【学术前沿】为什么会“被热醒”？韩俊海团队揭示环境温度调控睡眠的神经机制

果蝇具有简约但不简单的中枢神经系统，遗传操纵工具得以在这种生物上尽其所长，使得果蝇这一“利器”能善神经环路探究之事。另外，果蝇与哺乳动物的睡眠调控机制在分子水平上高度保守，在神经环路调控上具有类似性，因此，从2000年起果蝇便成为睡眠研究的重要模式生物。

果蝇也会出现与人类相似的在温热状态下觉醒的现象，该研究发现环境温度升高在夜晚促觉醒的过程是可逆的（图1A）。果蝇的温度感受器AC神经元（Anterior cells, ACs）中表达的TrpA1作为经典的阳离子通道感温蛋白，可以被高温激活，使阳离子内流导致ACs兴奋性增加，将环境温度升高的信号转换为神经信号[1]。

该研究鉴定出特异性标记感温神经元ACs的工具果蝇NP5130-GAL4，利用这一工具果蝇敲降ACs中TrpA1的表达水平使得高温促进夜晚觉醒的作用减弱，果蝇在高温环境中依然保持较高的睡眠总量（图1B）。研究小组进一步鉴定了ACs通过释放乙酰胆碱传递环境温度信息，介导温度对睡眠的调节（图1C）。

图1 ACs释放乙酰胆碱信号介导温度升高的促夜间觉醒作用。

为探究接收ACs信号的下游神经网络，研究人员利用跨突触标记的trans-Tango技术将ACs信号的下游神经网络定位至背后侧神经元DN1ps。结合RNA干扰技术与行为学分析，研究小组确定了一小簇表达乙酰胆碱受体nα4、nα5和mA的DN1p神经元接收了ACs释放的乙酰胆碱信号，并感知温度变化。研究进一步探索DN1ps释放何种神经信号调控睡眠。

通过筛选，作者发现在DN1ps中敲减CNMa神经肽之后，可以显著减弱高温对夜晚觉醒的促进作用（图2A）。CNMa信号的下游神经元又是什么？脑间神经元（Pars intercerebralis, PI）相当于哺乳动物的下丘脑结构，且与DN1ps存在直接突触联系。研究人员通过分析CNMa受体（CNMaR）的表达模式，发现Dh44⁺ PI神经元亚群（Dh44⁺ PIs）高表达CNMaR（图2B）；功能钙成像实验显示，DN1ps释放的信号可抑制Dh44⁺ PIs的活性，促进夜晚觉醒（图2C）。

图2 CNMa信号通路介导温度对夜间睡眠的调控。

东南大学韩俊海教授团队长期致力于儿童孤独症症致病机制和睡眠调控机制的研究，鉴定了一系列参与睡眠调控的基因和神经环路，开创性地阐述了节律启博神经元对GABA信号的节律性响应[2]，并通过Fbxl4将节律信号输出至睡眠调控网络[3]，得到了国内外学者的高度评价[4]。

该研究首次揭示了AC-DN1p-PI神经环路介导的感知环境温度上升-释放CNMa神经肽信号-促进夜晚觉醒的调控过程，为睡眠中的信息整合调控研究提供了新的靶点与方向，为睡眠调控的实际应用又增添了新的理论基础。

图3 温度升高调控夜间睡眠的神经环路。

东南大学生命科学与技术学院、“发育与疾病相关基因”教育部重点实验室韩俊海教授为该论文的通讯作者，东南大学金熙博士、田垚副研究员为该论文的共同第一作者，东南大学张子超副研究员、顾鹏宇老师，深圳先进技术研究院刘畅研究员参与该研究。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.02.048

东南大学生命科学与技术学院韩俊海课题组公开招聘电生理和生物信息学方向的副研究员和博士后。课题组已经在Molecular Cell、Neuron、Dev Cell、Current Biology、PLos Biology、EMBO J、JNs等权威期刊发表一系列论文。

更多信息请查阅网站：

https://ils.seu.edu.cn/2015/0331/c22871a282856/page.htm

参考文献

来源：小柯生命