果蠅研究揭秘激活5HT1A受體或能緩解睡眠驅(qū)動力升高導(dǎo)致的癲癇加重
自古發(fā)現(xiàn)睡眠缺失加劇癲癇，本研究通過果蠅模型揭示核心機制在于睡眠驅(qū)動力升高（而非睡眠時長減少）：睡眠剝奪激活促眠神經(jīng)環(huán)路（如dFB），其過度活躍通過下調(diào)神經(jīng)元內(nèi)5HT1A受體增加全腦興奮性，直接提升癲癇易感性；光遺傳抑制該環(huán)路或使用FDA批準(zhǔn)的5HT1A激動劑均可抑制發(fā)作，證實靶向睡眠驅(qū)動力通路是干預(yù)新策略。
研究思路
為解析睡眠缺失加劇癲癇的機制，研究以果蠅模型為核心，首先提出假說——癲癇風(fēng)險由睡眠驅(qū)動力而非睡眠總量驅(qū)動。通過對比不同睡眠干預(yù)模式發(fā)現(xiàn)：僅當(dāng)睡眠限制升高睡眠驅(qū)動力時癲癇惡化；而光遺傳激活促眠環(huán)路（如dFB）在不改變睡眠時長的情況下仍加劇癲癇，反向驗證假說。進(jìn)而探究神經(jīng)機制：睡眠剝奪后促眠神經(jīng)元過度活躍伴隨全腦興奮性升高，光遺傳抑制該環(huán)路可降低驅(qū)動力并保護癲癇。在分子層面鎖定促眠神經(jīng)元中5HT1A受體下調(diào)為關(guān)鍵介質(zhì)，使用FDA批準(zhǔn)的5HT1A激動劑干預(yù)可有效緩解癲癇。最終整合結(jié)論：睡眠驅(qū)動力通過促眠環(huán)路過度活躍及5HT1A信號通路升高癲癇易感性，為抗癲癇治療提供新靶點。
研究內(nèi)容與結(jié)果：
1．睡眠限制會加重誘發(fā)的癲癇發(fā)作
通過多種方法限制果蠅睡眠（咖啡因處理、與短睡眠突變體雜交），發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪顯著加重兩種癲癇模型（tko25t 和 easpc80f）的發(fā)作嚴(yán)重性：發(fā)作總時長延長，強直-陣攣期持續(xù)時間增加，且咖啡因誘導(dǎo)的睡眠缺失導(dǎo)致癲癇果蠅死亡率上升。為驗證"睡眠增強是否緩解癲癇"，使用GABA_A受體激動劑加波沙朵（gaboxadol）雖增加睡眠時長，卻意外加重easpc80f突變體發(fā)作；而通過神經(jīng)元過表達(dá)促眠蛋白Nemuri則顯著增加睡眠并完全阻斷tko25t突變體發(fā)作。關(guān)鍵對照實驗表明：Nemuri蛋白本身缺失不影響睡眠或發(fā)作，證實其保護作用源于睡眠增強而非蛋白直接效應(yīng)。矛盾性結(jié)論揭示核心規(guī)律：加波沙朵與Nemuri雖均增加睡眠總量，但前者加劇癲癇而后者抑制癲癇，表明癲癇嚴(yán)重性并非由單純睡眠時長決定，而是受睡眠質(zhì)量或睡眠驅(qū)動力的調(diào)控。
圖1 睡眠缺失導(dǎo)致對撞擊敏感的tko25t和easpc80f突變果蠅誘發(fā)癲癇發(fā)作加重
2.視頻追蹤平臺的開發(fā)用于識別果蠅的自發(fā)性癲癇
