探秘睡眠-觉醒机制，复旦大学基础医学院黄志力教授课题组近5年10多篇研究成果汇编
素材来源：复旦大学基础医学院
汇编：Brainnews 编辑部
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黄志力教授，1962年11月出生，安徽桐城人，复旦大学特聘教授、博士生导师，现任复旦大学基础医学院副院长，药理学系主任。1999年在日本Ehime大学获博士学位。1999年起，任日本学术振兴会（JSPS）博士后、大阪生命科学研究所研究员，研究副部长；2005年12月入职复旦大学；2006年获国家杰出青年科学基金。
学术兼职：中国睡眠研究会理事长、中国药理学会麻醉药理学专业委员会候任主任委员、中国药理学会理事、中国神经科学会理事、日本睡眠学会评议员等。中文核心期刊《中国临床药理学与治疗学》主编，SCI杂志《Frontierin Neuroscience》、《Sleep and Breathing》和《Sleep Biological Rhythms》副主编，《Acta Pharmacol Sin》、《药学学报》、《中国药理学通报》和《神经药理学》等10多个杂志编委或常务编委。
研究方向：睡眠与失眠机制、神经精神药理学。以中、英、日三种文字发表研究论文与综述200多篇，其中SCI杂志收录120篇，包括Nature Neuroscience, Light: Science & Applications,Nature Communications, PNAS, Current Biology, Plos Biology, eLife, Neuropsychopharmacology等。2014-2018年连续入选Elsevier中国论文被高引学者榜单。主编《药理学》，副主编《中药药理实验方法学》等教材及大型参考书10余部。应邀为Trends Neurosci和Curr Opin Pharmacol等杂志撰写综述，为PNAS等20多个SCI杂志审稿。
基金项目：主持科技部国家新药创制“重大科技专项”，国家基础研究973、国家自然科学基金重点项目，重点国际合作，国家杰出青年科学基金、上海市领军人才和优秀学科带头人计划，重点攻关及重点项目等课题。
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2017年5月5日，复旦大学基础医学院黄志力教授团队张泽等研究人员测定了不同照度红光对小鼠睡眠觉醒行为的影响，纠正了“红光不影响小鼠等夜行性动物睡眠觉醒行为”的传统观念，为设置夜行性动物实验暗期照明的光照参数提供了理论依据，同时对家用夜间健康光源的开发具有指导意义。该研究成果于5月5日在线发表于自然出版集团旗下期刊《光：科学与应用》（Light: Science & Applications），国际光学电子期刊《光学世界》（Light World）作了重点介绍。
小鼠作为生命科学实验常用的研究对象，夜间（暗期）活动，昼间（明期）休息。小鼠暴露在白光下时，活动度迅速降低并进入睡眠状态。传统观念认为小鼠缺乏红色色觉感知，所以当需要在暗期光照时常采用红光照明，即可避免夜间光照对小鼠睡眠等行为的干扰。但研究表明不同实验室使用相同剂量的同种促眠药，其所产生的药效或对照组的基础值差异较大，提示不同条件的红光可能影响小鼠的睡眠觉醒行为。
黄志力教授团队发现照度大于或等于20 lx （照度的国际单位，每平方米的流明数）的红光与对照组白光一样，能显著增加小鼠睡眠量，并干扰睡眠结构。当红光照度降低到10 lx时，短时或长时红光暴露都不再显著影响小鼠的睡眠量及睡眠结构。该结果提示在夜间需要对小鼠实施光照时，应选择照度为10 lx或以下的红光，在方便实验人员操作的情况下又可避免光照对睡眠觉醒行为的影响。
文献：Zhang Z, Wang HJ, Wang DR, Qu WM, Huang ZL. Red light at intensities above 10 lx alters sleep-wake behavior in mice. Light Sci Appl. 2017 May 5;6(5):e16231. doi: 10.1038/lsa.2016.231. PMID: 30167247; PMCID: PMC6062196.
