一、慢波睡眠（SWS）的药理学研究
1.增加慢波睡眠药物开发构想 睡眠是一种最基本的生理行为，也是保障身心健康的最重要条件，睡眠障碍是常见的疾病和多种疾病伴随症状。睡眠有三种主要组成：浅睡眠、深睡眠又叫慢性睡眠（Slow wave sleep, SWS）和快眼动睡眠（Rapid eye movement sleep, REM sleep）。研究有关文献发现下述重要现象：REM睡眠在脑发育成熟后在睡眠中所占比例比较固定（20%左右），具有不可压缩性，人为减少后（催眠药或剥夺睡眠）会引起强烈"反跳"，其功能与大脑白天获得信息的处理、学习记忆、躯体休息性功能发育有关。SWS是大脑皮层睡眠（高幅慢波），期间生长激素分泌达最高峰；正常短睡眠者（4-5小时）和普通人（8小时）最大区别在于前者SWS所占比例明显增加（前者40%后者20%左右）；如果剥夺正常青年人三天睡眠，恢复自由睡眠后的第一夜主要是SWS"反跳"，第二夜则主要是REM睡眠"反跳"，浅睡眠总量增加并不明显；某些重症神经精神疾病如早老性痴呆、重症焦虑和抑郁症，SWS明显减少甚至完全消失。浅睡眠的重要性则远不及SWS和REM睡眠。
镇静催眠药和抗焦虑药是应用最多的药物，作用特点在于使失眠者入睡快，浅睡眠时间明显延长，中间不易醒，但都（95%以上）程度不同地缩短了SWS和REM睡眠。据此，作者于1991年率先提出"催眠药物开发新构想"，即主张开发选择性增加SWS，同时能够保证REM睡眠正常比例的药物，因为这种催眠药物可以更有效地改善睡眠，并且有可能辅助治疗焦虑症、抑郁症和老年痴呆。此构想发表在1992年的生理科学进展。
2.近十年来SWS研究进展 自提出"催眠药开发新构想"后，十分关注SWS研究动态。首先有两个药物，丁螺环酮（Buspirone）(5-HT1A受体部分激动剂)和利坦色林（Ritanserin）(选择性5-HT2受体拮抗剂)，可以增加SWS，临床上用来治疗抑郁症和焦虑症。Sherin联合应用逆向示踪剂霍乱毒素B和Fos免疫组化技术，证明腹外侧视前区（VLPO）对结节乳头核（TMN）通过GABA能神经起抑制作用，而TMN参与上行觉醒系统。Scammell等在基底前脑吻端的蛛网膜下腔内灌注前列腺素D2(PGD2)后，SWS睡眠明显增加，同时VLPO有强烈Fos表达。那么，从pGD2激动软脑膜上的受体到VLPO神经元活动增强之间信号传导是怎样的呢？Satoh等以选择性腺苷A2受体激动剂CGS21680，和拮抗剂KF17837为工具研究证实，PGD2受体激动后通过诱导软脑膜细胞分泌腺苷来激动邻近的VLPO神经元，抑制TMN觉醒系统，诱发和促进SWS。睡眠与夜间激素分泌之间存在明显相关性，睡眠早期SWS占优势，此时下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴（HPA轴）分泌活动显著低下，生长激素分泌最活跃；睡眠后期则REM睡眠占优势此时HPA轴分泌最活跃，生长激素分泌低下。研究证明生长激素（GHRH）和促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）之间的平衡在睡眠调节中发挥着重要作用，给予GHRH增加SWS，给予CRF则减少SWS。直接影响睡眠的激素是褪黑激素（Melatonin），正常情况下它主要调节睡眠时相，在失眠状态下外源性给予Melatonin可起催眠作用。值得注意的是肾上腺素受体阻断剂明显减少Melatonin的分泌（松果体受交感神经支配，突触后膜为β受体），造成入睡困难、REM睡眠和SWS减少和觉醒次数增加，给予Melatonin可使之恢复到正常水平。细胞因子中除早已证明的TNF外，IL-1促进SWS效应倍受重视，而且与pGs有关，在pGD2敏感的基底前脑吻端的蛛网膜下腔灌流IL-1使SWS增加，环氧酶抑制剂双氯芬酸(Diclofenac)可以阻断这种效应。
