Commun Biol: 清醒与睡眠状态下皮层神经元的能量差异

来源：作者：人气：-发表时间：2020-10-09 11:00:00【大中小】

大脑具有体内平衡机制，以防止所有细胞同时活动造成的细胞能量耗竭。此外，随着动物睡眠觉醒状态的变化，大脑中的脑血流量和葡萄糖摄取会随着大脑中细胞活动的变化而波动。在这些脑能量稳态机制下，脑中的细胞能量状态应该可以保持恒定。但是，这还没有经过实验证明。

为了研究活体动物大脑中的细胞能量状态是恒定还是变化，研究人员使用了荧光传感器在大脑中测量了主要细胞能量代谢物5'-三磷酸腺苷（ATP）的神经元细胞内浓度。使用先进的显微技术，它们显示了取决于动物睡眠觉醒状态的皮质神经元胞质ATP水平的全皮层变化：清醒状态下ATP含量高，非快速眼动过程中ATP含量降低。REM睡眠期间则大幅减少。另一方面，与苏醒状态相比，作为能量供应的代谢参数的脑血流量在非快速眼动睡眠期间略有增加，而在快速眼动睡眠期间显著增加。在全身麻醉和对局部脑电刺激神经元激活的反应下，还观察到小鼠神经元ATP水平降低，而血液动力学同时增强。

由于处于清醒状态的整个皮质中神经元ATP水平增加，表明这是细胞能量需求增加的时候。同时，尽管大脑血液动力学同时增加，但快速眼动睡眠期间神经元ATP的水平却大大降低，这表明神经元中能量的负平衡，这可能是由于快速眼动睡眠特定地促进了诸如热量产生等能量消耗活动。 REM睡眠期间皮质神经元中ATP水平的显著降低有望用作REM睡眠的新生物标记。最终，优于脑能量代谢可能并不总是满足神经元能量需求，因此导致神经元中细胞内ATP水平的生理波动。