慢波睡眠的激素與細胞因子調節(jié)

1、    慢波睡眠的激素與細胞因子調節(jié)        摘要慢波睡眠(SWS)是最重要的睡眠成分。近年來的研究揭示：腹外側視前區(qū)-結節(jié)乳頭核(VLPO-TMN)可能是睡眠-覺醒的中樞發(fā)生部位?；浊澳X吻端前列腺素D2（PGD2）敏感性睡眠促進區(qū)(PGD2-SPZ)參與睡眠的調控。PGD2延長SWS；前列腺素E2（PGE2）延長覺醒，抑制SWS和快動眼睡眠(REMS)。SWS與下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸的活動呈負相關，與生長激素的分泌呈正相關。褪黑素(melatonin)對SWS的

2、影響與其降低體溫的效應有關。白細胞介素1(IL-1）促進SWS的作用可能通過PGD2介導。5-HT參與腫瘤壞死因子延長SWS的作用。睡眠-覺醒機制的研究進展提示，開發(fā)新型選擇性延長SWS的藥物，可以從以下幾方面入手：PGD2激動劑；免疫增強劑或免疫調節(jié)劑；影響5-HT系統(tǒng)的藥物；褪黑素及生長激素等睡眠的生理性調節(jié)物質等。關鍵詞慢波睡眠；前列腺素D2；前列腺素E2；激素；細胞因子學科分類號Regulation of SWS by Hormones and CytokinesLI Li-Hua,KU Bao-Shan(Department of Pharmacology,Beijing Medic

3、al University,Beijing 100083)AbstractSWS is the most important component of sleep.(1) VLPO-TMN seems to generate sleep and wakefulness.The rostral basal forebrain,which was defined as PGD2-SPZ,may be involved in regulation of sleep.(2) PGD2 promotes sleep,especially SWS,while PGE2 prolongs wakefulne

4、ss and depresses both SWS and REMS.(3) During SWS the activation of hypothalamus-pituitary-adrenocortic axis is inhibited,while the release of growth hormone is accelerated.The soporific effects of melatonin may be attributed to its hypothermic effects.(4) Interleukin-1 prolongs sleep,especially SWS

5、,which seems to be mediated by PGD2.Tumor necrosis factor (TFN) may promote SWS through 5-HT and its receptor.Therefore,the development of new hypnotics,which selectively prolong SWS,might follow the following ways: PGD2 and chemicals which act like PGD2; immuno-regulators; substances with effects o

6、n 5-HT receptors; hormone,such as melatonin and growth hormone,which play roles in the physiological regulation on sleep-wakefulness.Key wordsSlow wave sleep; PGD2; PGE2; Hormone; Cytokine1992年作者曾提出“慢波睡眠（slow wave sleep,SWS）是最重要的睡眠成分，尋找增加SWS的藥物是催眠藥物開發(fā)的重要內容”的構想1。當時提出這一構想的基本根椐是：SWS是大腦皮層睡眠；剝奪睡眠兩天后，恢復睡眠

7、的第一夜主要是SWS反跳，可達這一夜全部睡眠量的50（成年人正常約為20左右）； 正常短睡眠（45小時/晝夜）者，與普通睡眠（79小時/晝夜）者相比，SWS的百分比明顯要高（前者50以上，后者15%20%），絕對時間也較長；SWS期間生長激素分泌達到峰值；某些嚴重的神經(jīng)、精神疾患如焦慮、抑郁、老年性癡呆等均有SWS的減少或消失。在提出以上構想的當時，有關增加SWS物質的報道尚不多。此后我們一直密切注意著這一領域的動態(tài)，現(xiàn)將近年來一些有意義的進展追蹤報道如下。一、睡眠-覺醒的中樞調節(jié)機構結節(jié)乳頭核（tuberomammillary nucleus，TMN）的組胺能神經(jīng)元發(fā)出軸索構成組胺能上行覺醒

8、系統(tǒng)，在覺醒期間保持緊張性活動，SWS期間活動減少，REMS期間停止放電。反之，腹外側視前區(qū)（ventrolateral preoptic，VLPO）神經(jīng)元在清醒時放電頻率較低，在REMS和非快動眼睡眠（NREMS）時增至兩倍。已知VLPO神經(jīng)元對TMN存在著GABA能神經(jīng)支配2。睡眠期間下丘腦后部的-氨基丁酸（GABA）含量增加；電刺激VLPO可引發(fā)GABAA受體中介的TMN神經(jīng)元抑制；GABA可使TMN神經(jīng)元超極化和放電頻率減少；向TMN內注入GABA激動劑可使視前區(qū)毀損的動物恢復睡眠。以上研究揭示，VLPO(GABA能神經(jīng)元)-TMN(組胺能神經(jīng)元)調控著睡眠-覺醒過程?；浊澳X吻端被稱

