科学家发现了一个此前未知的大脑反馈系统，该系统将深度睡眠、生长激素释放与清醒状态联系起来。
大多数人认为睡眠是身体简单休息的时段。实际上，大脑正在进行一系列复杂的调节过程，从新陈代谢、组织修复到记忆和激素产生都在调控范围内。其中最重要的激素之一是生长激素，它有助于构建肌肉和骨骼、调节脂肪代谢，并支持整体健康。
数十年来，科学家们一直知道生长激素与深度睡眠密切相关，尤其是非快速眼动（non-REM）睡眠的早期阶段。即使是单晚的睡眠不足也会降低激素水平。但大脑如何精确控制这一过程，长期以来仍不甚明了。
研究人员绘制出生长激素释放背后的脑回路图
现在，加州大学伯克利分校的研究人员已经确定了控制睡眠期间生长激素释放的大脑回路。他们发表在《细胞》(Cell)杂志上的研究还揭示了一个此前未知的大脑反馈系统，该系统在调节清醒状态的同时帮助维持激素水平的平衡。
这一发现为睡眠与激素调节如何相互关联提供了更清晰的图景。研究人员表示，这一发现最终可能有助于开发针对与糖尿病等代谢疾病相关的睡眠障碍的新疗法，以及包括帕金森病和阿尔茨海默病在内的神经退行性疾病的治疗。
研究第一作者、加州大学伯克利分校神经科学系和海伦·威尔斯神经科学研究所的博士后研究员丁新露(Xinlu Ding)表示："人们知道生长激素释放与睡眠紧密相关，但仅通过抽血和检查睡眠期间的生长激素水平来了解。我们实际上是在直接记录小鼠的神经活动，观察其中发生了什么。我们正在提供一个基本的回路，未来可以在此基础上开发不同的治疗方法。"
由于生长激素也影响葡萄糖和脂肪代谢，睡眠不足可能会增加肥胖、糖尿病和心血管疾病的风险。
参与睡眠和激素调节的关键脑区
负责调节睡眠-觉醒周期中生长激素释放的神经元位于下丘脑深处，这是哺乳动物共有的脑区。这些神经元包括生长激素释放激素(GHRH)神经元和两种类型的生长抑素神经元。
生长激素释放后，会增加蓝斑核(locus coeruleus)的活动，这是脑干中参与注意力、觉醒、认知和对新体验反应的区域。影响蓝斑核的问题与多种精神和神经系统疾病有关。
加州大学伯克利分校博士后研究员、研究共同作者丹尼尔·西尔弗曼(Daniel Silverman)表示："理解生长激素释放的神经回路最终可能指向改善睡眠质量或恢复正常生长激素平衡的新激素疗法。有一些实验性基因疗法可以针对特定细胞类型。这个回路可能是一个新的切入点，尝试降低蓝斑核的兴奋性，此前从未有人讨论过这一点。"
在神经科学和分子细胞生物学教授杨丹(Yang Dan)的实验室工作时，研究人员将电极植入小鼠大脑，并在用光刺激下丘脑神经元的同时监测神经活动。由于小鼠在白天和夜晚会以仅持续几分钟的短暂爆发方式睡眠，这为研究人员提供了多次机会来检查睡眠周期中的激素活动。
快速眼动(REM)睡眠和非快速眼动(Non-REM)睡眠期间的独特激素活动
通过使用先进的神经回路追踪技术，研究人员发现参与生长激素释放的两种肽类激素在不同睡眠阶段表现出不同的行为。GHRH促进生长激素释放，而生长抑素则抑制它。
在快速眼动(REM)睡眠期间，这两种激素水平急剧上升，增加了生长激素的释放。在非快速眼动(non-REM)睡眠期间，生长抑素水平下降，而GHRH水平适度上升，这也促进了生长激素的产生。
研究人员还发现了涉及蓝斑核的反馈系统的证据。随着生长激素在睡眠期间逐渐积累，它刺激这一脑区并促进觉醒。然而，根据西尔弗曼之前的研究所述，当蓝斑核变得过于活跃时，它可能会意外地增加困倦感。
西尔弗曼表示："这表明睡眠和生长激素形成了一个紧密平衡的系统：睡眠过少会减少生长激素的释放，而过多的生长激素反过来会促使大脑趋向于觉醒。睡眠驱动生长激素的释放，而生长激素则反馈调节觉醒，这种平衡对生长、修复和代谢健康至关重要。"
由于蓝斑核也有助于调节清醒期间的整体大脑觉醒，研究人员相信维持这一系统的适当平衡也可能影响注意力和认知功能。
丁新露表示："生长激素不仅有助于构建肌肉和骨骼并减少脂肪组织，还可能具有认知益处，促进你在醒来时的整体觉醒水平。"
参考文献：《用于依赖睡眠的生长激素释放的神经内分泌回路》，作者：丁新露、黄富君、丹尼尔·西尔弗曼、钟鹏、李兵、马晨岩、卢丽辉、姜格蕾丝、张哲、黄晓林、涂勋、田志宇、丁军和杨丹，2025年6月24日，《细胞》杂志。
该研究由霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute, HHMI)资助，该机构直到今年一直支持杨丹作为HHMI研究员，同时还获得了Pivotal生命科学校长讲席基金的支持。杨丹是Pivotal生命科学神经科学校长讲席教授。该论文的其他作者包括加州大学伯克利分校的钟鹏、李兵、马晨岩、卢丽辉、姜格蕾丝、张哲、黄晓林、涂勋和田志宇，以及斯坦福大学的黄富君和丁军。
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