研究發(fā)現(xiàn)，咖啡因誘導(dǎo)的睡眠缺失雖加劇easpc80f 突變果蠅的癲癇嚴(yán)重程度，卻減少了其后續(xù)誘發(fā)發(fā)作的可能性，結(jié)合撞擊敏感性癲癇在近期發(fā)作后存在不應(yīng)期的特性，推測睡眠剝奪期間可能存在未記錄的自發(fā)性癲癇。為驗證這一點，團隊開發(fā)了慢性視頻追蹤系統(tǒng)（CynthiSeize 算法）：將果蠅置于多孔板中，通過紅外攝像96 小時連續(xù)監(jiān)測，依據(jù)速度、加速度、像素變化閾值自動識別自發(fā)性癲癇，并經(jīng)多重驗證確認(rèn)其為癲癇（行為上符合強直 - 陣攣特征且野生型果蠅無此現(xiàn)象；神經(jīng)層面伴隨神經(jīng)元超同步激活；對經(jīng)典抗癲癇藥敏感；睡眠剝奪會加重發(fā)作，與哺乳動物及人類模型一致）。該系統(tǒng)證實，咖啡因?qū)е碌乃呷笔г黾恿?nbsp;tko25t 和 easpc80f 突變果蠅的自發(fā)性癲癇（頻率、持續(xù)時間上升），且發(fā)作更易在清醒時發(fā)生，與前 3 小時睡眠減少相關(guān)，致命性發(fā)作也與前 3 小時睡眠減少相關(guān)。此外，對野生型果蠅用印防己毒素誘導(dǎo)癲癇的研究顯示，發(fā)作致命性與清醒狀態(tài)及前 3 小時睡眠減少相關(guān)。這些結(jié)果證實果蠅癲癇模型存在自發(fā)性癲癇，且睡眠量和/或睡眠驅(qū)動力可能調(diào)節(jié)癲癇嚴(yán)重程度。
圖2 睡眠限制后果蠅表現(xiàn)出自發(fā)性癲癇發(fā)作
3.睡眠驅(qū)動力而非總睡眠時間調(diào)控癲癇發(fā)作
為區(qū)分睡眠歷史（實際睡眠量）與睡眠驅(qū)動力（睡眠需求）對癲癇的獨立影響，研究的核心設(shè)計是利用四種溫度遺傳學(xué)模型（TrpA1 激活特定神經(jīng)元）實現(xiàn)差異化睡眠剝奪：“睡眠反彈組”（c584>TrpA1 & 104906>TrpA1） 在 30℃激活神經(jīng)元導(dǎo)致睡眠減少，同時睡眠驅(qū)動力顯著升高（p (Doze) 指標(biāo)上升），癲癇發(fā)作加重，且溫度回調(diào)至 18°C 后雖出現(xiàn)睡眠穩(wěn)態(tài)反彈但癲癇仍惡化；“無睡眠反彈組”（Tdc2>TrpA1 & c453>TrpA1） 雖有同等睡眠減少，但睡眠驅(qū)動力無變化，癲癇發(fā)作未加重，溫度回調(diào)后也無睡眠反彈；自然情境驗證顯示，饑餓誘導(dǎo)的睡眠剝奪（不升高睡眠驅(qū)動力）不會導(dǎo)致癲癇顯著惡化。核心發(fā)現(xiàn)為：睡眠剝奪加重癲癇的唯一決定因素是睡眠驅(qū)動力升高（而非睡眠時間減少）—— 當(dāng)且僅當(dāng)干預(yù)激活睡眠穩(wěn)態(tài)壓力（如 c584>TrpA1）時癲癇易感性增加，由此確立睡眠驅(qū)動力為關(guān)鍵調(diào)控靶點。
圖3 與睡眠驅(qū)動力升高相關(guān)的睡眠缺失會加重癲癇發(fā)作
4.促眠環(huán)路調(diào)控癲癇發(fā)作
該研究旨在驗證睡眠驅(qū)動力是否獨立于睡眠量直接影響癲癇發(fā)作嚴(yán)重程度。