3.为实现"构想"所进行的研究工作
（1）建立睡眠成分自动分析系统：此前，国内研究药物的镇静催眠作用，主要采用的实验方法是观察给药后动物（大鼠或小鼠）自主活动是否减少，能否增强戊巴比妥钠在动物的麻醉作用。少见药物对于睡眠成分影响的研究报道。究其原因是国内缺乏睡眠成分自动分析系统（Autoanalysis sleeping stages system,ASS）。要想实现"构想"，当务之急是建立此类系统。
二、SWS的激素与细胞因子调节--"催眠药物开发新构想"的追踪
1992年作者曾提出"慢波睡眠（slow wave sleep, SWS）是最重要的睡眠成分，寻找增加SWS的药物是催眠药物开发的重要内容"的构想。当时提出这一构想的基本根据是：SWS是大脑皮层睡眠；剥夺睡眠两天后，恢复睡眠的第一夜主要是SWS反跳，可达全部睡眠量的50%（正常成人约为20%左右）；正常短睡眠（4-5小时）者与普通睡眠（7-9小时）者相比，SWS的百分比明显要高，绝对时间也较长；如焦虑、抑郁、老年性痴呆等均有SWS减少或消失。在提出构想的当时有关增加SWS物质的报道尚少，一度曾令人激动不已的δ-睡眠诱发肽，结果难以令人满意。此后我们一直密切注意这一领域的发展，现将近年来一些有意义的成果追踪报道如下。
（一）睡眠-觉醒的中枢调节机构
结节乳头核（tuberomammillary nucleus, TMN）的组胺能神经元发出的轴索构成组胺能上行觉醒系统，在觉醒期间活动持续性高涨，SWS期间活动减少，快动眼睡眠（REMS）期间停止放电。反之，腹外侧视前区（ventrolateral preoptic, VLPO）神经元在清醒时放电频率较低，在REMS和非快动眼睡眠（NREMS）时增至两倍。Sherin等联合应用逆向示踪剂霍乱毒素B和Fos免疫组化组化技术，证实VLPO神经元对TMN存在着GABA能神经支酸，证据就是：睡眠期间下丘脑后部γ-氨基丁酸（GABA）增加；电刺激VLPO可引发GABAA受体中介的TMN神经元抑制；GABA可使TMN神经元超极化和放电频率减少；向TMN内注入GABA激动剂可使视前区毁损的动物恢复睡眠。以上研究揭示VLPO(GABA能神经元)-TMN（组胺能神经元）调控着睡眠-觉醒过程。
基底前脑吻端被称为"PGD2敏感性睡眠促进区"（PGD2-sensitive sleep-promoting zone, PGD2-SPZ）。Scammell等在PGD2-SPZ的蛛网膜下腔灌注PGD2后，NREMS增加，同时在VLPO有强烈的Fos表达强度则与睡眠量呈现负相关。至于不同的睡眠时相，如SWS期或REMS期，Fos表达差异尚未见报道。由此可见基底前脑（PGD2受体介导的神经元）也参与睡眠-觉醒的调节，与VLOP-TMN有联系。
PGD2受体的mRNA广泛分布于软脑膜，并未见于脑实质内。PGD2灌流下丘脑后部并未促进睡眠，可见PGD2并未直接抑制TMN的觉醒神经元活动。大鼠PGD2-SPZ灌注PGD2，下丘脑处的软脑膜Fos表达最为强烈。那么从PGD2激动软脑膜上的受体到VLPO神元活动增强之间的信号传导又是怎样的呢？Satoh等将选择性腺苷A-2a受体激动剂CGS21680注入PGD2-SPZ的蛛网膜下腔，结果剂量依赖性地增加SWS和REMS。预先给予腺苷A2受体拮抗剂KF17837，可取消CGS21680的效应，也可取消注入PGD2诱发的SWS。这提示PGD2激动受体后，可通通过诱导软脑膜细胞分泌腺苷激动邻近的VLPO神经元，进而抑制TMN的觉醒系统，诱发和促进睡眠。
