睡眠是動物界普遍存在的現(xiàn)象，人類大約有三分之一的時間用于睡眠，但當(dāng)前研究仍不清楚睡眠是如何被調(diào)節(jié)的。經(jīng)典的睡眠調(diào)控模型認為，睡眠的調(diào)節(jié)分為晝夜節(jié)律和睡眠穩(wěn)態(tài)兩個方面。晝夜節(jié)律通過內(nèi)在的生物鐘控制一天中睡眠覺醒的時間；睡眠穩(wěn)態(tài)主要由睡眠壓力進行調(diào)控，控制機體獲得一定的睡眠量。
       隨著清醒時間的延長，睡眠壓力逐漸增加；隨著睡眠的進行，睡眠壓力被逐漸清除。睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會在睡眠受到干擾時發(fā)揮作用，例如熬夜之后睡得更“香”、時間更長。目前，主流理論認為，腺苷參與到睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程中，其在清醒狀態(tài)下的積累導(dǎo)致了“困意”的產(chǎn)生，而咖啡的主要成分可以通過阻斷腺苷與其受體的結(jié)合而達到促進清醒的效果。

       9月4日，由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室研究員徐敏研究組與北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京大學(xué)麥戈文腦科學(xué)研究所研究員李毓龍研究組合作完成，利用新型遺傳編碼的腺苷探針，發(fā)現(xiàn)基底前腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元對睡眠壓力的積累起著重要調(diào)控作用，并進一步揭示睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的神經(jīng)環(huán)路機制，為探索睡眠障礙的治療方法提供了參考。

       基底前腦被認為是腺苷參與睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的重要腦區(qū)，環(huán)路層面的研究表明，該區(qū)域的局部神經(jīng)環(huán)路參與到對睡眠覺醒的調(diào)控中。然而，神經(jīng)元活動調(diào)控腺苷釋放的機制目前還不清楚，限制了對睡眠覺醒調(diào)控機制的深入解析。
       為實現(xiàn)在睡眠覺醒周期中對基底前腦區(qū)胞外腺苷濃度高時空分辨率的檢測，李毓龍研究組開發(fā)了一種新型的遺傳編碼的腺苷探針，該探針可以將胞外腺苷濃度的變化轉(zhuǎn)化為探針熒光強度的快速變化。
       利用該腺苷探針，徐敏研究組發(fā)現(xiàn)，基底前腦區(qū)的腺苷濃度在清醒狀態(tài)時較高、在非快速眼動睡眠時較低，這與之前采用微透析法測量腺苷濃度變化的研究結(jié)果相一致。然而，小鼠的快速眼動睡眠時長較短，傳統(tǒng)的微透析方法無法對快速眼動睡眠時期的腺苷濃度進行確測量。
       得益于該探針的高時間分辨率，徐敏研究組*發(fā)現(xiàn)，腺苷在快速眼動睡眠時期也存在很高的濃度，且高于清醒和非快速眼動睡眠狀態(tài)。此外，研究還觀察到，腺苷濃度在睡眠時相轉(zhuǎn)變時存在快速變化，提示其與神經(jīng)元的活動密切相關(guān)。
       為進一步探究腺苷濃度增加與神經(jīng)元活動的關(guān)系，徐敏研究組探究了基底前腦區(qū)兩類神經(jīng)元，即乙酰膽堿能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元與腺苷濃度變化的相關(guān)性和因果性。結(jié)果表明，這兩類神經(jīng)元的鈣活動與胞外腺苷濃度高度相關(guān)，且神經(jīng)活動總是提前于腺苷釋放。光遺傳激活這兩類神經(jīng)元能引起胞外腺苷濃度不同程度的增加，而谷氨酸能神經(jīng)元的激活是腺苷濃度增加的主要原因。進一步，研究人員特異性損毀基底前腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元，結(jié)果表明，胞外腺苷濃度的增加顯著低于對照組小鼠。以上試驗表明，谷氨酸能神經(jīng)元的活動參與調(diào)控胞外腺苷積累過程。
       已有研究表明，基底前腦區(qū)腺苷積累受損會導(dǎo)致睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)異常。基于以上實驗結(jié)果，徐敏研究組猜測基底前腦區(qū)谷氨酸能神經(jīng)元的缺失可能會影響睡眠穩(wěn)態(tài)，并開展相關(guān)研究表明，基底前腦區(qū)谷氨酸能神經(jīng)元缺失的小鼠睡眠壓力顯著降低（清醒時長顯著增加），且睡眠穩(wěn)態(tài)也發(fā)生改變——睡眠剝奪后睡眠時長的增加顯著低于對照組小鼠，且睡眠壓力的清除速率顯著快于對照組小鼠。以上實驗表明，基底前腦區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元對睡眠壓力的積累起到重要調(diào)控作用。