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人生的三分之一在睡眠中度过，但睡眠调控机制至今仍是未解之谜。研究发现，能量ATP的代谢产物腺苷在脑内随觉醒时间的延长而增多，脑内也分布多种腺苷受体，腺苷的睡眠调节作用是睡眠界的研究热点。复旦大学脑科学研究院PI，基础医学院药理学系/神经生物国家重点实验室黄志力课题组长期关注腺苷调控睡眠作用及机制，揭示了腺苷通过作用于下丘脑结节乳头核组胺能觉醒系统A1受体，发挥促眠作用，发现提神醒脑的咖啡因通过阻断腺苷A2A受体发挥强效促觉醒作用。但脑内A2A受体神经元是否启动或维持睡眠仍有待阐明。
伏隔核A2A受体阳性神经元调控睡眠
众所周知，人在无聊时会犯困，即使处于应该觉醒的白天，也可以进入睡眠状态。为什么会出现这一有趣的现象？黄志力课题组与日本筑波大学睡眠医学研究所（WPI-IIIS）研究人员利用转基因小鼠和光遗传技术，发现激活伏隔核内腺苷A2A受体神经元，小鼠睡眠量增加。而当小鼠出现行为动机时，伏隔核内腺苷A2A受体神经元活性明显被抑制，小鼠觉醒量增加。以上研究结果表明，伏隔核内腺苷A2A受体阳性神经元直接调节动机行为缺乏性睡眠。该研究很好地解释了为什么从事单一性、重复性操作的流水线工人、长途司机等，容易困倦甚至进入短暂睡眠状态。该论文以《伏隔核核心部腺苷A2A受体神经元调控慢波睡眠》（Slow-wave sleep is controlled by a subset of nucleus accumbens core neurons in mice）为题于2017年9月发表在《自然·通讯》杂志，筑波大学研究员YoOishi、基础医学院药理系博士后许奇和青年副研究员王露为该论文并列第一作者。黄志力教授和MichaelLazarus博士为共同通讯作者。
文献：Oishi Y, Xu Q, Wang L, Zhang BJ, Takahashi K, Takata Y, Luo YJ, Cherasse Y, Schiffmann SN, de Kerchove d'Exaerde A, Urade Y, Qu WM, Huang ZL, Lazarus M. Slow-wave sleep is controlled by a subset of nucleus accumbens core neurons in mice. Nat Commun. 2017 Sep 29;8(1):734. doi: 10.1038/s41467-017-00781-4. PMID: 28963505; PMCID: PMC5622037.
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背侧纹状体A2A受体阳性神经元调控动物活动期睡眠行为
帕金森病是一种严重的基底神经节病变疾病，白天睡眠过多严重影响患者日常生活。背侧纹状体是基底神经节的主要输入核团，其神经元大量表达腺苷A2A受体。研究人员利用药理遗传、光遗传、免疫电镜和电生理等技术发现，小鼠背侧纹状体头端和中部的腺苷A2A受体阳性神经元通过控制外侧苍白球中的小清蛋白阳性神经元，调控动物活动期睡眠。这一调节作用，可能为治疗帕金森病人的白天嗜睡提供新的思路。论文发表以《纹状体腺苷A2A受体神经元通过外侧苍白球调控活跃期睡眠行为》（Striatal adenosine A2A receptor neuronscontrol active-period sleep via parvalbuminneurons in external globus pallidus）为题于2017年10月在《生命电子版》（eLife）杂志在线发表，博士后袁向山、青年副研究员王露和博士生董辉为该论文并列第一作者。黄志力教授和解剖学系李瑞锡教授为论文共同通讯作者。
文献：Yuan XS, Wang L, Dong H, Qu WM, Yang SR, Cherasse Y, Lazarus M, Schiffmann SN, d'Exaerde AK, Li RX, Huang ZL. Striatal adenosine A2A receptor neurons control active-period sleep via parvalbumin neurons in external globus pallidus. Elife. 2017 Oct 12;6:e29055. doi: 10.7554/eLife.29055. PMID: 29022877; PMCID: PMC5655138.