与PGD2促进睡眠作用相反，PGE2则参与清醒。哺乳动物下丘脑可产生PGE2。向大鼠脑室或下丘脑注入PGE2明显延长觉醒，抑制SWS和REMS。有报道室旁核（paraventricular nucleus, PVN）和下丘脑腹内侧（the ventromedial hypothalamus, VMH）参与睡眠-觉醒的调控。用放免分析方法测量PVN和VMN之间脑区的微透析液中的PGE2，发现清醒时含量最高，REMS时次之，SWS期间PGE2含量最低。睡眠期间PGE2首先降低，然后逐渐增加，直至清醒值。
（二）激素与睡眠调节
夜间激素分泌睡眠之间存在相关性。夜间睡眠的早期SWS占优势，此期也是一天当中下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴（hypothalamus-pituitary-adrenocortic axis, HPA）分泌活动显著受抑，促皮质激素（ACTH）和可的松浓度最低的时期。睡眠早其特别是SWS期垂体-肾上腺应答受抑制，确切原因还不清楚，可能与其它激素对有促肾上腺皮质激素释放激素（corticotrophin releasing factor, CRF）的抑制，或下丘脑分泌某种未知的ACTH抑制因子有关。夜间睡眠的后半期是REMS占优势，也是一天之中HPA分泌活动最活跃的时期。生长激素释放激素（growth hormone releasing factor, GHRH）与CRF之间的平衡，在正常和病理性睡眠调节中发挥重要作用。 GHRH增加健康青年人的SWS，促进生长激素的释放，抑制可的松的释放；CRF的作用则相反 。
大鼠脑室内注入CRF可剂量依赖性地缩短NREMS和REMS，延长觉觉醒时间。将IL-1与CRF间隔10分钟先后注入脑室时，CRF可抑IL-1所致NREMS的延长和REMS缩短效应，提示IL-1刺激产生的CRF可能作为一种反馈机制，抑制IL-1的中枢及外周效应。
褪黑素（Melatonin）是松果体分泌的信号激素，在调节动物的昼夜节律和季节节律以及睡眠-觉醒节律方面重要的作用。正常情况下体温与睡眠按同步节律变化，睡眠期间体温下降，觉醒后体温回升，活动状态时达最高值。正常状态下人体日间Melatonin水平低于检测限，日间应用Melatonin可使体温降低0.3-0.4oC。夜间给予明亮光线中以抑制Melatonin的产生，使体温升高，继而给予外源性Melatonin，可逆转体温的变化。夜间抑制Melatonin分泌量的光强度，可致夜间睡眠量减少。给予外源性Melatonin对动物和人均具有快速催眠作用。以上提示内源性Melatonin可能通过降低体温参与正常睡眠的维持。Van Den Heuvel等发现夜间（19:00）给予β肾上腺素受体阻断剂阿替洛尔，使青年受试者尿中Melatonin代谢产物6s-aMT显著减少，体温升高，总的觉醒时间延长，入睡困难，睡眠之间觉醒次数增加，REMS和SWS均缩短，给予Melatonin能逆转之，并能恢复至对照水平。阿替洛尔引起的青年受试者睡眠结构和质量的变化非常类似于老年人的睡眠障碍。早在1986年已证实年龄有关的Melatonin量的下降，与夜间体温偏高之间存在相关性。Melatonin的年龄相关性下降可能是老年人睡眠质量下降，睡眠障碍增多的原因之一。适当利用Melatonin对于老年人，经常面临时差变化或昼夜交替工作的人改善睡眠有一定价值。
褪黑素（Melatonin）是松果体分泌的信号激素，在调节动物的昼夜节律和季节节律以及睡眠-觉醒节律方面重要的作用。正常情况下体温与睡眠按同步节律变化，睡眠期间体温下降，觉醒后体温回升，活动状态时达最高值。正常状态下人体日间Melatonin水平低于检测限，日间应用Melatonin可使体温降低0.3-0.4oC。夜间给予明亮光线中以抑制Melatonin的产生，使体温升高，继而给予外源性Melatonin，可逆转体温的变化。夜间抑制Melatonin分泌量的光强度，可致夜间睡眠量减少。