マウスの脳周皮細胞に対する反復的な睡眠不足の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12760 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

睡眠剥奪 (SD) が脳実質に及ぼす悪影響は、広範囲に研究されています。 しかし、血液脳関門（BBB）および神経血管単位（NVU）の主要構成要素である脳周皮細胞に対するSDの具体的な影響はまだ不明である。 本研究では、脳脊髄液（CSF）中の可溶性血小板由来増殖因子受容体β（sPDGFRβ）レベルを測定し、皮質、海馬、およびPDGFRβの皮質下領域における周皮細胞密度を定量することにより、急性または反復性SDが脳周皮細胞にどのような影響を与えるかを調べた。 P2A-CreERT2/tdTomato マウス。主に血管周皮細胞でレポーター tdTomato を発現します。 我々の結果は、1回の4時間のSDはCSFのsPDGFRβレベルを有意に変化させないことを示した。 対照的に、SD を繰り返した (1 日あたり 4 時間、連続 10 日間) と、CSF sPDGFRβ レベルが有意に上昇しました。これは、SD の繰り返しによる明らかな周皮細胞損傷を意味します。 さらに、SD を繰り返すと、皮質および海馬の周皮細胞密度が大幅に減少しましたが、アネキシン V 親和性アッセイおよび活性カスパーゼ 3 染色で測定したように、周皮細胞のアポトーシス状態は変化しませんでした。 これらの結果は、SD の繰り返しが非アポトーシス経路を介して脳周皮細胞の損傷と損失を引き起こすことを示唆しています。 周皮細胞に対するこれらの変化は、SD 誘発性 BBB および NVU 機能不全に寄与する可能性があります。 このプロセスの可逆性は、睡眠の改善が脳周皮細胞に保護効果をもたらす可能性があることを示唆しています。

睡眠は血液脳関門（BBB）の透過性を調節し、代謝物のクリアランスを促進します1、2、3。 たとえば、アミロイド ベータ (Aβ) クリアランスは、覚醒中よりも睡眠中の方が効果的です4。 逆に、睡眠不足や長時間の覚醒は BBB の機能を損ない、アルツハイマー病における Aβ 蓄積の危険因子となります 5、6、7。 最近の研究結果では、睡眠、特に徐波睡眠 (SWS) または非急速眼球運動 (NREM) 睡眠が、代謝産物のクリアランスのために脳血流 (CBF) と脳脊髄液 (CSF) の振動を調整していることも示唆されています 8,9。 しかし、BBB やその他の神経血管事象に対する睡眠の影響を媒介する正確な細胞機構はまだ不明です。 言い換えれば、SWS中の特徴的な神経振動と血管振動をつなぐ橋は依然として不明である。

脳壁細胞には、周皮細胞および血管平滑筋細胞 (vSMC) が含まれます。 周皮細胞は、神経血管単位（NVU）とBBBの重要な構成要素であり、CBFの調節、BBBの完全性の維持、神経栄養因子の放出、およびその他のまだ理解されていない機能において重要な役割を果たしています10、11、12、13。 周皮細胞の収縮と拡張は、神経活動の変化を予測するための機能的 MRI (fMRI) や PET (陽電子放出断層撮影) などの BOLD (血液酸素レベル依存性) 機能イメージング ツールの基礎を形成する CBF 変動を制御します 14。 15、16。 CBF と BBB の機能は睡眠によって調節されている 8,9,10,17,18 ため、周皮細胞が代謝産物のクリアランスや BBB の完全性の維持といった睡眠の機能を調節する際の睡眠の細胞標的の 1 つであるかどうか、また睡眠が中断されるかどうかを問うことは興味深いものです。喪失は周皮細胞に損傷を与え、脳の機能を損ないます。 これまでのところ、睡眠または概日リズムと周皮細胞との関連性は最小限の研究で示されています。 ある研究では、時計遺伝子 bmal1 (脳および筋肉の Arnt 様タンパク質 1) をノックアウトすると、周皮細胞の深刻な損失と BBB 透過性の重大な変化が引き起こされることが実証され 19、これは周皮細胞の健康における概日リズムの重要性を示唆しています。 最近の研究では、周皮細胞で bmal1 遺伝子を発現させると、3D 組織足場モデルにおける血管の成熟が促進されることが示されました 20。 他の研究では、ラットの急速眼球運動（REM）睡眠喪失が毛細血管壁からの周皮細胞の剥離を誘発することが示されました21。 本研究では、CSF血小板によってレム睡眠とノンレム睡眠の両方を奪うモデルを用いて、急性（ASD、1回、4時間）および反復睡眠剥奪（RSD、1日4時間、10日間連続）によって引き起こされる周皮細胞の損傷を徹底的に評価しています。由来成長因子受容体ベータ (PDGFRβ) 測定およびフローサイトメトリーに基づく周皮細胞定量法。 回復グループ（RSDR、RSD後3週間の回復）を含めて、SD誘発性周皮細胞の変化が可逆的であるかどうかを調べました（図1、フローチャート）。