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酒精通过腺苷A2A受体促进睡眠
饮酒可导致深度睡眠，但神经生物学机制不明。黄志力课题组研究人员发现敲除小鼠腺苷A2A受体，可以明显消除由酒精所引起的促眠作用。提示酒精是通过脑内的腺苷A2A受体发挥促眠作用。如果在酒精饮用前给予腺苷受体拮抗剂咖啡因，可有效对抗酒精的促眠作用；若在酒精用药后给予咖啡因，酒精引起的促眠作用不能被对抗。由于饮酒前使用咖啡因能对抗酒精的促眠作用，表现出饮酒量增加，但机体对酒精清除能力没有改变，易导致酒精过量摄入，增大酒精对机体损伤风险。该工作成果以《腺苷A2A受体介导酒精的促眠作用》（Adenosine A2A receptor mediates hypnotic effects of ethanol in mice）为题于2017年9月发表在《科学报告》（ScientificReports）杂志，课题组博士生方腾为第一作者，黄志力教授和曲卫敏教授为通讯作者。
文献：Fang T, Dong H, Xu XH, Yuan XS, Chen ZK, Chen JF, Qu WM, Huang ZL. Adenosine A2A receptor mediates hypnotic effects of ethanol in mice. Sci Rep. 2017 Oct 4;7(1):12678. doi: 10.1038/s41598-017-12689-6. PMID: 28978989; PMCID: PMC5627250.
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2018年4月，复旦大学基础医学院黄志力课题组杨素荣等研究发现吻内侧被盖核神经元具有生理性睡眠促进作用，并参与睡眠内稳态调控。4月17日，相关研究成果以《吻内侧被盖核是非快动眼睡眠的关键核团》(The Rostromedial Tegmental Nucleus is Essential for Non-Rapid Eye Movement Sleep)为题在线发表于《美国科学公共图书馆生物学》（PLOS Biology）杂志。
抑郁、药物成瘾、帕金森病等神经精神疾患的发病率呈逐年上升趋势，严重危害人类健康。上述疾病伴有严重的睡眠紊乱，究其原因与脑内多巴胺能神经元功能失调密切相关。寻找脑内多巴胺活性调控机制是急需解决的科学问题。吻内侧被盖核（Rostromedial Tegmental Nucleus，RMTg）是新鉴定的由γ-氨基丁酸（GABA）能神经元组成的脑干结构，向中脑多巴能神经元有广泛的纤维投射。研究团队运用高度自动化睡眠觉醒解析系统，采用化学遗传学方法激活大鼠RMTg神经元发现，动物睡眠总量明显增加，睡眠深度提高。毁损RMTg神经元或抑制其活性，动物睡眠量及睡眠深度降低。RMTg毁损动物在强制觉醒后的睡眠反弹期（正常大鼠表现为睡眠量增多和睡眠深度提高），睡眠深度变浅，提示RMTg是睡眠内稳态调控的重要基础。神经环路研究显示：RMTg活性增高，释放抑制性递质GABA，抑制中脑多巴胺能神经元活性，促进睡眠；RMTg活性降低，中脑多巴胺能神经元去抑制，其活性增加，诱发觉醒（附图）。
研究结果阐明: RMTg是睡眠启动和维持不可或缺的核团，是脑内多巴胺系统的重要“刹车”。这为临床治疗多巴胺能神经功能异常的失眠症提供了新思路，为改善情感性疾病睡眠障碍提供了潜在治疗靶点。
吻内侧被盖核（RMTg）GABA能神经元兴奋时抑制下游多巴胺能神经元，促进睡眠；RMTg抑制时，通过解除对下游多巴胺能神经元的抑制，增加多巴胺活性，促进觉醒。
文献：Yang SR, Hu ZZ, Luo YJ, Zhao YN, Sun HX, Yin D, Wang CY, Yan YD, Wang DR, Yuan XS, Ye CB, Guo W, Qu WM, Cherasse Y, Lazarus M, Ding YQ, Huang ZL. The rostromedial tegmental nucleus is essential for non-rapid eye movement sleep. PLoS Biol. 2018 Apr 13;16(4):e2002909. doi: 10.1371/journal.pbio.2002909. PMID: 29652889; PMCID: PMC5919677.
