使用黑腹果蝇对年龄相关睡眠障碍进行高通量小分子药物筛选

睡眠是人类生存所必需的基本行为之一，其特征有两种主要状态：快速眼动（REM）睡眠和非快速眼动（NREM）睡眠¹。NREM睡眠包括三个阶段：N1（清醒和睡眠之间的过渡）、N2（浅睡眠）和N3（深度睡眠、慢波睡眠），代表从清醒到深度睡眠的进展¹。睡眠对身心健康起着至关重要的作用².然而，衰老会降低成人的总睡眠时间、睡眠效率、慢波睡眠百分比和快速眼动睡眠百分比³.与慢波睡眠相比，老年人倾向于花更多的时间在浅睡眠中，使他们对夜间觉醒更敏感。随着觉醒次数的增加，平均睡眠时间减少，导致老年人睡眠模式碎片化，这可能与小鼠 Hcrt 神经元的过度兴奋有关⁴.此外，与年龄相关的昼夜节律机制下降有助于睡眠持续时间的早期转变 ^5,6。结合身体疾病、心理压力、环境因素和药物使用，这些因素使老年人更容易患上睡眠障碍，如失眠、快速眼动睡眠行为障碍、发作性睡病、周期性腿部运动、不宁腿综合征和睡眠呼吸障碍 ^7,8。

流行病学研究表明，睡眠障碍与老年人^的慢性疾病密切相关9，包括抑郁症¹⁰，心血管疾病¹¹和痴呆¹²。解决睡眠障碍在改善和治疗慢性病以及提高老年人的生活质量方面发挥着至关重要的作用。目前，患者主要依靠苯二氮卓类药物、非苯二氮卓类药物和褪黑激素受体激动剂等药物来改善睡眠质量¹³.然而，苯二氮卓类药物在长期使用后可导致受体下调和依赖性，在停药后引起严重的戒断症状^14,15。非苯二氮卓类药物也有风险，包括痴呆¹⁶、骨折¹⁷ 和癌症¹⁸。常用的褪黑激素受体激动剂雷美替胺可减少睡眠潜伏期，但不会增加睡眠持续时间，并且由于广泛的首过消除而存在肝功能相关问题¹⁹.阿戈美拉汀是一种褪黑激素受体激动剂和血清素受体拮抗剂，可改善与抑郁症相关的失眠，但也存在肝损伤的风险²⁰。因此，迫切需要更安全的药物来治疗或缓解睡眠障碍。然而，目前基于分子和细胞实验的药物筛选策略，结合自动化系统和计算机分析，既昂贵又耗时²¹。基于结构的药物设计策略，依赖于受体结构和性质，需要对受体三维结构有清晰的认识，缺乏对药物作用的预测能力²²。

2000 年，根据 Campbell 和 Tobler 在 1984 23 年提出的睡眠标准，研究人员建立了简单的动物模型来研究睡眠 24，包括果蝇黑腹果蝇，它表现出类似睡眠的状态^25,26。尽管果蝇和人类在解剖学上存在差异，但许多调节果蝇睡眠的神经化学成分和信号通路在哺乳动物睡眠中是保守的，从而促进了人类神经系统疾病的研究^27,28。果蝇也广泛用于昼夜节律研究，尽管果蝇和哺乳动物之间的核心振荡器存在差异29,30,31。因此，果蝇是研究睡眠行为和进行睡眠相关药物筛选的有价值的模式生物。

本研究提出了一种具有成本效益且简单的基于表型的方法，用于筛选使用老年苍蝇治疗睡眠障碍的小分子药物。 果蝇 的睡眠调节是高度保守的²⁵，随着年龄的增长观察到的睡眠下降可能通过给药是可逆的。因此，这种基于睡眠表型的筛选方法可以直观地反映药物疗效。我们用正在研究的药物和食物的混合物喂养果蝇，使用 果蝇 活动监测器（DAM）³²监测和记录睡眠行为，并使用MATLAB中的开源SCAMP2020数据包分析采集的数据（图1）。使用统计和绘图软件进行统计分析（见 材料表）。例如，我们通过展示利血平的实验数据来证明该协议的有效性，利血平是一种据报道可增加睡眠的囊泡单胺转运蛋白的小分子抑制剂³³。该协议提供了一种有价值的方法来识别用于治疗与年龄相关的睡眠问题的药物。