Влияние повторного лишения сна на перициты головного мозга у мышей

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12760 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Повреждающее воздействие депривации сна (СД) на паренхиму головного мозга широко изучено. Однако специфическое влияние СД на перициты головного мозга, основной компонент гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и сосудисто-нервной единицы (НВУ), до сих пор неясно. В настоящем исследовании изучалось, как острое или повторяющееся СД повреждает перициты головного мозга путем измерения уровней в спинномозговой жидкости (СМЖ) растворимого рецептора бета-фактора роста тромбоцитов (sPDGFRβ) и количественного определения плотности перицитов в коре головного мозга, гиппокампе и подкорковой области PDGFRβ-. Мыши P2A-CreERT2/tdTomato, которые преимущественно экспрессируют репортер tdTomato в сосудистых перицитах. Наши результаты показали, что однократное 4-часовое SD существенно не изменило уровень sPDGFRβ в спинномозговой жидкости. Напротив, повторяющееся СД (4 часа в день в течение 10 дней подряд) значительно повышало уровень sPDGFRβ в спинномозговой жидкости, что указывает на явное повреждение перицитов из-за повторного СД. Кроме того, повторное СД значительно уменьшало плотность перицитов в коре головного мозга и гиппокампе, хотя статус апоптоза перицитов оставался неизменным, как было измерено с помощью анализа сродства к аннексину V и активного окрашивания каспазы-3. Эти результаты позволяют предположить, что повторяющееся СД вызывает повреждение и потерю перицитов головного мозга неапоптозными путями. Эти изменения в перицитах могут способствовать развитию дисфункций ГЭБ и НВУ, вызванных СД. Обратимость этого процесса означает, что улучшение сна может оказывать защитное действие на перициты головного мозга.

Сон регулирует проницаемость гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и способствует выведению метаболитов1,2,3. Например, клиренс бета-амилоида (Aβ) более эффективен во время сна, чем во время бодрствования4. И наоборот, потеря сна или длительное бодрствование ухудшают функцию ГЭБ и становятся фактором риска накопления Aβ при болезни Альцгеймера5,6,7. Недавние данные также показывают, что сон, особенно медленный сон (SWS) или сон с медленным движением глаз (NREM), управляет колебаниями мозгового кровотока (CBF) и спинномозговой жидкости (CSF) для клиренса метаболитов8,9. Однако точный клеточный механизм, опосредующий влияние сна на ГЭБ и другие нейроваскулярные явления, до сих пор неясен. Другими словами, мост, соединяющий характерные нейрональные и сосудистые колебания во время СВС, остается неизвестным.

Клетки мозговой оболочки включают перициты и гладкомышечные клетки сосудов (vSMC). Перициты являются важнейшим компонентом нейроваскулярной единицы (НВУ) и ГЭБ, которые играют жизненно важную роль в регуляции CBF, поддержании целостности ГЭБ, высвобождении нейротрофических факторов и других, еще не изученных функциях10,11,12,13. Сужение и расширение перицитов контролируют колебания CBF, что лежит в основе BOLD (зависимых от уровня кислорода в крови) инструментов функциональной визуализации, таких как функциональная МРТ (фМРТ) и ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография), для прогнозирования изменений активности нейронов14, 15,16. Поскольку функции CBF и ГЭБ регулируются сном8,9,10,17,18, интересно задаться вопросом, являются ли перициты одной из клеточных мишеней сна при реализации его функций, таких как выведение метаболитов и поддержание целостности ГЭБ, и является ли нарушение сна/ потеря ухудшает функции мозга из-за повреждения перицитов. До сих пор минимальные исследования связывали сон или циркадный ритм с перицитами. Одно исследование продемонстрировало, что нокаут часового гена bmal1 (мозговой и мышечный Arnt-подобный белок-1) вызывает серьезную потерю перицитов и глубокие изменения проницаемости ГЭБ19, что подразумевает важность циркадного ритма для здоровья перицитов. Недавнее исследование показало, что экспрессия гена bmal1 в перицитах способствует созреванию сосудов в трехмерной модели тканевого каркаса20. Другое исследование показало, что потеря сна с быстрым движением глаз (БДГ) у крыс вызывает отслоение перицитов от стенок капилляров21. В настоящем исследовании тщательно оценивается повреждение перицитов, вызванное острым (ASD, однократно, 4 часа) и повторным лишением сна (RSD, 4 часа в день в течение 10 дней подряд) с помощью модели, которая лишает как быстрого, так и медленного сна тромбоцитами спинномозговой жидкости. Измерение бета-рецептора фактора роста (PDGFRβ) и метод количественного определения перицитов на основе проточной цитометрии. Группа восстановления (RSDR, восстановление через 3 недели после RSD) была включена для проверки того, были ли изменения перицитов, вызванные SD, обратимыми (рис. 1, блок-схема).