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医学神经生物学国家重点实验室、复旦大学脑科学研究院黄志力课题组与日本北海道大学本間Sato团队合作，在次昼夜节律发生机制上取得重要进展。2018年9月18日，相关研究成果以“Ultradian Calcium Rhythms in the Paraventricular Nucleus and Subparaventricular Zone in the Hypothalamus”为题，在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）。
生物节律在动植物中广泛存在，最常见的是周期为24小时的昼夜节律。然而，哺乳动物的某些行为或功能还表现出周期短于24小时的次昼夜节律，如人类夜间的快动眼-非快动眼睡眠循环、下丘脑内激素分泌和体温调节等。但次昼夜节律的产生位点及机制不明，是生物节律研究领域重要的科学问题。
为探索次昼夜节律的发生机制，研究人员在新生4-6天小鼠的脑切片上表达钙离子指示剂GCaMP6s蛋白，该蛋白可以被激发，产生荧光并随细胞内钙离子的动态变化而发生强度变化，钙信号的强弱反映神经元的活动度。利用实时荧光成像技术（Time-lapse imaging）连续一周以上监测离体脑片中神经元钙离子浓度的变化，发现在下丘脑室旁核（PVN）、室旁下核（SPZ）区域和一部分视交叉上核（SCN）区域，存在周期为0.5～4小时的次昼夜节律。这种次昼夜节律从SPZ-PVN区域产生，次昼夜节律信号可以反馈到昼夜节律中枢SCN（图一）。通过药理学手段，进一步发现谷氨酸能系统参与了次昼夜节律的形成，钠离子通道阻断剂TTX敏感的神经网络参与次昼夜钙节律的同步化。
本研究首次发现了下丘脑室旁核和室旁下核存在次昼夜节律，揭示了次昼夜节律的产生位点和神经网络机制。研究结果对理解动物睡眠周期、体温调节和激素分泌等行为或功能的次昼夜节律具有重要启示，可能为开发生物节律异常和睡眠障碍的新疗法提供新思路。
文献：Wu YE, Enoki R, Oda Y, Huang ZL, Honma KI, Honma S. Ultradian calcium rhythms in the paraventricular nucleus and subparaventricular zone in the hypothalamus. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Oct 2;115(40):E9469-E9478. doi: 10.1073/pnas.1804300115. Epub 2018 Sep 18. PMID: 30228120; PMCID: PMC6176559.
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与昼行的人类相反，夜行动物白天休息、夜晚活动。如果在白天解除小鼠睡眠期的光照，动物会快速清醒，但其机制不明。黄志力课题组发现，视网膜神经节细胞-上丘γ-氨基丁酸能神经元-腹侧被盖区多巴胺能神经元神经通路介导了急性黑暗暴露诱发小鼠觉醒效应，为临床治疗异常光照引起睡眠紊乱相关疾病提供了新思路。2019年1月31日，该研究成果以《上丘γ-氨基丁酸能神经元在黑暗暴露诱发小鼠觉醒效应中起到关键作用》(“Superior Colliculus GABAergic Neurons Are Essential for Acute Dark-Induction of Wakefulness in Mice”) 为题，发表于国际权威期刊《当代生物学》(Current Biology)。
博士生张泽、刘雯樱等利用转基因小鼠，结合光遗传和化学遗传学操纵、选择性损毁神经元及多导睡眠图记录等研究手段，发现特异性损毁上丘γ-氨基丁酸能神经元或腹侧被盖区多巴胺能神经元后，急性黑暗介导的动物促觉醒效应完全消失，揭示这两种神经元在急性黑暗介导的促觉醒效应中扮演着不可或缺的角色。通过病毒示踪、离体电生理并结合光遗传学方法研究神经环路发现，视网膜神经节细胞能够直接调控上丘γ-氨基丁酸能神经元的活性并与其形成单突触连接，上丘γ-氨基丁酸能神经元也通过单突触连接对腹侧被盖区多巴胺能神经元进行直接的功能性支配。阐明该神经环路机制，可能为治疗光照异常导致的生物节律紊乱和睡眠障碍等疾病提供新靶点。
急性黑暗暴露诱发小鼠觉醒的神经环路机制
急性黑暗暴露取消视网膜对上丘（SC）γ-氨基丁酸能神经元的兴奋作用，进而解除SC对腹侧被盖区（VTA）多巴胺能神经元的抑制；VTA多巴胺能神经元兴奋，诱发觉醒。视网膜神经节细胞, retinal ganglion cell, RGC; 上丘, superior colliculus, SC; 腹侧被盖区, ventral tegmental area, VTA
文献：Zhang Z, Liu WY, Diao YP, Xu W, Zhong YH, Zhang JY, Lazarus M, Liu YY, Qu WM, Huang ZL. Superior Colliculus GABAergic Neurons Are Essential for Acute Dark Induction of Wakefulness in Mice. Curr Biol. 2019 Feb 18;29(4):637-644.e3. doi: 10.1016/j.cub.2018.12.031. Epub 2019 Jan 31. PMID: 30713103.
