研究人员确定了将深度睡眠与生长激素释放联系起来的神经回路，揭示了两者如何相互调节。这一新发现的反馈回路有助于解释为何睡眠不良会干扰生长、肌肉修复、脂肪代谢和大脑功能。理解这一系统有望为睡眠障碍以及与代谢和大脑相关的疾病（包括阿尔茨海默病和帕金森病）的新疗法铺平道路。
科学家早就知道生长激素水平在睡眠期间会升高，尤其是在深度非快速眼动睡眠阶段。但大脑究竟如何控制这一过程，至今仍不清楚。
现在，加州大学伯克利分校的研究人员揭示了负责在睡眠期间调节生长激素的大脑回路。他们的研究发表在《细胞》期刊上，还揭示了一个此前未知的反馈系统，该系统有助于保持生长激素水平的平衡。
这一发现为睡眠与激素调节之间的密切关系提供了新见解。它最终可能为指导治疗与糖尿病等代谢性疾病相关的睡眠障碍，以及包括帕金森病和阿尔茨海默病在内的神经退行性疾病的新疗法提供参考。
“人们知道生长激素的释放与睡眠密切相关，但这只是通过在睡眠期间抽血并检查生长激素水平得知的，”该研究第一作者、加州大学伯克利分校神经科学系和海伦·威尔斯神经科学研究所的博士后研究员丁心露（Xinlu Ding）说，“我们实际上是在直接记录小鼠的神经活动，以观察发生了什么。我们正在提供一个基础回路，以便未来开展研究，开发不同的治疗方法。”
由于生长激素还有助于调节葡萄糖和脂肪代谢，长期的睡眠质量不佳可能会增加患肥胖症、糖尿病和心血管疾病的风险。
大脑如何在睡眠期间控制生长激素
协调生长激素释放的神经细胞位于下丘脑深处，这是哺乳动物共有的一处古老脑区。这些神经细胞包括生长激素释放激素（GHRH）神经元，以及两种不同类型的生长抑素神经元。
一旦生长激素被释放，它就会激活蓝斑核中的神经元，这是脑干中的一个区域，参与警觉性、注意力、思维以及对新体验做出反应。影响蓝斑核的问题已证实与多种神经系统和精神疾病有关。
“了解生长激素释放的神经回路最终可能为改善睡眠质量或恢复正常生长激素平衡的新型激素疗法指明方向，”加州大学伯克利分校博士后研究员、该研究合著者丹尼尔·西尔弗曼说，“目前有一些针对特定细胞类型的实验性基因疗法。这一回路可能成为一种新的手段，用于尝试降低蓝斑核的兴奋性，这一点此前从未被讨论过。”
绘制睡眠生长激素回路图谱
该研究团队在加州大学伯克利分校神经科学及分子与细胞生物学教授杨丹的实验室开展工作，他们通过在小鼠脑内植入电极，在记录神经活动的同时利用光刺激下丘脑神经元，从而研究小鼠的大脑回路。
小鼠天生在白天和黑夜都会进行仅持续几分钟的短暂睡眠。这种模式使研究人员能够跨越多个睡眠-觉醒周期，反复观察生长激素活动的变化。
利用先进的神经回路追踪技术，研究团队发现，负责调节生长激素释放的两种肽类激素根据睡眠阶段的不同而表现出不同的作用。GHRH促进生长激素的释放，而生长抑素则抑制其释放。
在快速眼动（REM）睡眠期间，GHRH和生长抑素水平均上升，导致生长激素释放增加。然而，在非快速眼动睡眠期间，生长抑素水平下降，而GHRH仅温和上升，从而形成了一种不同的激素调节模式。
平衡睡眠与觉醒的反馈回路
研究人员还发现了一种涉及蓝斑核的此前未知的反馈机制。
随着生长激素在睡眠期间逐渐积累，它会刺激蓝斑核并促进觉醒。但如果蓝斑核的活动变得过于强烈，它反而会出乎意料地开始促进睡眠，这一发现由西尔弗曼在今年早些时候报道。
“这表明睡眠和生长激素形成了一个紧密平衡的系统：睡眠过少会减少生长激素的释放，而生长激素过多反过来又会推动大脑转向觉醒，”西尔弗曼说，“睡眠驱动生长激素的释放，而生长激素通过反馈调节觉醒，这种平衡对于生长、修复和代谢健康至关重要。”
由于生长激素会影响蓝斑核，而蓝斑核在维持白天的警觉性方面起着核心作用，因此这一新发现的系统也可能影响注意力及其他认知功能。
“生长激素不仅有助于增强肌肉和骨骼、减少脂肪组织，还可能具有认知益处，在你醒来时提升整体的唤醒水平，”丁心露说。
这项研究得到了霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的支持（该研究所直至今年一直资助杨丹担任HHMI研究员）以及Pivotal Life Sciences校长讲席教授基金的支持。杨丹现任Pivotal Life Sciences神经科学校长讲席教授。其他合著者包括加州大学伯克利分校的Peng Zhong、Bing Li、Chenyan Ma、Lihui Lu、Grace Jiang、Zhe Zhang、Xiaolin Huang、Xun Tu和Zhiyu Melissa Tian，以及斯坦福大学的Fuu-Jiun Hwang和Jun Ding。