9、為“PGD2敏感性睡眠促進區(qū)（PGD2-sensitive sleep-promoting zone，PGD2-SPZ）”。在此區(qū)的蛛網(wǎng)膜下腔內灌注PGD2后，NREMS增加，同時VLPO有強烈的Fos表達，其強度與動物處死前的睡眠量呈正相關，而TMN的Fos表達強度則與睡眠量呈負相關3。由此可見，基底前腦(PGD2受體介導的神經(jīng)元) 與VLPO-TMN有聯(lián)系，也參與睡眠-覺醒的調節(jié)。至于不同的睡眠時相，如SWS期或REMS期，上述中樞核團或腦區(qū)之間Fos表達的差異尚未見報道。PGD2受體的mRNA廣泛分布于軟腦膜，未見于腦實質內。PGD2灌流下丘腦后部并未促進睡眠，提示PGD2未直接抑制TM

10、N覺醒神經(jīng)元的活動。向大鼠PGD2-SPZ內灌注PGD2，下丘腦處的軟腦膜Fos表達最為強烈。那么，從PGD2激動軟腦膜上的受體到VLPO神經(jīng)元活動增強之間的信號轉導又是怎樣的呢？Satoh等4將選擇性腺苷A2a受體激動劑CGS21680注入PGD2-SPZ的蛛網(wǎng)膜下腔，SWS和REMS呈劑量依賴性增加。預先給予腺苷A2受體拮抗劑KF17837，可取消CGS21680的效應，也可取消向此區(qū)的蛛網(wǎng)膜下腔內注入PGD2誘發(fā)SWS的效應。提示腺苷A2受體可能中介了軟腦膜PGD2受體與VLPO-TMN之間的信號轉導。與PGD2促進睡眠相反，PGE2則參與覺醒。哺乳動物下丘腦可產(chǎn)生PGE2。向大鼠腦室內

11、或下丘腦注入PGE2可明顯延長覺醒，抑制SWS和REMS。室旁核（paraventricular nucleus,PVN）和下丘腦腹內側（ventromedial hypothalamus,VMH）可能參與睡眠-覺醒的調控。用放免分析方法測量PVN和VMN之間腦區(qū)的微透析液中的PGE2，發(fā)現(xiàn)清醒時含量最高，REMS時次之，SWS期間PGE2含量最低5。二、激素與睡眠調節(jié)夜間激素分泌與睡眠之間存在相關性。夜間睡眠的早期SWS占優(yōu)勢，此期也是一天當中下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸（hypothalamus-pituitary-adrenocortic axis,HPA軸）分泌活動顯著受抑，體內促皮質激

12、素（ACTH）和考的松濃度最低的時期。睡眠早期特別是SWS期間，垂體-腎上腺應答受到抑制，確切原因還不清楚，可能是其它激素抑制了促腎上腺皮質激素釋放激素（CRF）的分泌，或下丘腦分泌了某種未知的ACTH抑制因子。夜間睡眠的后半期是REMS占優(yōu)勢的時期，也是一天之中HPA分泌活動最活躍的時期。生長激素釋放激素（GHRH）與CRF之間的平衡，在生理和病理性睡眠調節(jié)中發(fā)揮重要作用。GHRH增加健康青年人的SWS，促進生長激素的釋放，抑制考的松的釋放；CRF的作用則相反。向大鼠腦室內注入CRF可劑量依賴性地縮短NREMS和REMS，延長覺醒。將IL-1與CRF先后（間隔10分鐘）注入腦室內，CRF可取

13、消IL-1延長NREMS和縮短REMS的效應，提示IL-1刺激產(chǎn)生的CRF可能作為一種負反饋機制，抑制IL-1的中樞及外周效應6。褪黑素（melatonin）是松果體分泌的光信號激素，在調節(jié)動物的晝夜節(jié)律和季節(jié)節(jié)律以及機體睡眠-覺醒節(jié)律方面發(fā)揮重要的作用。正常情況下,體溫與睡眠按同步節(jié)律變化，睡眠期間體溫下降，覺醒后體溫開始緩慢回升，活動狀態(tài)時達最高值。正常狀態(tài)下,人體日間褪黑素水平低于檢測限。日間應用褪黑素可使體溫降低0.30.4。夜間給予明亮光線刺激可抑制褪黑素的分泌，使體溫升高，繼而給予外源性褪黑素，可逆轉上述體溫的變化7。夜間給予可抑制褪黑素分泌的強度的光線，可致夜間睡眠量減少。外源性