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2020年10月，复旦大学黄志力课题组聚焦腹侧苍白球对觉醒与动机行为的作用，在该领域取得重要突破，相关研究成果于10月14日以《Ventral pallidal GABAergic neurons control wakefulness associatedwith motivation through the ventral tegmental pathway》为题，在线发表于《分子精神病学》（Molecular Psychiatry）杂志 。
黄志力课题组之前发现，存在于伏隔核中的多巴胺D1受体和D2受体阳性神经元分别调控觉醒和睡眠 ，腹侧苍白球是这二类神经元的下游核团之一，但其本身是否调控觉醒和动机行为不明。研究人员运用神经科学最前沿的研究方法，发现腹侧苍白球中一类抑制性GABA能神经元在觉醒期活性升高，而在睡眠期降低，提示GABA能神经元可能调控觉醒，变性或抑制此类神经元显著降低觉醒并抑制动机行为；通过特异性操控神经元活性的化学遗传学和光遗传学等方法，研究人员揭示了腹侧苍白球中GABA能神经元调控觉醒并增强动机行为的机制是通过中脑腹侧被盖区多巴胺能神经元的去抑制，并系统地阐明了伏隔核-腹侧苍白球-中脑腹侧被盖区调控动机行为和觉醒的神经环路。
该研究揭示了腹侧苍白球中GABA能神经元是觉醒和动机行为的整合中枢；直接调控生理性觉醒；传统观念中GABA是抑制性递质，常与促眠和麻醉机制相关 [3, 4, 6]，本研究发现释放GABA神经递质的腹侧苍白球神经元直接促进觉醒并增强动机。伏隔核与药物成瘾和戒断密切相关，成瘾和戒断均伴有睡眠障碍。研究结果可能为临床治疗睡眠障碍、药物成瘾等精神疾病提供新思路。
复旦大学博士生李亚东和罗艳佳为该论文第一作者，黄志力教授和曲卫敏教授为共同通讯作者。
图：腹侧苍白球（VP）中抑制性GABA能神经元调控觉醒，变性或抑制此类神经元显著降低觉醒并抑制动机行为。其机制是通过中脑腹侧被盖区（VTA）多巴胺能神经元的去抑制。
文献：Li YD, Luo YJ, Xu W, Ge J, Cherasse Y, Wang YQ, Lazarus M, Qu WM, Huang ZL. Ventral pallidal GABAergic neurons control wakefulness associated with motivation through the ventral tegmental pathway. Mol Psychiatry. 2021 Jul;26(7):2912-2928. doi: 10.1038/s41380-020-00906-0. Epub 2020 Oct 14. PMID: 33057171; PMCID: PMC8505244.
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2020年11月11日，复旦大学基础医学院黄志力教授联合华山医院王坚团队，在国际著名神经病学期刊 Brain 发表了题为：Propagated a-synucleinopathy recapitulates REM sleep behaviour disorder followed by parkinsonian phenotypes in mice 的研究论文。
从基础睡眠环路的角度描述了小鼠SLD核团的解剖学定位，并在此基础上，从快动眼睡眠期行为障碍向帕金森病临床病理转归的角度，通过向小鼠脑桥被盖核（SLD）定向注射a-突触核蛋白预制纤维体（PFFs），成功地构建了以SLD核团局部a-syn病理性沉积和功能性神经元进行性丢失为组织病理基础的突触核蛋白病理性快动眼睡眠期行为障碍小鼠模型。
不同于现有的“静态” 快动眼睡眠期行为障碍动物模型，该小鼠模型可“动态”转归，出现帕金森样行为及组织病理表型，由此而成功模拟快动眼睡眠期行为障碍发生、发展及其向帕金森样表型转归进展的完整病理生理过程。
该模型的成功构建，不仅有助于阐明快动眼睡眠期行为障碍发生发展的病理生理学机制，而且可为开发具有病程修饰作用的帕金森病治疗策略提供重要的模式动物基础。
复旦大学附属华山医院2017级博士研究生沈岩、助理研究员郁文博和沈博医生为本研究的共同第一作者，复旦大学黄志力、王坚和多伦多大学James Koprich为论文的共同通讯作者。
文献：Shen Y, Yu WB, Shen B, Dong H, Zhao J, Tang YL, Fan Y, Yang YF, Sun YM, Luo SS, Chen C, Liu FT, Wu JJ, Xiao BG, Yu H, Koprich JB, Huang ZL, Wang J. Propagated α-synucleinopathy recapitulates REM sleep behaviour disorder followed by parkinsonian phenotypes in mice. Brain. 2020 Dec 5;143(11):3374-3392. doi: 10.1093/brain/awaa283. PMID: 33170925.
