撰文丨十一月
健康人体中，睡眠与觉醒周期受到褪黑素昼夜分泌的严格控制，褪黑素分泌周期与地球昼夜周期同步。褪黑素的合成发生在松果体（Pineal gland）中，并且受到颈上神经节中（Superior cervical ganglia，SCG）交感神经元的调控。在颈上神经节中除了调控松果体的神经元，还有调节心脏的神经元。心脏病患者中经常会出现褪黑素水平降低以及睡眠-觉醒节律紊乱，但是这其中的机制尚不清楚。为此，德国慕尼黑工业大学Stefan Engelhardt研究组在Science发文题为Immune-mediated denervation of the pineal gland underlies sleep disturbance in cardiac disease，发现免疫介导的松果体去神经化导致心脏病患者睡眠紊乱。
松果体以及外周交感神经在节律调节中发挥着关键作用，慢性心脏病中交感神经损伤非常普遍，因此作者们猜想心脏病患者中神经元对松果体的调控作用可能受到损伤。为此，作者们对7名心脏病患者死后松果体以及健康对照进行了交感神经标记酶酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase）染色，发现心脏病患者中松果体组织轴突密度显著降低（图1）。
图1 心脏病患者松果体样本中轴突密度降低
为了对其中的机制进行研究，作者们在心脏病动物模型松果体功能进行检测。通过主动脉弓缩窄（Transverse aortic constriction，TAC）术，作者们在小鼠中引发病理性心肌肥厚以及心力衰竭。随后作者们发现血浆中褪黑素浓度显著降低，并且与对照相比节律发生了显著的变化。
之后，作者们想对交感神经元基因进行标记和轴突成像，因此作者们将多巴胺羟化酶Dbh-Cre小鼠与tdTomatoflox杂交，产生荧光标记的交感神经轴突小鼠。作者们发现慢性心脏病模型的小鼠松果体中交感神经轴突密度降低。心力衰竭小鼠模型中也会出现类似区神经的效果。另外，作者们发现无论是慢性心脏病患者还是小鼠模型中都出现颈上神经节体积增大的现象（图2）。颈上神经节体积可以作为心力衰竭的生物学成像标记。
图2 慢性心脏病患者颈上神经节体积增大
为了揭开颈上神经节中发生改变细胞学基础，作者们分别进行了单细胞以及单细胞核的RNA-seq，总共有20780个细胞通过了质量控制并且用于后续的计算分析。作者们发现颈上神经节内主要包括5种细胞类型，交感神经细胞、施旺细胞、成纤维细胞、内皮细胞以及免疫细胞（图3）。交感神经元中包含两个亚群，较小的亚群表达褪黑素受体Mtnr1a。另外，通过CD68巨噬细胞标记物，作者们发现慢性心脏疾病会引发巨噬细胞浸润增加以及颈上神经节中松果体分布神经元丢失。
图3 颈上神经节细胞组成
最后，作者们想知道松果体去神经化对褪黑素依赖的节律变化的影响。为此，作者们对颈上神经节定位的细胞间通讯进行转录组分析。在心脏疾病发生的早期阶段，巨噬细胞与松果体中交感神经元之间的细胞通讯受到的影响最为明显。通过注射巨噬细胞抑制剂氯膦酸盐会导致巨噬细胞显著减少，可以预防松果体去神经化以及功能损伤，松果体交感神经轴突密度增加、褪黑素水平也增加。
总的来说，作者们的工作发现慢行心脏病患者出现睡眠-觉醒节律的异常主要是因为松果体中去神经化，褪黑素水平发生异常。颈上神经节中作为松果体神经调节的核心，在慢性心脏疾病患者颈上神经节中出现巨噬细胞浸润增加从而导致松果体出现功能异常，局部抑制巨噬细胞则有助于恢复松果体功能。
http://doi.org/10.1126/science.abn6366
制版人：十一
参考文献
1. R. S. Edgar et al.,Nature485, 459–464 (2012).
2. J. C. Dunlap,Cell96, 271–290 (1999).
3. H. J. Lynch, R. J. Wurtman, M. A. Moskowitz, M. C. Archer, M. H. Ho,Science187, 169–171 (1975)