昼夜节律时钟通过调控稳态睡眠中枢维持果蝇日间睡眠与傍晚活动

本研究揭示了果蝇背侧扇形体（dFSB）神经元在昼夜节律调控下的独特作用：通过时钟基因period依赖的Ca2+振荡（峰值出现于ZT6）维持午后小憩，并与色素分散因子（PDF）信号协同调控夜间睡眠起始时间。该发现首次阐明稳态睡眠中枢如何被生物钟特异性调控，为理解睡眠-觉醒节律的神经机制提供了新视角。

　　

在自然界中，生物体的睡眠-觉醒周期与地球自转形成的昼夜节律高度同步。然而，一个长期困扰科学界的谜题是：大脑如何协调"需要睡觉"的稳态驱动与"该睡觉了"的昼夜定时信号？果蝇作为模式生物，其睡眠调控机制与哺乳动物高度保守，特别是背侧扇形体（dFSB）神经元被公认为稳态睡眠的中枢。但该中枢是否直接参与昼夜节律调控，以及生物钟如何精确控制其活动，始终是未解之谜。

美国宾夕法尼亚大学Perelman医学院的研究团队在《Current Biology》发表的研究中，通过多学科交叉方法揭示了这一机制。研究人员采用光遗传学操控23E10-Gal4标记的dFSB神经元，结合双光子钙成像技术，首次捕捉到dFSB神经元活动的昼夜振荡规律。

关键技术包括：（1）使用TRPA1热激活通道和GtACR1光抑制通道进行神经元特异性操控；（2）建立活体果蝇脑部钙成像系统，连续监测dFSB神经元活动；（3）利用period基因缺失突变体和pdfr^han5304受体突变体解析分子通路；（4）通过神经元连接组学分析神经环路基础。

dFSB对睡眠的调控具有时间特异性
通过23E10-Gal4驱动TRPA1激活dFSB神经元，发现夜间睡眠增加更显著（p<0.001），而保留傍晚活动高峰。相反，光遗传抑制实验显示，ZT6-12时段沉默dFSB会特异性减少日间睡眠（p<0.01），且胆碱能神经元亚群起主导作用。

分子时钟调控dFSB日间活动
钙成像揭示野生型dFSB神经元活动在ZT6达到峰值，而period基因缺失突变体（per⁰）丧失节律性，表现为持续高活性。行为学证实per⁰果蝇的日间睡眠延长至全天，且光遗传干预效果减弱，表明period基因是时间特异性调控的关键。

PDF信号维持dFSB活性与睡眠时序
pdfr^han5304突变体中，dFSB钙信号提前下降（峰值前移2小时），伴随午后小憩缩短和夜间睡眠提前（p<0.001）。通过tsh-Gal80限制抑制范围，证实PDF主要通过脑内dFSB（而非腹神经索神经元）调控睡眠时序，连接组学显示小腹侧节律神经元（s-LNv）与dFSB存在单突触连接优势。

这项研究突破性地证明：传统认为专司稳态睡眠的dFSB，实际上是整合昼夜与稳态信号的关键枢纽。其意义在于：（1）揭示period基因通过塑造dFSB的Ca²⁺振荡节律，创造"睡眠时间窗口"；（2）阐明PDF通过延缓dFSB活性衰减，精确控制夜间睡眠起始；（3）为解释哺乳动物中视交叉上核（SCN）与睡眠中枢的协同机制提供进化线索。该发现对理解轮班工作、时差反应等昼夜节律紊乱相关睡眠障碍具有重要启示。