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人生的三分之一在睡眠中度过。睡眠包括非快眼动和快眼动（Rapid eye movement，REM）二个时相。REM睡眠被认为与梦密切相关，其特征是低电压的快速脑电活动和躯体肌肉张力丧失。但REM睡眠期大部分脑区神经元活动增强，脑代谢与脑血流量增加，脑温升高；呼吸浅快且不规则，心率加快，血压波动，瞳孔时大时小；体温调节功能丧失；躯体肌肉呈完全松弛状态，但支配眼球和呼吸运动的肌肉持续活动，阴蒂或阴茎时有勃起。
2021年6月，黄志力课题组在《Progress in Neurobiology》杂志发表文章，在总结课题组REM睡眠机制相关研究的基础上，综述了REM睡眠调控模型新进展，包括交互作用模型、极限环模型、触发器模型等。如附图所示，在REM睡眠调控中，下外背侧被盖核（Sublaterodorsal tegmental nucleus，SLD）中的谷氨酸能神经元起关键作用。外背侧被盖核（Laterodorsal tegmental nucleus, LDT）和脑桥被盖核（Pedunculopontine tegmental nucleus, PPT）的胆碱能神经元，外侧旁巨细胞核（Lateral paragigantocellular nucleus, LPGi）、背侧旁巨细胞核（Dorsal paragigantocellularnucleus, DPGi）、中脑导水管周围灰质腹外侧部（Ventrolateral periaqueductal gray, vlPAG）、脑桥被盖外侧部（Lateral pontine tegmentum，LPT）及脊髓中γ-氨基丁酸能神经元在REM睡眠的维持和肌肉松弛中发挥调节作用。脑内REM睡眠活跃神经元兴奋后直接或间接抑制REM抑制神经元，启动和维持REM睡眠。
该综述还总结了与REM睡眠相关的两种典型疾病的神经生物学机制和可能的应对策略，即REM睡眠行为障碍（REM sleep Behavior Disorder，RBD）和发作性睡病（Narcolepsy）。
课题组王毅群副教授为本文第一作者，博士生刘雯樱为共同第一作者，黄志力教授为通讯作者。
文献：Wang YQ, Liu WY, Li L, Qu WM, Huang ZL. Neural circuitry underlying REM sleep: A review of the literature and current concepts. Prog Neurobiol. 2021 Sep;204:102106. doi: 10.1016/j.pneurobio.2021.102106. Epub 2021 Jun 16. PMID: 34144122.
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睡眠为了高效觉醒。白天嗜睡易导致工作效率降低、交通事故以及身心健康等问题。莫达非尼（Modafinil）是一种强效促觉醒药物，已用于发作性睡病、白天过度嗜睡的对症治疗。有研究表明莫达非尼可影响脑内多种神经递质的水平，如儿茶酚胺、5-羟色胺等。莫达非尼与多巴胺转运体有一定的亲和力，但其作用机制仍然不明。黄志力课题组利用实时脑电记录解析睡眠觉醒时相，荧光探针（dlight1.1）监测脑内多巴胺释放和浓度，特异性神经元凋亡毁损多巴胺能神经元等技术，揭示了中脑多巴胺能神经元在莫达非尼促觉醒中的关键作用。相关研究成果于2021年9月27日以《Mesencephalic dopaminergic neurons are essential for modafinil-induced arousal》为题，正式发表于英国药理学报（British Journal of Pharmacology）。
黄志力课题组之前发现莫达非尼促觉醒作用依赖多巴胺D1受体和D2受体。为探究莫达非尼发挥促觉醒作用的关键核团和作用机制，研究人员利用在体光纤记录实时监测法发现莫达非尼能够快速升高伏隔核（nucleus accumbens，NAc）和背侧纹状体（dorsal striatum，dStr）中的多巴胺水平，但另一种促觉醒药物咖啡因[3]，不影响多巴胺水平，说明咖啡因发挥促觉醒作用不是通过多巴胺系统。由于NAc和dStr接受中脑多巴胺能神经元的投射，研究人员借助DAT-Cre小鼠特异性损毁神经元，当腹侧被盖区（ventral tegmental area，VTA）和黑质致密部（substantia nigra pars compacta，SNc）的多巴胺能神经元完全被损毁时，莫达非尼的促觉醒作用消失（附图）。单独损毁VTA或SNc的多巴胺能神经元仅能够部分降低其促觉醒作用，VTA的重要性强于SNc。此外，单独损毁中缝背核的多巴胺能神经元对莫达非尼的促觉醒作用无影响。本研究表明，中脑多巴胺多巴胺能神经元对莫达非尼促觉醒作用至关重要。中脑残余的多巴胺能神经元数量与莫达非尼促觉醒时间呈正相关，测定莫达非尼的促觉醒时间可用于帕金森病患者中脑多巴胺能神经元丢失程度的初步评估。