實驗以tko25t 果蠅為模型，在 12 種參與睡眠 / 清醒調(diào)控的細(xì)胞群或環(huán)路中表達(dá)溫度敏感蛋白 TrpA1。果蠅飼養(yǎng)于 18°C 以減少 TrpA1 激活，實驗時置于 25°C 激活該蛋白（此溫度不直接影響果蠅驚厥）。僅對目標(biāo)細(xì)胞群 / 環(huán)路進(jìn)行 4 分鐘急性激活（因睡眠定義為至少 5 分鐘不動，故總睡眠量不變），以排除睡眠量干擾。結(jié)果顯示：激活背扇形體（dFB）、蘑菇體（MB）、腦間部（PI）等促眠腦區(qū)的相關(guān)環(huán)路，會延長驚厥的強直 / 陣攣期；激活橢球體（EB）這一促眠區(qū)域，增加總驚厥時間。此外，急性激活 trh 表達(dá)的血清素能神經(jīng)元會加重發(fā)作，而激活部分促醒環(huán)路無保護作用。所有被激活的細(xì)胞群均不延長恢復(fù)時間，提示其他腦區(qū)可能參與驚厥后恢復(fù)調(diào)控。
圖4 Gal4 篩選揭示促眠環(huán)路的激活會加重癲癇發(fā)作
5.睡眠缺失增加促眠環(huán)路的活性
研究旨在探究促眠環(huán)路活動是否會改變其他腦區(qū)活動（基于此前溫度遺傳學(xué)研究提示其與癲癇發(fā)作嚴(yán)重程度相關(guān)）。實驗通過全神經(jīng)元表達(dá)UAS-CaLexA（基因編碼的熒光鈣指示劑，作為腦活動替代指標(biāo)），研究睡眠缺失對全腦活動的影響：讓果蠅攝入咖啡因 48 小時以限制睡眠后，檢測發(fā)現(xiàn)促眠腦區(qū)（如 dFB、EB、MB）細(xì)胞內(nèi)鈣水平升高，且全腦范圍細(xì)胞內(nèi)鈣水平均升高，提示睡眠缺失可能增加全腦活動。補充驗證顯示，這種效應(yīng)并非咖啡因特有，機械性睡眠剝奪、一天結(jié)束時（ZT12）的高睡眠壓力，也會使促眠腦區(qū)鈣水平升高。由于廣泛神經(jīng)過度活動易誘發(fā)癲癇，且此前觀察到促眠神經(jīng)元過度激活會增加電活動，研究進(jìn)而探究促眠環(huán)路活動是否廣泛調(diào)節(jié)癲癇風(fēng)險。
圖5 睡眠限制后全腦活動增強（包括促眠環(huán)路）
6.編碼嗜睡的環(huán)路可調(diào)節(jié)癲癇發(fā)作
研究探究了激活或抑制促眠環(huán)路對自發(fā)性癲癇的影響。激活實驗中，通過特定驅(qū)動子表達(dá)光敏感蛋白csChrimson，結(jié)合紅光刺激及咖啡因處理：咖啡因使對照組癲癇更頻繁嚴(yán)重；持續(xù)激活促眠細(xì)胞會增加睡眠，但未加重癲癇（可能因果蠅可通過多睡消散睡眠驅(qū)動力）；同時激活促眠細(xì)胞并給予咖啡因，果蠅無法消散睡意，癲癇情況與僅咖啡因處理的對照組相似；且促眠區(qū)異常過度激活時，即便總睡眠增加仍會誘發(fā)癲癇（包括致命性）。抑制實驗中，通過相同驅(qū)動子表達(dá)抑制性光敏感蛋白GtACR1：咖啡因處理的對照組睡眠減少、癲癇增加；抑制促眠區(qū)同時給予咖啡因，睡眠減少但癲癇減輕；單純抑制促眠細(xì)胞也會減少睡眠和癲癇（類似 “無睡眠反彈組” 和饑餓的效果，推測與睡眠驅(qū)動力降低相關(guān)）。這些光遺傳學(xué)實驗表明，睡眠驅(qū)動力對癲癇風(fēng)險的影響可與睡眠量的影響分離。
圖6 促眠環(huán)路的抑制在睡眠缺失情況下對癲癇發(fā)作有保護作用
7.5HT1A 的缺失介導(dǎo)癲癇發(fā)作加重
