科学家们揭示了控制睡眠稳态的双氧水信号机制

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)研究员刘丹倩研究小组成立了化学遗传学与光遗传学技术体系，监测双氧水(H2O2)的动态，准确控制其浓度，并首次揭示了H2O2作为氧化还原信号分子参与睡眠稳态调节的因果作用及其神经机制。结果支持睡眠抗氧化功能假设，为氧化还原信号的准确研究提供了全新的范式，也为干扰衰老和神经退行性疾病的失眠提供了抗氧化治疗的新思路。5月15日，细胞表相关研究。

1994年，E. Reimund提出了“睡眠自由基理论”，认为自由基在觉醒状态下积累或触发睡眠信号之一。虽然果蝇研究提供了初步支持，但哺乳动物的研究长期受到活性氧的影响(ROS)缺乏证据表明信号的复杂性和技术手段。

研究小组在老鼠模型中发现，6小时的睡眠带走导致多个大脑区域的ROS水平升高，其中睡眠调节相关大脑区域的变化最为明显。在此基础上，研究小组系统监测了睡眠清醒周期中各种神经元类型的信号动态特征，发现中脑黑色网状部分(SNr)随着觉醒时间的延长，GAD2睡眠神经元胞浆中H2O2水平的特异性上升，这种趋势可以在自然觉醒和强迫觉醒中观察到，这表明H2O2的动态变化可以作为睡眠压力的重要分子表征。

此外，研究小组还建立了细胞类型特异性H2O2在体内控制系统，从而明确了其在睡眠稳态控制中的因果关系。系列实验数据显示，GAD2睡眠神经元中的胞浆H2O2适当上升可以驱动睡眠，而H2O2的下降可以减少睡眠需求，H2O2需要保持在适当的生理范围内。浓度失调可能参与与衰老和神经退行性疾病相关的失眠机制。

与此同时，研究小组明确了睡眠神经元感应氧化还原信号的关键分子机制。在SNrr中，H2O2的促睡效应取决于TRPM2正离子通道。 TPRM2在GAD2睡眠神经元中的敲降显著削弱了H2O2诱发的神经元兴奋性增强、睡眠促进及其对睡眠稳态的调节。

研究小组表示，与传统观点将ROS视为细胞毒性因素不同，本研究明确指出，在生理浓度范围内，大脑中的ROS信号(尤其是H2O2)是睡眠调节环路的关键信号分子，通过将醒来过程中积累的氧化还原失调转化为促进睡眠的信号，可以驱动睡眠，从而帮助大脑恢复氧化还原稳定状态。