复旦大学博士生杨燕飞和博士后董辉为该论文第一作者，黄志力教授和曲卫敏教授为共同通讯作者。
文献：Yang YF, Dong H, Shen Y, Li L, Lazarus M, Qu WM, Huang ZL. Mesencephalic dopamine neurons are essential for modafinil-induced arousal. Br J Pharmacol. 2021 Dec;178(24):4808-4825. doi: 10.1111/bph.15660. Epub 2021 Sep 26. PMID: 34399438.
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发作性睡病和睡眠呼吸暂停综合征都表现出白天过度困倦或嗜睡，严重影响患者的认知功能、思维能力和记忆力，降低工作效率和生活质量，甚至产生重大事故。临床上很多嗜睡患者病因不明，治疗缺乏有效手段。吉林大学王赞教授团队发现三例重度嗜睡患者（每日睡眠量超过20小时）的下丘脑室旁核（paraventricular hypothalamic nucleus， PVH）功能受损。据此临床观察，黄志力课题组提出PVH可能是调控觉醒的关键核团。
2021年11月，黄志力课题组陈长瑞等研究发现，PVH对启动和维持生理性觉醒具有重要作用，功能异常导致觉醒障碍。相关研究成果以《下丘脑室旁核功能障碍导致小鼠过多睡眠》(Dysfunctions of the paraventricular hypothalamic nucleus induce hypersomnia in mice)为题，在线发表于国际期刊《eLife》。
位于下丘脑第三脑室两侧的PVH是重要的神经内分泌核团，主要由谷氨酸能神经元构成，分泌催产素（oxytocin，OT）、促肾上腺激素释放激素（corticotropin-releasing hormone，CRH）、强啡肽原（prodynorphin， PDYN）等神经激素或调质2。研究团队采用转基因小鼠，结合在体光纤钙信号记录和高度自动化睡眠觉醒解析系统等方法，发现小鼠从睡眠向觉醒转换时，PVH谷氨酸能神经元的兴奋性突然增高，且觉醒期间持续维持高水平活动。在小鼠非活动期，化学遗传学方法特异性激活PVH谷氨酸能神经元，可引起长达9小时的持续觉醒；光遗传学方法瞬间激活该类神经元，可引发睡眠向觉醒的快速转换。相反，在小鼠活动期，特异性抑制或损毁PVH谷氨酸能神经元，可显著增加睡眠时间超过2 小时。迄今为止，虽有众多促觉醒核团被发现，但鲜有促觉醒核团损毁后能够导致重度嗜睡。
研究团队利用光遗传学等技术，进一步发现PVH的谷氨酸能神经元与臂旁核（parabrachial nucleus, PB）和外侧隔核（ventral lateral septum, LSv）存在功能性连接，激活PVH→PB/LSv通路能诱导睡眠向觉醒的转换。由于谷氨酸神经元与多种肽类等神经元存在共标，研究人员探究了PVH中CRH+，PDYN+和OT+神经元在睡眠觉醒调控中的作用，化学遗传学激活促肾上腺激素释放激素（CRH+）神经元可增加3小时觉醒，激活强啡肽原（PDYN+）或催产素（OT+）神经元增加1小时觉醒。这些结果揭示，PVH是调控觉醒起始和维持的关键核团，PVH功能紊乱会导致严重嗜睡。该研究为探究临床嗜睡症患者的病理生理机制提供了新方向。
eLife主编评价：该工作展示了下丘脑室旁核-臂旁核投射在调节觉醒中的新作用，相信eLife的读者将会很感兴趣。该研究拓展了睡眠和下丘脑领域的研究理论。
黄志力教授、曲卫敏教授和陈长瑞副教授为本文共同通讯作者，陈长瑞副教授和研究生仲昱衡、姜姗、徐薇为论文共同第一作者。此外，吉林大学王赞教授、复旦大学脑科学研究院肖雷研究员也做出了重要贡献。
文献：Chen CR, Zhong YH, Jiang S, Xu W, Xiao L, Wang Z, Qu WM, Huang ZL. Dysfunctions of the paraventricular hypothalamic nucleus induce hypersomnia in mice. Elife. 2021 Nov 17;10:e69909. doi: 10.7554/eLife.69909. PMID: 34787078; PMCID: PMC8631797.