给予外源性Melatonin对动物和人均具有快速催眠作用。以上提示内源性Melatonin可能通过降低体温参与正常睡眠的维持。Van Den Heuvel等发现夜间（19:00）给予β肾上腺素受体阻断剂阿替洛尔，使青年受试者尿中Melatonin代谢产物6s-aMT显著减少，体温升高，总的觉醒时间延长，入睡困难，睡眠之间觉醒次数增加，REMS和SWS均缩短，给予Melatonin能逆转之，并能恢复至对照水平。阿替洛尔引起的青年受试者睡眠结构和质量的变化非常类似于老年人的睡眠障碍。早在1986年已证实年龄有关的Melatonin量的下降，与夜间体温偏高之间存在相关性。Melatonin的年龄相关性下降可能是老年人睡眠质量下降，睡眠障碍增多的原因之一。适当利用Melatonin对于老年人，经常面临时差变化或昼夜交替工作的人改善睡眠有一定价值。
（三）细胞因子IL-1,TNF对睡眠-觉醒的影响
1.白细胞介素1（IL-1）对睡眠-觉醒的影响
微生物感染、组织损伤等会导致机体代谢、免疫、内分泌、中枢神经系统进入应激状态。机体通常表现是发热、免疫功能增强、嗜睡等现象。IL-1是一种具有多种生物学功能的细胞因子，在炎症反应、免疫反应中作为神经-内分泌-免疫三大系统的共同语言信号，发挥着重要的作用。体内巨噬细胞是IL-1的主要来源，还有其它多种细胞也可以产生IL-1，如神经胶质细胞。本研究室发现，许多免疫增强剂及免疫调节剂具有调节睡眠时相，改善睡眠质量的效应。异丙肌苷、转移因子、胞壁酰二肽等免疫增强剂在使脑内IL-1、肿瘤坏死因子（TNF）分泌增加的时，也增长了家兔的睡眠时间；应用免疫抑制环磷酰胺降低家兔免疫功能的同时，明显抑制SWS。IL-1的产量与睡眠有关，在SWS期间活性达峰值，在睡眠剥夺期间增多。外源性IL-1可在兔、大鼠、猫、猴等动物诱发睡眠，尤其是SWS。IL-1受体拮抗剂或抗IL-1抗体抑制内源性IL-1活性，可抑制兔的自发睡眠，还可抑制睡眠剥夺后"反跳现象"的出现。
IL-1与PGs有许多共同的生物学效应，如诱导发热和厌食，激活交感神经系统和下丘脑-垂体-肾上腺系反应，当灌流PGD2-SPZ的蛛网膜下腔时SWS增加最显著。IL-1的这种作用可为同时灌流的非选择性环氧酶（cyclooxygenase,COX）抑制剂双氯芬酸（diclofenac），或预先给予的选择性COX-2抑制剂吡罗昔康（piroxicam）阻断，提示IL-1促进SWS的作用可能是通过PGD2介导。值得一提的是，IL-1影响睡眠的作用部位，与其引起发热和厌食症的作用部位是发离的（后者在邻近第三脑室的区域内）。
2.TNF及5-HT对睡眠-觉醒的影响 TNF参与炎症反症、免疫反应。巨噬细胞、淋巴细胞以及中枢的星形胶质细胞均可产生TNF。我们的研究已证实，TNF经静脉注射或脑室内注入均可延长家兔睡眠时间，其以SWS为主。TNF经静脉注射或脑室内注入均可处长家兔睡眠时间，其中以SWS为主。TNF促进大鼠、小鼠脑内5-HT的合成，提高5-HT及其代谢产物5-HIAA的含量。这可能是TNF促进SWS的机制。
5-HT参与多种生理功能的调节，如体温调节、情绪活动、痛觉等，对睡眠-觉醒的调节作用已被多项研究证实。中缝核是5-HT神经元密集的核团，电损毁中缝核可导致动物失眠，适当电刺激可使清醒动物立刻进入睡眠状态。PCPA阻断脑内5-HT的合成可导致失眠，5-HT前体物5-HTP口服后，脑内5-HT含量增加，可促进睡眠。5-HT通过不同的受体亚型发挥对睡眠的调节作用。我室在大鼠的研究（药理学通报待发表）发现，5-HT1A受体动剂8-OH-DPAT小剂量（0.01mg/kg, sc）减少觉醒，延长NREMS包括SWS；大剂量（0.375 mg/kg）时使清醒时间延长，NREMS（包括SWS）和REMS均缩短。这个结果与国外报道一致。