果蝇腹神经索中谷氨酸门控氯离子通道GluClα通过增强两对神经元兴奋性促进睡眠的机制研究

本研究针对果蝇睡眠调控中谷氨酸信号通路的分子机制这一关键科学问题，通过神经细胞特异性敲降实验发现腹神经索(VNC)中两对表达谷氨酸门控氯离子通道GluClα的神经元接收抑制性谷氨酸输入，证实GluClα通过介导这种抑制性输入促进夜间睡眠。该研究首次阐明GluClα在无脊椎动物睡眠调控中的具体作用机制，为理解睡眠的进化保守性提供了新视角。

　　

睡眠作为从线虫到人类都高度保守的行为，其调控机制一直是神经科学领域的研究热点。在哺乳动物中，谷氨酸是经典的促觉醒神经递质，但在模式生物果蝇中，谷氨酸对睡眠的调控作用却充满争议——既有研究显示其具有促觉醒作用，也有证据表明可能促进睡眠。这种矛盾现象暗示谷氨酸在果蝇中可能通过特定神经环路发挥差异化调控，但具体作用机制始终未能阐明。东南大学的研究团队在《Neuroscience Bulletin》发表的研究，首次揭示了腹神经索中两对特定神经元通过谷氨酸门控氯离子通道GluClα接收抑制性输入来促进睡眠的精细机制。

研究采用RNAi筛选、双光子钙成像、GRASP（突触伙伴间GFP重构）技术、特定神经元激活/抑制等关键技术方法，使用GAL4/UAS系统进行细胞特异性操控，并通过TriKinetics果蝇活动监测系统进行睡眠行为分析。

在结果部分，"GluClα缺失显著减少夜间睡眠"小节显示，通过全神经元nSyb-GAL4驱动vGluT（囊泡谷氨酸转运体）和GluClα的RNAi敲降，发现两者缺失均导致夜间睡眠时间减少、睡眠片段化。利用GluClα^glc1突变体与缺失突变体Df(3R)BSC636的互补实验进一步验证表型。

"腹神经索来源的GluClα促进夜间睡眠"部分通过20多种GAL4驱动子的筛选，发现23E10-GAL4和c205-GAL4标记的VNC神经元（而非传统认为的背扇形体dFB神经元）是睡眠调控的关键位点。借助tsh-GAL80和Otd-FLP等工具排除dFB神经元的干扰，确证VNC神经元的特异性作用。

"两对VNC神经元中GluClα缺失导致夜间睡眠减少"章节通过稀疏标记和功能实验，鉴定出两对位于后胸神经节的神经元，其轴突投射至中胸神经节和脑部咽下神经节(SOG)。特异性敲降这些神经元的GluClα重现睡眠减少表型，而表达NaChBac激活这些神经元同样减少睡眠。

"GluClα介导谷氨酸门控抑制性输入"部分通过钙成像显示，野生型神经元对谷氨酸刺激呈现快速钙响应，而GluClα缺失神经元反应迟缓。GRASP实验证实这些神经元与谷氨酸能神经元形成直接突触联系，突触前标记Syt::GFP显示其向SOG的投射模式。

这项研究首次阐明：1）果蝇VNC中存在两对通过GluClα接收谷氨酸抑制性输入的睡眠调控神经元；2）这些神经元整合外周谷氨酸信号后向脑部传递睡眠信息；3）GluClα作为抑制性通道在无脊椎动物睡眠调控中具有重要作用。该发现不仅解决了谷氨酸在果蝇睡眠中作用机制的争议，更揭示了脊髓水平神经环路在睡眠调控中的保守性机制，为理解睡眠障碍疾病提供了新的分子靶点。特别值得注意的是，GluClα与人类甘氨酸受体GLRA1的同源性，暗示这类配体门控氯离子通道在睡眠调控中可能具有跨物种的保守功能。