讓失憶的大腦重新“做夢”！蘇黎世大學(xué)團隊揭示先導(dǎo)編輯β1腎上腺素受體恢復(fù)REM睡眠機制

阿爾茨海默病（AD）患者常伴有嚴(yán)重的睡眠障礙，尤其是快速眼動（REM）睡眠減少，這可能加劇認(rèn)知衰退。

基于此，2025年12月9日，蘇黎世大學(xué)Gerald Schwank研究團隊在Nature communications雜志發(fā)表了“Prime editing of the β1 adrenoceptor in the brain restores physiological REM sleep in a mouse model of Alzheimer’s disease”揭示了在阿爾茨海默病小鼠模型中，對腦內(nèi)β1腎上腺素受體進行先導(dǎo)編輯可恢復(fù)生理性快速眼動（REM）睡眠。

在這項研究中，作者利用先導(dǎo)編輯技術(shù)將一種與“短睡眠”相關(guān)的天然基因變異（Adrb1A187V）精準(zhǔn)引入小鼠大腦。六周后，該編輯在皮層效率最高達28.1%并增強了β1-腎上腺素能神經(jīng)元的興奮性。這使得小鼠更活躍，表現(xiàn)為活動量、運動能力、探索行為和識別記憶提升，同時非快速眼動（NREM）睡眠中的慢波活動（SWA）降低，說明清醒時積累的睡眠壓力減少。在阿爾茨海默病模型小鼠中，這一變異還能恢復(fù)正常的快速眼動（REM）并同樣降低NREM睡眠中的SWA。研究不僅證明了先導(dǎo)編輯可用于精準(zhǔn)重編程腦內(nèi)遺傳回路，也揭示了Adrb1A187V在促進清醒、優(yōu)化睡眠方面的潛在益處。

圖一 高效先導(dǎo)編輯Adrb1實現(xiàn)腦內(nèi)睡眠基因調(diào)控

為了在小鼠大腦中精準(zhǔn)引入一個與“短睡眠”相關(guān)的基因突變（Adrb1 A187V），研究人員先在細(xì)胞里測試多種先導(dǎo)編輯方案。一開始在普通小鼠肝細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中效率很低（不到2%），可能因為目標(biāo)DNA區(qū)域“太緊”，難以被編輯工具接觸。

于是他們換了個策略：把目標(biāo)基因片段插入到更容易操作的HEK293T細(xì)胞中，篩選出效果最好的編輯工具組合：一種叫epegRNA1的引導(dǎo)RNA，加上穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后效率更高。

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作者加入一種輔助的“切口向?qū)А保≒E3b），幫助完成編輯；對引導(dǎo)RNA稍作修改，在不影響蛋白功能的前提下，悄悄改變幾個“無關(guān)緊要”的堿基（沉默突變），讓細(xì)胞不再把它當(dāng)“錯誤”。

其中一種優(yōu)化版本（epegRNA1-SM3）效果最好，在不同細(xì)胞中編輯效率最高達44%，在神經(jīng)相關(guān)細(xì)胞中也達到11%以上。

圖二 高效神經(jīng)元特異性先導(dǎo)編輯實現(xiàn)腦內(nèi)睡眠基因調(diào)控

為在小鼠大腦中精準(zhǔn)編輯睡眠相關(guān)基因，研究人員將先導(dǎo)編輯器（PE）拆成兩部分，用兩個AAV-PHP.eB病毒遞送并優(yōu)化了載體設(shè)計以適應(yīng)AAV容量限制。

通過側(cè)腦室注射新生小鼠，5周后皮層中目標(biāo)基因（Adrb1）編輯效率達13%以上，6個月仍穩(wěn)定，副產(chǎn)物極少。編輯僅發(fā)生在神經(jīng)元中，其他器官無明顯脫靶。雖然細(xì)胞實驗中更優(yōu)的epegRNA1-SM3在體內(nèi)效率反而較低，但整體方案成功實現(xiàn)了高效、持久、神經(jīng)元特異的腦內(nèi)基因編輯，為研究睡眠等復(fù)雜行為提供了新工具。

圖三 引入Adrb1A187V變異體可調(diào)節(jié)運動和探索行為

除了睡眠時間縮短，攜帶家族性自然短睡眠（FNSS）突變的人通常還表現(xiàn)出更強的活動能力、探索欲和抗壓性。

為驗證這一表型是否可在小鼠中復(fù)現(xiàn)，作者通過AAV-PHP.eB在新生小鼠腦內(nèi)引入Adrb1A187V突變（與FNSS相關(guān)）。結(jié)果顯示，突變小鼠在家籠和曠場實驗中晝夜活動量顯著增加，移動距離更長、速度更快；在新環(huán)境中靠墻直立次數(shù)增多，且在明暗箱測試中更愿意停留在明亮區(qū)域，表明其探索驅(qū)動力增強，而非源于焦慮或強迫行為。此外，在新物體識別任務(wù)中，它們對新物體的關(guān)注和互動時間更長，提示識別記憶可能改善。

為排除編輯副產(chǎn)物或病毒毒性干擾，作者進一步驗證：插入缺失率極低（僅為靶向編輯效率的約1/16），行為變化與Adrb1A187V編輯效率顯著正相關(guān)，而與副產(chǎn)物無關(guān)；使用副產(chǎn)物更少的epegRNA1-SM3重復(fù)實驗仍得到一致結(jié)果；深度測序未發(fā)現(xiàn)脫靶編輯，免疫染色也未見神經(jīng)元損傷或膠質(zhì)激活。

綜上，Adrb1A187V突變本身足以驅(qū)動多維度的行為增強，真實模擬了人類FNSS的核心特征。

總結(jié)

本研究不僅揭示了Adrb1A187V突變通過增強去甲腎上腺素能神經(jīng)元活性，改善覺醒、探索行為和睡眠結(jié)構(gòu)，還在AD模型中展現(xiàn)出恢復(fù)生理性REM睡眠的潛力。更重要的是，成功建立了高效、神經(jīng)元特異的腦內(nèi)先導(dǎo)編輯平臺，為精準(zhǔn)解析和干預(yù)復(fù)雜神經(jīng)環(huán)路及相關(guān)疾病提供了新策略。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-65964-w

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