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帕金森病（PD）是一种神经退行性疾病，其特征为基底神经节（BG）多巴胺能细胞进行性丢失，患者伴有严重的睡眠障碍，包括白天过度嗜睡等。背侧纹状体作为BG的主要信息入口，整合谷氨酸、多巴胺、腺苷等睡眠觉醒相关的神经递质及调质信息，提示其可能调控睡眠觉醒行为。
近日，复旦大学黄志力课题组发现背侧纹状体多巴胺D1受体（Dopamine D1receptor，D1R）阳性神经元参与觉醒的启动和维持。2022年1月12日，相关研究成果以“纹状体多巴胺D1受体阳性神经元促进小鼠觉醒”为题，在线发表于Current Biology。
研究团队利用光遗传学、化学遗传学、光纤钙信号测定神经元活性和脑电/肌电记录等方法研究了背侧纹状体D1R神经元调控睡眠觉醒的作用及神经环路。结果发现光遗传学激活背侧纹状体D1R神经元诱导小鼠从非快眼动 (non-rapid eye movement，NREM) 睡眠到觉醒的快速转变，而抑制纹状体 D1R 神经元活性，显著减少小鼠觉醒时长。结果提示纹状体D1R 神经元参与调控觉醒。
神经元钙活动结果显示：纹状体 D1R 神经元在觉醒期高度活跃，在NREM睡眠期安静。高频声音刺激、足底电刺激或喷气等提高小鼠觉醒度，均可活化纹状体 D1R 神经元。多通道光纤记录发现：纹状体D1R 神经元的活动与其上游核团神经元高度同步，包括前额叶皮层（prefrontal cortex，PFC）和背内侧丘脑（mediodorsal thalamus，MD）等。化学遗传学抑制上游PFC和MD神经元活性，可减弱纹状体 D1R 神经元活动度。光遗传学激活上游通路（皮质-纹状体、丘脑-纹状体以及黑质-纹状体）可以诱导小鼠觉醒。研究纹状体 D1R 神经元下游通路，发现光遗传激活纹状体-苍白球内侧部 (entopeduncular nucleus, EP, also called GPi)和纹状体-黑质网状部 (substantia nigra pars reticulata, SNr)，D1R 神经元释放GABA递质，抑制苍白球内侧部和黑质网状部的睡眠核团，可促进小鼠觉醒。以上结果表明：纹状体 D1R 神经元整合上游信号，通过下游核团（苍白球和黑质）调控小鼠觉醒。
图：纹状体多巴胺D1受体阳性神经元调控觉醒的机制。纹状体 D1R 神经元整合上游前额叶皮层（PFC）、背内侧丘脑（MD）和黑质致密部（substantia nigra pars compacta, SNc）信号，通过释放GABA抑制下游核团苍白球(EP)和黑质网状部(SNr)，调控小鼠觉醒。
本研究揭示了背侧纹状体 D1R 神经元调控觉醒及神经环路机制，为觉醒调控体系增加了新核团，为相关疾病伴发睡眠障碍的治疗提供潜在策略。
黄志力和曲卫敏教授为本文共同通讯作者，课题组董辉、陈泽卡、郭涵及袁向山为论文共同第一作者。
文献：Striatal neurons expressing dopamine D1 receptor promote wakefulness in mice. Current Biology 2022. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.12.026
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