我们还发现，选择性5-HT2受体拮抗体ratanserin(0.63mg/kg, ip)不影响清醒及浅睡眠，而是特异性地增加SWS并减少REMS。脑室内注入5，7-DHT，选择性地毁损触前5-HT1A自身受体，抑制小剂8-OH-DPAT延长SWS和缩短清醒时间的效应，对大剂量8-OH-DPAT缩短SWS和延长清醒作用无明显影响。一般认为小剂量时8-OH-DPAT选择性激动了突触前5-HT1A自身受体，通过自身调节抑制突触的神经传导，大剂量时则激动突触后受体。5-HT1A受体部分激动剂丁螺环酮（buspirone）和吉吡隆（gepirone）皮下注射使大鼠清醒延长，各睡眠成分均缩短。5，7-DHT未能影响它们对于睡眠-觉醒的效应，提示这两种药的可能是激动了突触后的5-HT1A受体。β肾上腺素能受体拮抗剂中哚洛尔（pindolol）可阻断突触前后的5-HT1A/1B受体，可有效地拮抗buspirone与gepirone延长清醒时间、缩短NREMS的作用，对缩短REMS的作用则无影响。选择性5-HT3受体激动剂m-chorophenylbiguanide注入大鼠侧脑室增加清醒，减少REMS和SWS，多巴胺D1和D2受体拮抗剂可抑制这种效应。
脑干调控REMS的神经元可分为两组：REMS启动（REMS-on）神经元和REMS终止（REMS-off）神经元。脑桥REMS-on神经元为胆碱能，启动和维持着REMS；REMS-off神经元为单胺能，支配着REMS-on神经元。REMS-off中包括中缝背核（dorsal raphe nucleus, DRN）的5-HT能神经元，它们的REMS期间放电减少。突触后5-HT1A受体被拮抗时解除了对所投射区域的胆碱能神经元的抑制，这可能是应用5-HT1A受体拮抗剂时REMS延长的原因。
5-HT各受体亚型对睡眠-觉醒影响总结如下：激动突触前5-HT1A自身受全延长NREMS包括SWS，减少清醒，对REMS无明显影响；激动突触后5-HT1A受体抑制睡眠（包括REMS和SWS），促进清醒；拮抗5-HT2受体可促进SWS，抑RESM；激动5-HT3受体减少REMS和SWS，促进清醒。以上研究提示SWS与REMS通过不同途径（5-HT受体亚型）分别受到复杂而精细的调控。我们发现联合给予小剂量5-HT1A自身受体激动剂8-OH-DPAT（0.01mg/kg, sc）和5-HT2A受体拮抗剂ratanserin(0.63 mg/kg,, ip)显示出协同效应，清醒和REMS显著减少，SWS和浅睡眠的比例显著增加（药理学通报待发表）。
（四）催眠药物开发的切入点
临床上常用的镇静催眠药物几乎多多少少均缩短SWS和REMS，延长的是浅睡眠。即这些治疗失眠的药物虽然延长了总的睡眠时间，却损害了两种最重要的睡眠成分SWS和REMS（后者保持固定的比例最为重要），并未真正改善睡眠质量。这就不可避免会出现头晕、乏力、困倦、注意力不集中，甚至暂时性健忘（如安定类）和宿醉现象（如长效巴比妥类）。突然停药会出现REMS反跳现象，如焦虑不安、失眠、多梦、噩梦等。根据以上研究进展，开发选择性延长SWS的物质，也许以下几个方面可以作为切入点：
（1）PGD2激动剂：这包括PGD2前体物质、间接增加PGD2产生的物质和可能影响COX活性的物质。
（2）免疫增强剂或免疫调节剂：许多药物，特别是具有扶正固本的中药，具有不同程度的免疫增强和调节作用，其中有些药物成分临床已经证明可改善睡眠。
（3）影响5-HT系统的药物：不同5-HT受体亚型的选择性激动或拮抗，对睡眠各成分产生复杂的影响，目前已合成多种选择性作用于不同亚型的化学物质，从中选择增强SWS的物质定向研究将是一重要途径。
（4）Melotonin、生长激素等参与睡眠调节的物质：这些生理性物质参与睡眠及其它生理过程，外源性给予尤其适用于那些因此类物质匮乏而引起的睡眠障碍。