14、褪黑素對動物和人均具有快速催眠作用8。以上研究結果提示，內源性褪黑素可能通過降低體溫參與正常睡眠的維持。Van Den Heuvel 等9發(fā)現(xiàn)夜間（1900）給予腎上腺素受體阻斷劑阿替洛爾，可使青年受試者尿中褪黑素代謝產(chǎn)物6s-aMT顯著減少，體溫升高，總的覺醒時間延長，入睡困難，睡眠之間覺醒次數(shù)增加，REMS和SWS均縮短；給予褪黑素能逆轉以上效應，使之恢復到對照水平。阿替洛爾引起的青年受試者睡眠結構和質量的變化非常類似于老年人的睡眠障礙。早在1986年已證實與年齡有關的褪黑素量的下降，與夜間體溫偏高之間存在相關性。褪黑素的年齡相關性下降可能是老年人睡眠質量下降，睡眠障礙增多的原因之一。適當

15、利用褪黑素，可以改善老年人及經(jīng)常面臨時差變化或晝夜交替工作的人的睡眠質量。三、細胞因子IL-1、TNF對睡眠-覺醒的影響（一）IL-1對睡眠-覺醒的影響微生物感染、組織損傷等會導致機體代謝、免疫、內分泌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)進入應激狀態(tài)，表現(xiàn)出發(fā)熱、免疫功能增強、嗜睡等現(xiàn)象。IL-1作為一種具有多種生物學功能的細胞因子，在炎癥反應、免疫反應中發(fā)揮著重要的作用，是神經(jīng)-內分泌-免疫三大系統(tǒng)的共同語言信號。體內巨噬細胞是IL-1的主要來源，還有其它多種細胞也可以產(chǎn)生IL-1，如神經(jīng)膠質細胞等。本研究室發(fā)現(xiàn)，許多免疫增強劑及免疫調節(jié)劑具有調節(jié)睡眠時相，改善睡眠質量的作用。異丙肌苷、轉移因子、胞壁酰二肽等免疫

16、增強劑在使腦內IL-1、腫瘤壞死因子(TNF)分泌增加的同時，也延長了家兔的睡眠時間10；應用免疫抑制劑環(huán)磷酰胺降低家兔免疫功能的同時，可明顯抑制SWS。IL-1的產(chǎn)量與睡眠有關，在SWS期間活性達峰值，在睡眠剝奪期間產(chǎn)量增多11。外源性IL-1可在兔、大鼠、貓、猴等動物誘發(fā)睡眠，尤其是SWS12。IL-1受體拮抗劑或抗IL-1抗體在抑制內源性IL-1活性的同時，可抑制兔的自發(fā)睡眠，還可抑制睡眠剝奪后“反跳現(xiàn)象”的出現(xiàn)13，14。IL-1與PGs有許多共同的生物學效應，如誘導發(fā)熱和厭食，激活交感神經(jīng)系統(tǒng)和下丘腦-垂體-腎上腺系統(tǒng)。IL-1灌流PGD2-SPZ的蛛網(wǎng)膜下腔時SWS顯著增加，這種效

17、應可被同時灌流的非選擇性環(huán)氧酶（cyclooxygenase，COX）抑制劑雙氯芬酸(diclofenac)阻斷，或被預先給予的選擇性COX-2抑制劑吡羅夕康(piroxicam)阻斷15，提示IL-1促進SWS的作用可能是通過PGD2介導的。值得一提的是，IL-1影響睡眠的作用部位（PGD2-SPZ），與其引起發(fā)熱和厭食癥的作用部位是分離的（后者在鄰近第三腦室的區(qū)域內）。（二）TNF及5-HT對睡眠-覺醒的影響TNF參與炎癥反應及免疫反應。巨噬細胞、淋巴細胞以及中樞的星形膠質細胞均可產(chǎn)生TNF。我們以前的研究已證實，TNF經(jīng)靜脈注射或腦室內注入均可延長家兔睡眠時間，其中以SWS為主。TNF促

18、進大鼠、小鼠腦內5-HT的合成，提高5-HT及其代謝產(chǎn)物5-HIAA的含量，這可能是它促進SWS的機制16。5-HT參與多種生理功能的調節(jié)，如體溫調節(jié)、情緒活動、痛覺等，對睡眠-覺醒的調節(jié)作用已被多項研究證實。中縫核是5-HT神經(jīng)元密集的核團，電損毀中縫核可導致動物失眠，給予此區(qū)適當?shù)碾姶碳た墒骨逍褎游锪⒖踢M入睡眠狀態(tài)。應用PCPA阻斷腦內5-HT的合成，可導致失眠?？诜?-HT前體5-HTP后，腦內5-HT含量增加，促進睡眠。5-HT通過不同的受體亞型發(fā)揮對睡眠的調節(jié)作用。我室對大鼠的研究（藥理學通報待發(fā)表）發(fā)現(xiàn)，5-HT1A受體激動劑8-OH-DPAT小劑量時（0.01mg/kg,s.c.

