为什么热天容易犯困？《细胞》子期刊论文泄露背后的原因

来源：生物世界2022-08-30 11:41

夏天总是让人昏昏欲睡，你常常会感到疲惫和无力。唐宋八大家诗人之一的柳宗元曾写道：南周暑醉，北周眠，生动地表现了盛人因暑而困如醉。

夏天总是让人昏昏欲睡，你常常会感到疲惫和无力。唐宋八大家诗人之一的柳宗元曾写道：南周暑醉，北周眠，生动地表现了盛人因暑而困如醉。

那么，人少春困秋困夏背后的深层次生理原因是什么呢？

西北大学温伯格文理学院的Marco Gallio团队发表了一篇研究论文，题为：热温度调节的温度计电路果蝇对当前生物学中持续热的行为。

这项研究以与人类关系密切的果蝇为模型动物，发现果蝇已经被编程为中午午睡。该程序由果蝇体内的内部交流传感器控制，该传感器充当温度计。黑腹果蝇大脑中的这种内部传感器在黑腹果蝇的优选生存范围之上，与温度(25)成比例地保持运动，有针对性地驱动黑腹果蝇大脑中的昼夜节律神经元，从而调节白天的睡眠以适应炎热的环境。

以果蝇为模型，证明温度影响生物睡眠。

温度影响着人类行为的跨度，从饮食、活动水平到睡眠-觉醒周期，都与之密切相关。夏天，人们可能很难入睡，也很难在寒冷的早晨起床。然而，大脑感觉神经元和控制这种循环的神经元之间的关系并不完全清楚。

果蝇有一个简单但不简单的中枢神经系统，在分子水平上与哺乳动物的睡眠调节机制高度保守，在神经回路调节上相似。自2000年以来，果蝇已成为睡眠研究的重要模式生物。

此外，通过与人类形成密切接触，果蝇最喜欢的生存温度(25)与大多数人类相同。它们不会像人类一样破坏熬夜的本能，也让研究人员能够研究光线和温度等外部因素对细胞通路的影响。它们是研究诸如“我们为什么要睡觉”、“睡眠对大脑有什么影响”等问题的很好模型。

工欲善其事，必先利其器。为了解释果蝇的睡眠和活动模式如何适应特定的温度条件，研究人员首次绘制了动物(果蝇)的第一张完整的神经连接图谱，该图谱被称为“连接体”。通过连接体的图谱，研究者可以看到果蝇约10万个脑细胞中每个脑细胞所有可能的脑连接。

在之前的研究中，团队发现果蝇体内有一种特殊的“低温温度计”回路，可以根据低温选择性地调节白天的睡眠。

这个回路由果蝇的冷激活热受体神经元(TRNs)和TPN-II组成，TPN-II是一种感觉寒冷的神经细胞。当环境温度低于25，即低于果蝇的舒适温度时，这种冷觉神经细胞会继续活跃，从而抑制光促进的神经网络。而且，温度越低，信号越密集。它为“为什么冬天起床难”这个问题找到了科学的解释。

果蝇的大脑中有一个独特的体温调节温度计。

那么，果蝇大脑中是否存在针对高温的“温度计”回路呢？在这项研究中，首次鉴定了位于果蝇头部的“绝对热”受体。AC神经元(ACs)，位于该受体的脑连接体中，可通过驱动果蝇脑中的昼夜节律神经元LPNs对25以上的温度做出反应，在果蝇体内充当温度计。

ACs和LPNs通过感知高温共同调节白天睡眠结构。当温度超过25时，LPNs的放电继续增加，并随着温度的升高而变得更加活跃。一方面由ACs的兴奋驱动，另一方面由另一种接收热传感器的神经元TPN-IV驱动。

当热回路活跃时，促进午睡的目标细胞将发挥更长的作用。这导致果蝇在中午的睡眠时间增加，使果蝇远离一天中最热的时候。

总之，AC/LPN与冷循环并行运行，允许果蝇选择热/冷睡眠时间和状态调整。

这一结果与研究人员基于果蝇“低温温度计”回路的前期研究成果提出的猜想一致：接收热量信息的大脑神经元是调节睡眠的系统的一部分。

该研究的通讯作者Marco Gallio说：“不同的冷热回路是有意义的，因为冷热温度对生理和行为的影响是完全不同的”。他们希望找到果蝇大脑中神经元的冷回路和热回路的共同靶点，并找出它们是如何影响睡眠的。

随着全球变暖和极端高温的出现，人体更容易出现睡眠质量和强度下降的情况。因此，了解环境温度调节睡眠的神经机制对于保障人体健康至关重要。

2021年，来自东南大学的韩俊海研究团队也探索了环境温度调节睡眠的神经机制，研究成果发表在《当代生物》(Current Biol)上。

ogy杂志。该研究揭示了介导温度调控睡眠的神经环路，解答了「为什么会被热醒」这一问题。

该研究首次揭示了 AC-DN1p-PI 神经环路介导的感知环境温度上升，释放 CNMa 神经肽信号，进而促进夜晚觉醒的调控过程。

对温度的感知是生物的一种基础感知方式，研究人员在果蝇大脑中发现的机制，很可能同样适用于人类。人们可能会选择在炎热的天气里睡午觉，在世界的某些地方，这是一种文化常态。但在果蝇身上，我们观察到了一种非常强大的潜在生物学机制，果蝇被预先编程为在炎热的中午打盹，而这种机制在人类中可能被忽视了。

Marco Gallio表示，接下来他们团队将致力于找出冷回路和热回路的共同靶点，以确定这个靶点如何影响睡眠。并且将继续探索温度对行为和生理的长期影响，以了解全球变暖对物种生存的影响。

参考资料：

1.Michael H. Alpert, Hamin Gil, Alessia Para, Marco Gallio. A thermometer circuit for hot temperature adjusts Drosophila behavior to persistent heat. Current Biology, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2022.07.060

2.Michael H.Alpert et al., A Circuit Encoding Absolute Cold Temperature in Drosophila. Current Biology, 2020; DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.038

3. Jin X, Tian Y, Zhang ZC, Gu P, Liu C, Han J. A subset of DN1p neurons integrates thermosensory inputs to promote wakefulness via CNMa signaling. Curr Biol. 2021;31(10):2075-2087.e6. doi:10.1016/j.cub.2021.02.048

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