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前言
睡眠是一种基本的、保守的行为，受到体内平衡力的严格调节;睡眠丧失导致持续的、深度的和巩固的恢复睡眠（RS）。关于介导睡眠的稳态调节的分子和细胞机制，已经提出了多种假设。然而，尽管神经回路广泛地涉及睡眠的稳态调节，它们是否在向促进睡眠的核团传递体内平衡信号中起着特殊的作用仍然是个谜。
2025年6月19日，约翰·霍普金斯大学Sang Soo Lee及其团队，在 Science 杂志发表题为《Sleep need–dependent plasticity of a thalamic circuit promotes homeostatic recovery sleep》的文章，作者的研究结果表明，RE神经元是睡眠需求增加所必需的，并且能够产生持续的深度睡眠，类似于稳态恢复睡眠。睡眠剥夺诱导RE-ZI回路的可塑性，加强了这个睡眠促进模块的连接。这种可塑性的程度与稳态睡眠反弹的量相关，这表明RE-ZI可塑性可以作为睡眠需求的分子读数。这些发现揭示了一种机制，通过这种机制，睡眠不足可以改变睡眠回路的功能耦合，从而促进持续的深度睡眠。
兴奋性睡眠回路的筛查揭示了一个能够驱动持续、深度和巩固的NREM睡眠的RE神经元簇
研究人员通过狂犬病病毒介导的单突触逆行追踪，从11个NREM促进核团中鉴定出139个上游脑区，其中22个区域投射到≥3个NREM核团。通过化学遗传学筛选发现，激活丘脑复合核多巴胺能神经元（REVEGF2）能显著增加NREM睡眠，尤其以中RE（mRE）亚区投射至基底前脑、视前区等NREM促进核团的神经元作用最为突出。该区域与已知参与认知功能的前RE（aRE）区存在解剖学差异。
化学遗传激活mREVEGF2神经元导致昼夜NREM睡眠持续增加且伴随δ功率增强，但存在数小时延迟期，与腹外侧视前区（VLPOGAL）神经元的快速短暂作用形成对比。光遗传学实验进一步证实，20Hz刺激可诱导剂量依赖性、持续6小时以上的深度NREM睡眠，且睡眠潜伏期缩短、δ功率增高。短时5分钟刺激即可引发1小时的巩固睡眠，表现为自然睡眠行为而非病态状态。
这些发现提示，mREVEGF2神经元的激活驱动巩固的、深度的和持续的NREM睡眠。这种不寻常的表型类似于在稳态RS中看到的表型，并使作者假设mREVEGF2神经元在稳态睡眠控制中发挥特定作用。
mREVEGF2神经元激活促进睡眠前的准备行为
与已知NREM促进回路（光遗传刺激后立即诱发睡眠，停止后迅速觉醒）不同，mREVEGF2神经元的短暂光激活（20Hz, 5分钟）表现出独特延迟效应。行为准备阶段：刺激后20分钟才进入睡眠，期间小鼠显著增加筑巢行为（整理睡眠区域）和自我梳理（多巴胺相关行为），而非直接睡眠或过度觉醒（图2A-C）。睡眠过渡：激活后小鼠主动移入巢穴并保持静止，而对照组持续活跃（图2D-E）。部分小鼠甚至表现新型“清理巢穴”行为。功能必要性：夜间抑制mREVEGF2神经元会减少自然筑巢行为（ZT23-0时段），证实其对睡眠准备行为的调控作用。这些结果表明，mREVEGF2神经元不直接触发睡眠，而是通过驱动前驱行为（如筑巢）促进睡眠环境的建立。
mRE活性在睡眠剥夺期间升高，并且是稳态RS所需的
