《Nature Communications》：Cross-species evidence for a developmental origin of adult hypersomnia with loss of synaptic adhesion molecules beat-Ia/CADM2
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本研究针对病因不明的特发性嗜睡症（Idiopathic Hypersomnia, IH），通过整合人类基因组学与斑马鱼、果蝇模型实验，揭示了突触黏附分子beat-la（果蝇）及其脊椎动物同源物CADM2在调控睡眠中的关键作用。研究人员发现，beat-la/CADM2缺失会破坏神经肽F（NPF，果蝇中）/神经肽Y（NPY，脊椎动物中）神经环路的发育性布线，导致成年期出现嗜睡表型。值得注意的是，NPY受体激动剂可逆转cadm2b基因敲除斑马鱼的过度睡眠，为IH治疗提供了新靶点。该研究发表于《Nature Communications》，首次提出了IH的神经发育起源学说，为理解睡眠障碍的发病机制开辟了新视角。
白天无论怎么睡都感觉困倦不堪，即使夜间睡眠时间充足，白天依然昏昏欲睡——这是特发性嗜睡症（Idiopathic Hypersomnia, IH）患者的真实写照。与发病机制相对清晰的发作性睡病不同，IH的病因至今成谜，这直接影响了该疾病的诊断率和治疗效果。近年来，全基因组关联研究（Genome-Wide Association Study, GWAS）为睡眠健康的遗传基础提供了新见解，但对IH这类以过度嗜睡为主要特征的疾病，其分子机制和遗传基础的研究仍十分有限。
为了揭开IH的神秘面纱，由Kyla Mace、Amber Zimmerman、Alessandra Chesi等研究人员组成的团队开展了一项跨物种研究。他们创新性地结合人类遗传学数据和果蝇、斑马鱼模型的行为学与机制研究，将目光投向了突触黏附分子。相关研究成果发表在《Nature Communications》上，揭示了睡眠调控的一个全新机制——某些嗜睡症可能源于大脑关键神经回路在发育时期的“布线”异常，并且这种异常在成年后仍可通过药物进行干预矫正。
研究人员首先对来自英国生物样本库（UK Biobank）的GWAS数据进行了深入分析，重点关注了与睡眠倾向（如过度睡眠、日间小睡）相关的基因位点。他们采用了拓扑关联结构域（Topologically Associating Domain, TAD）分析策略，以更全面地捕捉每个GWAS信号附近可能受影响的候选基因。通过对果蝇进行反向遗传学筛选，他们发现，敲低突触黏附分子beaten path家族成员beat-la的基因，会导致果蝇出现明显的嗜睡表型。beat-la在脊椎动物中的同源物是CADM2（Cell Adhesion Molecule 2），而人类基因组中CADM2所在的染色体区域（3号染色体）恰好与GWAS发现的日间嗜睡和打盹信号重叠。这一巧合暗示了beat-la/CADM2在睡眠调控中可能扮演着保守而关键的角色。
关键技术方法
本研究的关键技术方法包括：利用人类GWAS数据和拓扑关联结构域（TAD）分析筛选候选基因；通过RNA干扰（RNAi）技术在果蝇中进行大规模睡眠表型筛选；利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建斑马鱼cadm2b基因敲除模型；采用高通量自动视频追踪系统进行果蝇和斑马鱼睡眠行为分析；运用果蝇全脑连接组数据库（FlyWire）进行神经环路解析；通过免疫荧光染色和共聚焦显微镜观察突触形态；使用温度敏感型GAL80（GAL80ts）系统和基因开关（GeneSwitch）系统进行时空调控的基因表达；以及通过药理学方法在斑马鱼中施用神经肽Y（NPY）受体激动剂进行干预。
beat-la敲低导致果蝇出现类似人类嗜睡症的表型
在果蝇中，神经元特异性敲低beat-la不仅显著增加了白天和夜晚的总睡眠时间，还伴随着睡眠深度的增加（更难被刺激唤醒）、觉醒阈值的提高以及睡眠潜伏期的缩短（即更快入睡）。重要的是，这些果蝇在清醒时的运动能力并未受损，排除了因行动不便导致的假性睡眠增加。这些表型——过度睡眠、睡眠加深、觉醒困难——完美地模拟了人类IH的核心症状。
beat-la的同源物CADM2调控斑马鱼的睡眠
