cheng-Wei Liu, Wei-Min Qu*, and Zhi-Li Huang*.Striatal neurons expressing dopamine D1 receptor promote wakefulness in mice. Current Biology, 2022. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.026
