科学家们揭示了一个先前未知的大脑反馈系统，该系统将深度睡眠、促生长激素释放和清醒状态联系在一起。

大多数人认为睡眠是身体休息的时间。然而，实际上大脑正在进行一系列复杂的过程，这些过程调节着从新陈代谢和组织修复到记忆和激素生产的方方面面。其中最重要的激素之一是生长激素，它有助于肌肉和骨骼的生长，调节脂肪代谢，并支持整体健康。

科学家们已经知道生长激素与深度睡眠密切相关，尤其是在非快速眼动（non-REM）睡眠的早期阶段。即使是缺乏一夜的睡眠，也会降低激素水平。然而，大脑如何控制这一过程仍然不甚了解。

研究人员绘制生长激素释放的脑回路

现在，加州大学伯克利分校的研究人员已经识别出控制睡眠期间生长激素释放的脑回路。他们的研究发表在《Cell》期刊上，揭示了一个先前未知的反馈系统，帮助维持激素水平的平衡，同时调节清醒状态。

这一发现为睡眠与激素调节之间的联系提供了更清晰的图景。研究人员表示，这一发现可能最终有助于开发新的治疗方法，以应对与代谢疾病（如糖尿病）和神经退行性疾病（如帕金森病和阿尔茨海默病）相关的睡眠障碍。

研究的第一作者、加州大学伯克利分校神经科学系的博士后研究员丁欣璐表示：“人们知道生长激素的释放与睡眠紧密相关，但仅仅通过抽血来检查睡眠期间的生长激素水平。我们实际上是直接记录小鼠的神经活动，以观察发生了什么。我们为未来开发不同的治疗方法提供了一个基本的回路。”

由于生长激素还影响葡萄糖和脂肪代谢，睡眠不足可能增加肥胖、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

在睡眠-清醒周期中，负责调节生长激素释放的神经元位于下丘脑深处，这是哺乳动物共享的一个大脑区域。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（locus coeruleus）的活动，这是一个涉及注意力、觉醒、认知和对新体验反应的大脑干区域。影响蓝斑的功能障碍与多种精神和神经疾病相关。

加州大学伯克利分校的博士后研究员、论文共同作者丹尼尔·西尔弗曼表示：“理解生长激素释放的神经回路可能最终指向新的激素疗法，以改善睡眠质量或恢复正常的生长激素平衡。”

研究人员在杨丹教授的实验室工作，植入电极到小鼠的大脑中，并在用光刺激下监测下丘脑神经元的神经活动。由于小鼠在白天和夜间以短暂的几分钟为单位睡眠，研究人员多次机会观察睡眠周期中的激素活动。

快速眼动（REM）和非快速眼动（non-REM）睡眠期间的激素活动差异

利用先进的神经回路追踪技术，研究人员发现涉及生长激素释放的两种肽激素在不同睡眠阶段的行为各异。GHRH刺激生长激素释放，而生长抑素则抑制其释放。

在REM睡眠期间，这两种激素的水平急剧上升，促进生长激素的释放。在非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。

研究人员还发现了一个涉及蓝斑的反馈系统。随着生长激素在睡眠期间逐渐增加，它刺激该脑区并鼓励清醒。然而，当蓝斑活动过度时，可能会意外增加嗜睡，这与西尔弗曼之前的研究结果一致。

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：睡眠不足会减少生长激素的释放，而过多的生长激素又会推动大脑向清醒状态转变。睡眠驱动生长激素释放，而生长激素又反馈调节清醒状态，这一平衡对于生长、修复和代谢健康至关重要。”

由于蓝斑还帮助调节清醒状态下的大脑整体觉醒，研究人员认为维持这一系统的正确平衡可能会影响注意力和认知功能。

丁欣璐表示：“生长激素不仅有助于构建肌肉和骨骼，减少脂肪组织，还可能具有认知益处，促进你醒来时的整体觉醒水平。”

参考文献：“Neuroendocrine circuit for sleep-dependent growth hormone release” by Xinlu Ding, Fuu-Jiun Hwang, Daniel Silverman, Peng Zhong, Bing Li, Chenyan Ma, Lihui Lu, Grace Jiang, Zhe Zhang, Xiaolin Huang, Xun Tu, Zhiyu Melissa Tian, Jun Ding and Yang Dan, 24 June 2025, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2025.05.039