传统NREM促进神经元通常在睡眠时活跃，清醒时抑制，但mREVEGF2神经元表现出相反模式。慢性Neuropixels记录发现，mRE神经元在SD期间放电频率显著升高，RS期间降低，且放电与觉醒状态而非睡眠压力直接相关（图3E-G）。爆发性放电在SD期间更频繁，但少数神经元未表现出SD依赖性激活（图3H），提示功能异质性。TRAP2标记显示，SD以剂量依赖性方式显著增加Fos+ mRE神经元（70.0 ± 2.6%），且SD-TRAPed细胞在电生理上兴奋性增强，但静息膜电位和输入电阻不变。单核RNA测序发现SD-TRAPed神经元主要为谷氨酸能（Slc17a6+），并高表达钙结合蛋白Calb2，可进一步分为4个亚群（如Col11a1+、Tac2+等）。SD上调了与兴奋性和突触可塑性相关的基因，但非特异性。化学遗传再激活SD-TRAPed神经元在CNO给药2小时后显著延长夜间NREM睡眠6小时，并增强δ功率和发作持续时间，表明其特异性调控稳态睡眠恢复。
为验证SD-TRAPed mRE神经元的功能，研究者采用病毒限制性Fos-Cre系统（AAV-pFosCreERT2）标记SD激活的神经元，并化学遗传激活（hM3Dq）。结果显示，与TRAP2小鼠一致，再激活这些神经元仍显著增加NREM睡眠时长、巩固性和δ功率（图4B-F），排除了非特异性Cre表达的影响。消融SD-TRAPed神经元损害睡眠稳态。通过Caspase 3介导的靶向消融，约52%的SD-TRAPed神经元被清除。这些小鼠表现出基线日间NREM睡眠减少（发作时长缩短），但夜间无影响；睡眠剥夺（SD）后恢复睡眠（RS）减弱，表现为NREM时长、巩固性及δ功率降低，提示该群体对睡眠压力累积与释放均至关重要。在SD开始时化学遗传抑制mREVglut2神经元（hM4Di），发现后续RS的NREM时长、巩固性及δ功率显著下降（图4H-K），而抑制VLPO神经元无此效应；基线睡眠也受影响，表明mREVglut2神经元持续调控睡眠压力。
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mREVEGF2神经元通过vmZI通路调控深度NREM睡眠
研究发现，mREVEGF2神经元广泛投射至多个NREM促进核团，其中对腹内侧ZI（vmZI）的投射尤为显著。通过病毒标记（Syp:mRuby）发现，SD激活的mRE神经元（SD-TRAPed）在vmZI的突触密度更高，提示其可能通过此通路调控睡眠。激活投射至vmZI的mRE神经元（20Hz, 5分钟）可诱导持续、深度且巩固的NREM睡眠（图5B-F），表型与直接刺激mREVEGF2神经元一致。相比之下，激活投射至VLPOGAL的mRE神经元对睡眠无显著影响，说明vmZI是主要下游靶点。在vmZI局部光刺激mRE神经末梢同样能增强NREM睡眠，进一步证实该通路的必要性。通过回路上位性实验发现，当消融vmZILhx6神经元后，再激活mRE神经元（CaMKIIα+）无法有效诱导深度NREM睡眠（图5H-L），证明vmZI是mRE调控睡眠的核心枢纽。
mRE-vmZI回路在睡眠需求下的动态可塑性变化
研究发现，6小时睡眠剥夺（SD）可显著增强mRE神经元向vmZI的投射。形态学变化：SD后mRE轴突的GFP信号（~4.9倍）和突触素（SYP）颗粒（~1.7倍）显著增加，表明突触结构增强（图6B-C）。可逆性：这种变化在6小时恢复睡眠（RS）后减弱，24小时后完全消失（图6B-C），且与病毒感染效率无关。时间依赖性：1小时SD无影响，3小时SD轻微但不显著，6小时SD才触发显著可塑性，与NREM睡眠的δ功率、时长和巩固性增强同步。在SD期间抑制mRE活性，不仅减少后续RS的NREM睡眠，还降低vmZI区的SYP颗粒数（图6E-G）。mRE可塑性与NREM睡眠量呈强正相关（图6H）。直接化学激活mRE神经元（无需SD）即可增加vmZI突触标志物，且可塑性程度与诱导的NREM睡眠量相关（图6I-M）。mRE→vmZI通路的突触增强与深度、持续的NREM睡眠密切相关，而其他回路（如VLPOGAL→LHAOrx）无类似变化。
