脑科学与脑医学学院郭方课题组在《PlosBiology》发文揭示神经肽负反馈回路根据季节温度变化灵活调节运动和睡眠的机制

生物在进化过程中形成了根据季节性温度变化来调整日常运动和睡眠模式的能力，这种适应性对于生物的生存至关重要。例如，在炎热的夏季，白天活动太多可能导致动物脱水和紫外线损伤，而在寒冷的冬季，活动不足可能导致摄食不够，而过多的活动会导致低温下能量消耗大。为了有效应对这些环境挑战，生物体必须合理管理其能量消耗、灵活地微调睡眠和运动的时相与水平，以实现最佳生存策略。这一调节过程依赖于脑中的节律神经网络，该网络能够感知温度变化并动态调节运动和睡眠的发起。尽管已有一些研究揭示了温度如何影响生物的睡眠与觉醒周期，但对于这些神经回路的具体机制仍缺乏深入了解 [1-4]。

2024年12月2日，浙江大学脑科学与脑医学学院、双脑中心-郭方课题组在《Plos Biology》杂志在线发表了题为《Temperature cues are integrated in a flexible circadian neuropeptidergic feedback circuit to remodel sleep-wake patterns in flies》的研究论文。该研究鉴定出果蝇节律神经网络中的LNd-LPN负反馈回路，并揭示了其利用独特的神经肽负反馈通讯，在季节温度变化下动态调节活动-睡眠行为的机制。值得注意的是，这是郭方课题组继2024年04月02日在《Nature Communications》发表论文之后，揭示环境温度重塑睡眠模式的神经机制的又一项成果[1]。

在研究过程中，研究团队综合应用了果蝇神经元电镜数据重构、双光子钙成像、遗传操作和Flybox视频睡眠监测系统，鉴定出果蝇如何通过神经肽负反馈信号灵活应对环境温度变化的机制：（A）在高温环境下，果蝇的大脑中有一个名为AC-LPN-LNd的神经回路会帮助它们增加傍晚的睡眠，以适应炎热的天气。在这个回路中，温度感知神经元（AC）对温度变化非常敏感。当温度升高时，AC会激活侧后神经元（LPN），促使它们释放一种叫做AstC的神经肽。AstC通过与LNd上的AstCR1受体结合，抑制LNd的活动，从而帮助果蝇在傍晚更好地控制睡眠和运动。（B）在低温环境下，果蝇则依赖另一个名为LNd-LPN的负反馈回路来限制它们的过度运动。当低温敏感的DN1a细胞激活LNd时，果蝇在傍晚的活动会增加。同时，LNd会通过神经肽NPF-NPFR通路向LPN发送信号，以防止果蝇运动过度。这种机制确保了果蝇能够在寒冷环境中保持适应性。

节律神经网络中的神经肽能负反馈回路

该研究揭示了果蝇节律神经网络中一个关键的神经肽负反馈回路，能够根据季节性温度变化动态调节运动和睡眠。在高温环境下，特定神经元被激活，释放AstC神经肽以抑制傍晚活动，从而帮助果蝇更有效地保存能量。而在低温环境中，其他神经元则依据温度下降的程度，通过NPF-NPFR通路精细控制日间活动水平。这一灵活的调节机制展示了生物脑内的昼夜神经网络如何与环境互动，在不同季节的温度条件下维持最佳活动水平，从而提高生存机会。这一发现也为其他动物适应气候变化提供了重要见解 [5-6]。

浙江大学脑科学与脑医学学院/医学院附属儿童医院-博士后苑鑫为论文的第一作者，郭方教授为本论文的通讯作者。研究工作受到科技部重点研发项目、国家自然科学基金、国家高层次青年人才计划项目和浙江大学科技创新团队2.0支持计划等资助。

郭方博士，系浙江大学医学院-脑科学与脑医学学院长聘副教授，博士生导师，入选高层次人才计划青年项目。在昼夜节律和睡眠调控等领域做出了多项开创性工作，目前课题组正在招聘博士后，欢迎神经领域的有志之士，联系email：gfang@zju.edu.cn。

标签：温度  睡眠  神经元