深圳先進院等在調控睡眠結構的神經環路研究中取得進展

　　10月24日，中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所腦圖譜中心在解析睡眠片段化的神經調控機制方面獲得進展。相關研究成果“A serotonin-modulated circuit controls sleep architecture to regulate cognitive function independent of total sleep in Drosophila”發表在Cell子刊《當代生物學》（Current Biology）雜志上。該研究與美國布蘭迪斯大學教授Leslie C. Griffith（共同通訊作者）團隊合作完成，文章第一作者和共同通訊作者是研究員劉暢，同等貢獻第二作者為腦認知與腦疾病研究所諾獎實驗室正高級工程師孟志強和布蘭迪斯大學博士Timothy D. Wiggin。

　　睡眠問題已成為全球性的課題和全社會關注的重大問題。目前，人們對于睡眠的研究，主要關注調控睡眠總量的神經環路，而對獨立于調控睡眠總量的編碼睡眠質量（即睡眠結構）的神經網絡的認知依然知之甚少。利用模式動物果蠅的豐富的遺傳資源背景、理想的腦結構和腦功能的復雜度、分子作用機制的高度保守性以及較短的生命周期等優勢，結合神經生物學研究的前沿技術，上述論文既發現了調控睡眠片段化的神經環路：信號輸入五羥色胺神經元à神經編碼整合中心橢球體(作用于 5-HT7受體)à信號輸出腦區（蘑菇體，扇形體，原腦橋）；又發現了睡眠片段化（反復覺醒，睡眠質量差）可導致學習受損，而受損的學習可通過改善睡眠質量而恢復到正常水平。研究人員還發現，敲除5-HT7受體或者阻斷該受體的功能，均可以改善睡眠質量。

　　上述結果架起了五羥色胺與人類睡眠之間的鏈接橋梁，而5-HT7受體功能與哺乳動物具有高度的保守性，為改善、治療睡眠和認知障礙提供了新的參考靶點。

圖A，檢測果蠅睡眠的裝置示意圖。單只果蠅裝入一端盛有食物的小管中，另一端封口并扎孔通氣。在小管中央有一對紅外發射接收器。當果蠅自由穿梭紅外發射器時，打斷紅外線信號，由此來記錄果蠅的活動特征。在果蠅中，如果有連續5分鐘沒有活動，就記錄為一個睡眠片段；圖B，檢測果蠅學習記憶的實驗范式。一群果蠅置入一個小管中，當呈現氣味A時，電擊果蠅，當呈現氣味B時，沒有電擊，隨后讓果蠅在呈現氣味A和氣味B的兩個小管中自由選擇。如圖所示，大部分果蠅選擇了“安全”氣味的小管，也即果蠅學會回避與電擊同時出現的氣味；圖C，該研究結果的理論模型示意圖。五羥色胺(5HT)這種神經遞質輸入到果蠅腦內橢球體(EB)，通過作用于特定的5HT7受體以及EB內另一類神經元（VT），再將信號傳導到EB外的腦結構蘑菇體（MB）、扇形體（FB）、原腦橋（PB）完成對睡眠質量的調控。EB內兩類神經元之間相互作用，信息整合后導致行為輸出。