19、）減少覺醒，延長NREMS(包括SWS)；大劑量（0.375mg/kg）時使覺醒時間延長，NREMS（包括SWS）和REMS均縮短。這個結果與國外報道一致。我們還發(fā)現(xiàn)，選擇性5-HT2受體拮抗劑利坦色林(ratanserin)（0.63mgkg i.p.）不影響覺醒及淺睡眠，而是特異性地增加SWS并減少REMS。腦室內注入5,7-DHT，選擇性地毀損突觸前5-HT1A自身受體（somatodendritic autoreceptor），可抑制小劑量8-OH-DPAT延長SWS和縮短覺醒時間的效應，對大劑量8-OH-DPAT縮短SWS和延長覺醒的作用則無明顯影響。一般認為小劑量時8-OH-DPA

20、T 選擇性激動了突觸前5-HT1A自身受體，通過自身調節(jié)抑制突觸的神經(jīng)傳導17，大劑量時則激動突觸后受體。5-HT1A受體部分激動劑丁螺環(huán)酮(buspirone)和吉吡隆(gepirone)皮下注射使大鼠覺醒時間延長，各睡眠成分均縮短。 5,7-DHT未能影響它們對于睡眠-覺醒的效應，提示這兩種藥物可能是激動了突觸后的5-HT1A受體。腎上腺素受體拮抗劑pindolol可阻斷突觸前后的5-HT1A1B受體，有效地拮抗丁螺環(huán)酮和吉吡隆延長覺醒時間、縮短NREMS的作用，對兩藥縮短REMS的作用則無影響18。選擇性5-HT3受體激動劑m-chorophenylbiguanide注入大鼠側腦室后，增

21、加覺醒時間，縮短REMS和SWS，多巴胺D1和D2受體拮抗劑可抑制這種效應。5-HT各受體亞型對睡眠-覺醒的影響可總結如下：激動突觸前5-HT1A自身受體可延長NREMS(包括SWS)，減少覺醒，對REMS無明顯影響；激動突觸后5-HT1A受體可抑制睡眠（包括REMS和SWS），促進覺醒；拮抗5-HT2受體可促進SWS，抑制REMS；激動5-HT3受體可減少REMS和SWS，促進覺醒。以上研究提示SWS與REMS通過不同途徑（5-HT受體亞型）分別受到復雜而精細的調控。我們發(fā)現(xiàn)聯(lián)合給予小劑量5-HT1A自身受體激動劑8-OH-DPAT（0.01mg/kg s.c.）和5-HT2A受體拮抗劑利坦

22、色林（0.63mgkg i.p.）顯示出協(xié)同效應，覺醒和REMS顯著減少，SWS和淺睡眠的比例顯著增加（藥理學通報，待發(fā)表）。四、催眠藥物開發(fā)的切入點臨床上常用的鎮(zhèn)靜催眠藥物或多或少均縮短SWS和REMS，延長淺睡眠。這些藥物雖然延長了總的睡眠時間，卻損害了兩種最重要的睡眠成分SWS和REMS(后者保持固定的比例最為重要1），并未真正改善睡眠質量，從而不可避免會出現(xiàn)頭暈、乏力、困倦、注意力不集中，甚至暫時性健忘(如安定類)和宿醉現(xiàn)象(如長效巴比妥類)。突然停藥時會出現(xiàn)REMS的反跳現(xiàn)象，如焦慮不安、失眠、多夢、惡夢等。根據(jù)以上研究進展，開發(fā)選擇性延長SWS的催眠藥物，也許以下幾個方面可以做為切

23、入點：（一）PGD2激動劑包括PGD2前體物質、能夠促進PGD2產(chǎn)生的物質和可能影響COX活性的物質。（二）免疫增強劑或免疫調節(jié)劑許多藥物，特別是具有扶正固本作用的中藥，具有不同程度的免疫增強和調節(jié)作用，其中有些藥物成分臨床已經(jīng)證實可改善睡眠。（三）影響5-HT系統(tǒng)的藥物不同5-HT受體亞型的選擇性激動或拮抗，對睡眠各成分產(chǎn)生復雜的影響。目前已合成多種選擇性作用于不同亞型的化學物質，從中篩選可延長SWS的物質進行定向研究將是一條重要途徑。（四）褪黑素、生長激素等參與睡眠調節(jié)的物質這些生理性物質參與睡眠及其它生理過程，外源性給予尤其適用于那些因此類物質匱乏而引起的睡眠障礙。李利華(北京醫(yī)科大學藥

24、理學系，北京100083)庫寶善(北京醫(yī)科大學藥理學系，北京100083)參考文獻1，庫寶善.催眠藥物開發(fā)新構想.生理科學進展，1992，231071092，Sherin JE,Shiromani PJ,McCarley RW，et al.Activation of ventrolateral preoptic neurons during sleep.Science,1996,2712162193，Scammell T,Gerashchenko D,Urade Y,et al.Activation of ventrolateral preoptic neurons by the somnog

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