因此，mRE-vmZI回路在睡眠压力下发生动态突触可塑性，其强度与SD时长和睡眠需求匹配，并通过活动依赖性结构重组直接调控稳态睡眠。
睡眠需求增强mRE-vmZI突触连接的功能证据
研究通过eGRASP技术检测兴奋性mRE神经元（CaMKIIα+）与vmZILhx6细胞间的突触连接，发现6小时SD显著增加vmZI区的GFP信号强度和面积（图7B-D），表明睡眠剥夺直接强化了mRE→vmZI的突触结构。在SD后，光激活mRE神经元诱导更多vmZI细胞的Fos表达（图7E-F），提示突触传递效率提升。在Vglut2-Cre; Lhx6-eGFP小鼠脑切片中，SD前mRE→vmZI连接较弱，而SD后更多vmZI神经元对mRE末梢光刺激产生响应（图7I），证实功能突触数量增加。
以上结果表明，睡眠压力通过结构性（eGRASP）和功能性（Fos/电生理）重塑，特异性增强mRE→vmZI通路的突触连接，为睡眠稳态调控提供突触可塑性基础。
CaMKII信号通路介导mRE神经元的睡眠稳态调控
CaMKIIα T286自磷酸化（活化标志）在SD后的mRE神经元中显著增加，与睡眠需求正相关。SD还增强突触后GluA1 S831磷酸化，而CaMKII抑制剂（CaM-KIIN）可阻断这一现象，表明CaMKII通过调控突触可塑性响应睡眠压力。抑制CaMKII（CaM-KIIN）显著减少SD诱导的mRE轴突终末形态可塑性（vmZI区GFP+突触密度降低，图8B-C）。CaMKII抑制后，光遗传刺激mRE神经元对vmZI细胞的激活效率下降（图8D-F），证实其调控突触传递。mRE神经元CaMKII抑制不影响正常睡眠（图8G）。SD后，CaMKII抑制小鼠的NREM时长、巩固性及δ功率显著降低（图8H-K），提示CaMKII特异性调控睡眠压力代偿。化学遗传学激活mRE神经元诱导的持续NREM睡眠在CaMKII抑制后3-6小时被削弱（图8M-P），表明CaMKII维持睡眠的后期稳态效应。
因此，CaMKII通过磷酸化级联反应，将mRE神经元的电活动转化为突触可塑性（如GluA1修饰、轴突分支增强），从而促进vmZI通路的功能强化，最终驱动深度NREM睡眠的恢复。
总结
本研究揭示了一个关键神经回路——mREVglut2→vmZILhx6通路，其活动在睡眠需求（如睡眠剥夺，SD）下显著增强，并驱动深度、持续的恢复睡眠（RS）。
睡眠需求依赖性可塑性：SD通过CaMKII信号触发mRE-vmZI突触的形态与功能强化（如轴突分支增多、突触传递效率提升），从而增强回路连接性。
功能验证：激活该回路可诱导类似RS的延长性NREM睡眠，而抑制CaMKII或消融vmZI神经元则削弱睡眠恢复。
独特时间动力学：即使短暂激活mRE神经元（如光遗传刺激）也能引发延迟但持续的睡眠效应，提示其通过突触可塑性调控睡眠稳态，而非直接快速诱导睡眠。
这一发现填补了睡眠稳态分子-环路机制的空白，为理解睡眠压力积累与释放提供了新方向。
研究展望
睡眠受到内在调节机制的严格控制，睡眠不足会导致持续且稳固的恢复性睡眠。然而，睡眠的内在调节机制背后的路径仍不为人知。该研究描述了哺乳动物体内首个内在睡眠调节回路。该回路由位于联合核内的一群兴奋性神经元组成，这些神经元受睡眠需求的激活而被激活，并且对于恢复性睡眠是必需的。对这些神经元的刺激首先会触发睡眠前的行为，随后是深度且持续的睡眠，这种睡眠状态可以持续数小时。这种睡眠模式类似于恢复性睡眠，表明即使在没有睡眠负债的动物中，联合核神经元的激活也会产生睡眠压力。在睡眠剥夺期间抑制这个回路会扰乱恢复性睡眠的数量和质量，这表明其活动信号了睡眠需求的积累。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm8203