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睡眠是一个保守的生物过程，对于体内平衡恢复、记忆巩固和代谢物清除是必要的。目前的理解是，清醒/睡眠是由跨越脑干、基底前脑、下丘脑和丘脑的复杂神经回路控制的。此外，觉醒/睡眠受睡眠稳态因子和昼夜节律信号的调节，分别决定睡眠的质量和时间。褪黑素 (MLT)是松果体释放的一种内源性吲哚胺激素，是决定清醒/睡眠时间的重要昼夜节律信号。此外，MLT 在临床上被作为一种有效的治疗药物，通过调节昼夜节律来帮助调节睡眠。

位于第三脑室下方的丘脑室旁核 (PVT)是控制清醒的关键丘脑核。PVT 的激活诱导睡眠到清醒的过渡，而抑制其活性则导致非快速眼动（NREM）睡眠的增加。此外，PVT 神经元的内在特性在光/暗周期中呈现昼夜变化并表达 MLT 受体，暗示 MLT 可能调节 PVT 神经元活性的可能性。因此，解析 MLT 在调节睡眠中的神经环路不仅有助于目前对睡眠昼夜节律调节的理解，而且还将为 MLT 在睡眠障碍中的临床应用提供见解。

陆军军医大任栓成/胡志安团队在 Cell 子刊Current Biology发表研究（图 1）。在 C3 H/HeJ 小鼠中，课题组发现 MLT 受体在 PVT 神经元上密集表达，并表现出昼夜依赖性的变化。外源性 MLT 的应用抑制了 PVT 神经元的兴奋性，导致膜电位超极化和动作电位放电减少。在自由行为的小鼠群体和单个神经元水平上，MLT 也降低了 PVT 神经元的自发活动。此外，药理学操作表明，外源 MLT 局部注入 PVT 促进 NREM 睡眠，增加 NREM 睡眠持续时间，而 MLT 受体拮抗剂减少 NREM 睡眠。此外，选择性地抑制 PVT 内源性 MLT 受体表达会减少 NREM 睡眠，同时相应增加清醒程度。综上所述，这些结果表明PVT 是 MLT 促进 NREM 睡眠的重要靶点。

图 1 相关研究

1. MLT 通过作用于 MT1R 和 MT2R 抑制 PVT 神经元的兴奋性

MLT 是否可以调节 PVT 神经元的活动？考虑到广泛使用的 C57BL/6J 小鼠无法合成 MLT，作者选择具有完整的 MLT 合成机制的 C3 H/HeJ 小鼠作为研究对象。作者首先用免疫荧光检测 MLT 受体的表达，发现 MT1R 和 MT2R 在 PVT 中高度表达，并表现出与昼夜节律相关的变化。MLT 受体的大量表达提示 MLT 对 PVT 神经元的活动具有潜在的调节作用。体外膜片钳记录表明，MLT 通过靶向突触后 MLT 受体直接抑制 PVT 神经元的兴奋性（图 2）。

图 2 MLT 通过作用于 MT1R 和 MT2R 抑制 PVT 神经元的兴奋性

2. MLT 降低自由运动小鼠 PVT 神经元的自发活动

MLT 对 PVT 神经元自发活动的影响？利用 c-Fos 染色和多通道电生理记录，作者证实大多数记录的 PVT 神经元的活动被 MLT 抑制，MLT 显著降低了 PVT 神经元的放电率。上述结果表明，MLT 降低了 PVT 神经元体内自发群体 Ca2+活性和单神经元峰活动（图 3）。

图 3 MLT 降低自由运动小鼠 PVT 神经元的自发活动

3. 药理操作 PVT 中 MLT 信号双向调节 NREM 睡眠

MLT 信号在 PVT 觉醒/睡眠调节中是否起重要作用？作者进行药理学实验，通过脑电图/肌电图记录来操纵 MLT 信号。在 PVT 局部注入 MLT 后，NREM 睡眠显著增加，清醒度相应减少。此外，作者发现阻断 PVT 中的 MLT 受体导致清醒度增加，NREM 睡眠减少，而快速眼动睡眠无明显变化。这些结果表明，MLT 可以作用于 PVT 促进 NREM 睡眠（图 4）。

图 4 药理操作 PVT 中 MLT 信号双向调节 NREM 睡眠

4. PVT 内源性 MLT 信号对 NREM 睡眠至关重要

PVT 在介导 MLT 促进 NREM 睡眠中的作用？作者使用靶向两种受体的 RNA 干扰策略，将 shRNA 病毒注射到 C3 H/HeJ 小鼠的 PVT，以干扰 MLT 受体的表达。注射病毒 3-4 周后，小鼠的清醒/睡眠状态发生显著变化，清醒度显著增加，NREM 睡眠相应减少（图 5）。

图 5 PVT 内源性 MLT 信号对 NREM 睡眠至关重要

作者的研究发现 MLT 受体在 PVT 中高表达，MLT 通过结合突触后 MT1R 和 MT2R 直接抑制 PVT 神经元。纤维光度测定和电生理记录实验表明，MLT 抑制了自发的群体和单神经元活动。外源性 MLT 进入 PVT 增加了 NREM 睡眠，而 MLT 受体拮抗剂显著减少了 NREM 睡眠。此外，使用 RNAi 特异性地敲除 MLT 受体会导致 NREM 睡眠显著减少，而清醒度增加。综上所述，这些结果表明PVT 是介导 MLT 对觉醒/睡眠影响的重要靶点。

图 6 褪黑素促进非快速眼动睡眠机制

参考文献：

Wang et al., Melatonin targets the paraventricular thalamus to promote non-rapid eye movement sleep in C3 H/HeJ mice, Current Biology (2024).

原标题：睡眠领域新突破！陆军军医大胡志安团队解析褪黑素促进睡眠重要靶点

本文作者：七七，来源：丁香学术，转载于网易号，转载引用请注明原出处