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睡眠稳态:过氧化氢通过TRPM2通道促进睡眠起始神经机制 2025年5月15日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心刘丹倩研究组(博士研究生田玉静为第一作者)在Cell Metabolism上发表了题为“Hydrogen peroxide in midbrain sleep neurons regulates sleep homeostasis”的研究论文。该研究揭示了过氧化氢(H₂O₂)作为氧化还原信号分子在睡眠稳态调控中的关键作用,为理解睡眠与氧化应激的关系提供了新视角。 研究背景 睡眠对维持动物健康至关重要,有助于恢复体力并抵御氧化损伤。然而,氧化还原状态与睡眠稳态之间的具体相互作用机制尚未阐明。已有研究提示睡眠可能具有抗氧化功能,但缺乏具体的信号分子和调控路径证据。 研究目的 研究旨在明确氧化还原信号分子,特别是过氧化氢(H₂O₂),在睡眠稳态调控中的作用及其神经机制,以期为睡眠障碍的干预提供新的科学依据。 研究方法与结果 研究团队首先采用急性睡眠剥夺(SD)模型,对小鼠进行睡眠剥夺实验,并检测大脑氧化水平的变化。结果显示,睡眠剥夺导致大脑整体氧化水平显著升高,尤其是在促进睡眠的区域,提示睡眠剥夺可能引发大脑氧化应激增加。 为了深入探究H₂O₂在睡眠调控中的作用,研究团队利用体内成像技术,对黑质睡眠神经元中细胞内H₂O₂的实时动态变化进行了观测。研究发现,在黑质睡眠神经元中,细胞质内而非线粒体中H₂O₂水平的升高与睡眠负债相关,且与清醒持续时间呈正相关。这一发现为追踪自发性清醒状态提供了新的生物标志物。 进一步地,研究团队通过可控地调控神经元内H₂O₂水平,发现H₂O₂水平的升高是补偿性睡眠所必需的。当H₂O₂水平升高时,通过瞬时受体电位香草酸亚型2(TRPM2)通道的信号传导,能够因果性地促进睡眠起始,从而恢复睡眠稳态。这一结果表明,H₂O₂在睡眠调控环路中发挥着关键作用,能够将觉醒过程中积累的氧化还原失衡转化为促进睡眠的信号。 研究结论 该研究首次明确了过氧化氢(H₂O₂)作为氧化还原信号分子在睡眠稳态调控中的核心作用。在生理浓度范围内,大脑中的H₂O₂能够将觉醒过程中积累的氧化还原失衡转化为促进睡眠的信号,通过TRPM2通道的信号传导,因果性地促进睡眠起始,从而协助大脑恢复氧化还原稳态。这一发现不仅支持了睡眠的抗氧化功能假说,还揭示了氧化性良性应激在睡眠稳态中的重要性。
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