研究旨在探究促眠環(huán)路過度活躍增加癲癇負(fù)擔(dān)的機制，及相關(guān)干預(yù)效果。通過對睡眠剝奪前后的dFB 進(jìn)行 RNA 測序，發(fā)現(xiàn)僅 5HT1A（一種抑制性 G 蛋白偶聯(lián)受體）轉(zhuǎn)錄本顯著下調(diào)，推測其下調(diào)會減少抑制信號，增強 dFB 活性和睡眠壓力 。實驗驗證顯示：給對照組果蠅5HT1A 激動劑 8-OH-DPAT，睡眠減少但癲癇頻率降低（可能因 5HT1A 抑制促眠細(xì)胞，減少睡眠量和驅(qū)動力）；在促眠細(xì)胞中RNAi 敲低 5HT1A，睡眠增加（與測序結(jié)果一致，睡眠剝奪使 5HT1A 減少，增強 dFB 活性），且癲癇風(fēng)險降低（或因睡眠驅(qū)動力消散）；給敲低5HT1A 的果蠅 8-OH-DPAT，減少睡眠的效果減弱，說明激動劑主要通過促眠細(xì)胞起作用。進(jìn)一步測試 FDA 批準(zhǔn)的 5HT1A 部分激動劑丁螺環(huán)酮（buspirone，有失眠副作用）：其減少野生型果蠅基線睡眠（類似8-OH-DPAT），與咖啡因聯(lián)用時不影響咖啡因?qū)е碌乃邷p少，但降低癲癇風(fēng)險，可逆轉(zhuǎn)睡眠限制引發(fā)的癲癇負(fù)擔(dān)增加 。5HT1A 介導(dǎo)的抑制信號缺失促進(jìn)睡眠，激活 5HT1A（包括丁螺環(huán)酮）可降低睡眠壓力和癲癇風(fēng)險。
圖7 睡眠缺失后 5HT1A 下調(diào)且這一現(xiàn)象具有促眠作用
圖8 通過FDA批準(zhǔn)的藥物丁螺環(huán)酮增強5HT1A活性，可預(yù)防由睡眠缺失誘發(fā)的癲癇發(fā)作
研究結(jié)論：
本研究表明，睡眠缺失后癲癇加重的主要原因是睡眠驅(qū)動力升高而非睡眠量減少，且睡眠驅(qū)動力對癲癇負(fù)擔(dān)的影響遠(yuǎn)大于睡眠量，減少睡眠驅(qū)動力比單純增加睡眠量更能降低癲癇風(fēng)險。睡眠壓力升高會導(dǎo)致促眠腦區(qū)及全腦活動增加，使神經(jīng)元興奮性普遍升高，進(jìn)而提高癲癇易感性。睡眠限制后，背扇形體中5HT1A（一種抑制性受體）表達(dá)下調(diào)，其缺失會增強促眠中心活動；而激活 5HT1A（如使用 8-OH-DPAT）可減少睡眠和癲癇負(fù)擔(dān)，F(xiàn)DA 批準(zhǔn)的 5HT1A 部分激動劑丁螺環(huán)酮能逆轉(zhuǎn)睡眠限制導(dǎo)致的癲癇加重，凸顯 5HT 受體特異性的重要性。這提示，靶向嗜睡對癲癇的影響可能為難治性癲癇提供新的臨床管理思路，血清素能藥物在改善睡眠相關(guān)癲癇方面有潛力。
參考文獻(xiàn)：Cuddapah VA, Hsu CT, Valle Sirias F, et al. Sleep drive, not total sleep amount, increases seizure risk. Nat Commun. 2025;16(1):6967. Published 2025 Jul 29. doi:10.1038/s41467-025-62311-x IF: 15.7 Q1
創(chuàng)作聲明：本文是在原英文文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行解讀，存在觀點偏向性，僅作分享，請參考原文深入學(xué)習(xí)。
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