为了验证这一机制在脊椎动物中的保守性，研究团队利用CRISPR/Cas9技术构建了cadm2b（斑马鱼中CADM2的同源基因）敲除的斑马鱼幼鱼。结果发现，与对照组相比，cadm2b敲除的斑马鱼在白天和夜晚的睡眠时间均显著延长，且清醒时的活动量不受影响。这证明CADM2在脊椎动物中也同样扮演着睡眠抑制因子的角色。
beat-la在发育期发挥作用以调控成年睡眠
一个关键问题是，beat-la是何时发挥作用影响成年睡眠的？研究人员通过温度敏感型GAL4/GAL80系统，精确控制beat-la基因敲低的时间窗口。令人惊讶的是，仅在发育阶段（蛹期）敲低beat-la，就足以导致成年果蝇出现嗜睡表型；而仅在成年阶段敲低beat-la，则对睡眠没有影响。这表明beat-la的作用是“发育编程”式的：它在生命早期指导睡眠-觉醒环路的正确形成，从而决定成年后的睡眠质量。
beat-la在神经肽F神经元中调控睡眠
那么，beat-la具体在大脑的哪些细胞中发挥作用呢？通过靶向性的空间基因敲低筛选，研究人员将目标锁定在表达神经肽F（Neuropeptide F, NPF）的神经元上。NPF是果蝇中的一种神经肽，其脊椎动物的同源物是众所周知的神经肽Y（Neuropeptide Y, NPY）。在NPF神经元中特异性敲低beat-la，可以重现全身神经元敲低所导致的嗜睡、睡眠加深等所有表型，并且不影响果蝇的摄食行为，说明其效应是特异于睡眠调控的。
beat-la协调NPF神经元在食管下区的突触发育
beat-la作为一种突触黏附分子，其主要功能是引导轴突路径选择和突触形成。那么，敲低beat-la如何影响NPF神经元呢？通过显微镜观察，研究人员发现，在NPF神经元中敲低beat-la，虽然不影响神经元的存活和大致形态，却导致其投射到大脑食管下区（Suboesophageal Zone, SEZ）的突触前信号显著减少。特别是那些特征性的C形突触簇几乎完全消失。这种突触发育的缺陷发生在蛹期中晚期，正是NPF神经元向SEZ区域大量形成突触连接的时期。
识别SEZ中下游的睡眠调控细胞
利用果蝇全脑连接组数据库FlyWire，研究人员逆向追踪，寻找接收NPF神经元输入的SEZ区域细胞。他们发现，有三类特定的GABA能神经元可能是NPF信号的下游靶点。实验证实，在这些GABA能神经元（由R10G06-GAL4标记）中敲低NPF受体（NPFR），或者直接抑制这些神经元的活动，都会导致果蝇睡眠增加；反之，激活这些神经元则促进觉醒。这支持了一个模型：正常情况下，NPF神经元通过激活SEZ区的GABA能神经元来维持觉醒；而当beat-la缺失导致NPF到SEZ的突触输入发育不全时，这条促觉醒通路被削弱，从而引发过度睡眠。
NPY受体激动剂挽救cadm2b敲除斑马鱼的嗜睡表型
最后，研究转向了潜在的治疗探索。既然NPF/NPY信号通路可能受损，那么补充其信号能否逆转嗜睡？研究人员在cadm2b敲除的斑马鱼中，通过水体给药方式施用了NPY Y2受体的选择性激动剂——肽YY（3-36）[Peptide YY (3-36), PYY]。令人振奋的是，PYY处理显著减少了cadm2b敲除斑马鱼在白天和夜晚的过度睡眠，使其睡眠时间恢复到与对照组相当的水平。这表明，即使在发育完成后，通过药物干预NPY信号通路，仍然可以有效地纠正由CADM2缺失引起的睡眠异常。
研究结论与意义
这项研究通过巧妙的跨物种方法，首次提供了令人信服的证据，表明特发性嗜睡症可能具有神经发育起源。核心发现是，突触黏附分子beat-la/CADM2在发育关键期指导了促觉醒神经肽NPF/NPY信号通路的正确布线。其作用机制是，beat-la确保NPF神经元能在大脑的食管下区（SEZ）与特定的GABA能神经元形成有效的突触连接。如果这个环节在发育期出现异常，成年后就会表现出持续的嗜睡倾向。
该研究的突破性意义在于：首先，它为理解IH的病因提供了全新的“神经发育”视角，将睡眠障碍与大脑环路的基础建设联系了起来。其次，研究鉴定出的NPF/NPY信号通路是一个明确的、可药物干预的靶点。在斑马鱼模型中，NPY受体激动剂成功逆转嗜睡表型，为开发IH的靶向治疗药物带来了希望。最后，这项研究展示了如何将人类遗传学、模式动物行为学、神经环路解析和药理学验证紧密结合，这种研究范式对于攻克其他复杂脑疾病具有重要的借鉴价值。它提示我们，一些成年期表现的神经系统功能异常，其根源可能深植于生命早期的神经发育过程之中。
