睡眠依赖性生长激素释放的神经内分泌环路机制解析

研究人员针对睡眠如何调控生长激素(GH)释放这一关键问题，通过光遗传学、化学遗传学等技术，揭示了ARC区GHRH神经元和PeV区SST神经元通过不同通路调控GH释放的神经环路机制，并发现GH通过激活蓝斑(LC)去甲肾上腺素能神经元形成负反馈环路。该研究为理解睡眠与代谢的互作机制提供了新见解。

　　

睡眠作为生命必需的基本生理过程，与机体代谢和生长发育密切相关。其中生长激素(Growth Hormone, GH)的分泌与睡眠周期存在显著关联，但长期以来，睡眠如何精确调控GH释放的神经环路机制尚不明确。GH作为促进蛋白质合成、调节葡萄糖稳态的关键激素，其分泌异常会导致肌肉萎缩、胰岛素抵抗等代谢疾病。传统研究已知下丘脑生长激素释放激素(Growth Hormone-Releasing Hormone, GHRH)神经元和生长抑素(Somatostatin, SST)神经元分别通过刺激和抑制垂体生长激素细胞来调控GH分泌，但这些神经元如何响应不同睡眠时相（非快速眼动睡眠NREM和快速眼动睡眠REM）的动态变化，以及GH分泌如何反馈调节睡眠-觉醒状态，仍是未解之谜。

加州大学伯克利分校的Xinlu Ding和Yang Dan团队在《Cell》发表的研究，综合运用光遗传学操控、化学遗传学干预、双通道纤维光度钙成像、光电极记录等技术，首次系统阐明了睡眠依赖性GH释放的神经环路机制。研究发现ARC区GHRH神经元在REM睡眠期呈现爆发性活动，通过垂体门脉系统促进GH释放；而PeV区SST神经元通过投射至正中隆起直接抑制垂体，ARC区SST神经元则通过局部抑制GHRH神经元间接调控GH分泌。更突破性地发现GH可通过激活蓝斑(Locus Coeruleus, LC)去甲肾上腺素能神经元增强觉醒，形成"睡眠-GH分泌-觉醒"的负反馈环路。

关键技术方法包括：1)在GHRH-Cre和SST-Cre小鼠中分别进行ARC和PeV脑区的靶向病毒注射；2)通过光纤光度法同步记录GHRH和SST神经元在睡眠-觉醒周期中的钙活动；3)采用狂犬病毒逆向示踪和氟金标记技术解析神经投射；4)结合脑电/肌电记录分析光遗传刺激对GH分泌和睡眠状态的影响；5)通过CRISPR/SaCas9基因编辑验证GH受体(GHR)在LC神经元中的功能。

主要研究结果：

睡眠增强GHRH诱导的GH释放
通过ARC区GHRH神经元的光遗传激活实验发现，5Hz刺激在NREM和REM睡眠期诱发的GH释放显著高于清醒期（NREM vs 清醒p=0.046，REM vs 清醒p=0.0014）。内源性GH水平在睡眠期也显著升高（NREM vs 清醒p=0.001，REM vs 清醒p=0.0005）。化学遗传激活GHRH神经元后，剥夺睡眠会显著抑制GH升高效应(p<0.0001)，证实睡眠状态是GHRH促GH释放的必要条件。

GHRH神经元活动的睡眠-觉醒依赖性
通过光纤光度法和光电极记录发现，ARC区GHRH神经元在REM睡眠期活动最强，在NREM→REM转换时钙信号急剧升高（增加2.12±0.31 Z-score），在REM→觉醒转换时迅速降低。单细胞记录显示GHRH神经元在REM期的放电频率显著高于NREM和清醒状态（REM vs NREM p=0.0007，REM vs 清醒p<0.0001）。

两类SST神经元对GH释放的调控
狂犬病毒逆向追踪和氟金标记实验显示，ARC区SST神经元主要与GHRH神经元形成局部环路（共标率82.3±3.1%），而PeV区SST神经元直接投射至正中隆起（ME区投射面积占比71.5±4.2%）。光遗传激活ARC区SST神经元可立即抑制GHRH神经元活动（ΔF/F降低0.41±0.05，p=0.0022），化学遗传抑制两类SST神经元均能显著升高GH水平（ARC区p<0.0001，PeV区p=0.0089）。

SST神经元活动的时相特征
双通道钙成像显示，PeV区SST神经元在REM期活动增强（REM vs NREM p<0.0001），但在NREM→觉醒转换时出现小幅升高；而ARC区SST神经元活动模式与GHRH神经元高度相似（REM vs NREM p=0.0002）。这种差异提示NREM期GH释放增加源于GHRH活动适度增强与SST活动减弱的净效应。

GH对LC神经元的反馈调节
原位杂交显示LC去甲肾上腺素能神经元高表达GHR（TH⁺神经元中83.6±2.4%）。静脉注射GH可显著增加LC神经元c-Fos表达（p=0.0003），该效应在CRISPR敲降GHR后消失（p=0.0042）。电生理记录证实GH通过GHR增强LC神经元兴奋性（200pA电流诱发 spikes/s：对照组增加4.2±0.6，p=0.001；GHR敲降组无变化）。脑室注射GH能显著增加觉醒时间（p=0.004），形成负反馈调节环路。

该研究首次完整揭示了"睡眠-GH分泌-觉醒"的闭环调控机制：1)REM期通过GHRH神经元爆发性活动和SST神经元的同步激活实现GH脉冲式分泌；2)NREM期通过GHRH适度激活与SST抑制解除维持基础GH水平；3)分泌的GH通过激活LC神经元促进觉醒，避免过度睡眠导致的GH持续升高。这一发现不仅阐明了睡眠促进生长发育的神经内分泌基础，为理解代谢疾病与睡眠障碍的共病机制提供了新视角，也为开发靶向GHRH/SST神经环路的干预策略奠定了理论基础。研究采用的跨尺度研究方法（从分子到行为）为神经内分泌研究提供了范式参考。