2024年7月17日，哈佛医学院S. M. Dymecki通讯在Nature发表题为Adaptation to photoperiod via dynamic neurotransmitter segregation的文章，揭示了大脑回路和动态神经递质分离机制，为这一主题提供了新的见解，对行为和睡眠适应光周期变化至关重要。
论文首先强调了适应白天变化的重要性，这可能会对生物体的生理和行为产生重大影响。作者重点研究了昼夜节律回路在这些适应中的作用，特别是协调昼夜周期预期的下丘脑视交叉上核（SCN）。然而，尽管SCN与这些反应有关，但人们对光周期变化相位同步的精确细胞底物知之甚少。研究人员发现了一种特殊类型的神经元，称为mrEn1-Pet1，位于小鼠脑干中缝核中部，在这一过程中起着至关重要的作用。这些神经元将血清素从VGLUT3（谷氨酸的替代物）分离到不同的轴突分支，这些轴突分支支配着参与昼夜节律和睡眠-觉醒时间的特定大脑区域。这种特定于分支的神经递质部署是动态和可逆的，会随着光周期的变化而变化。
研究发现，当Vglut3基因在这些神经元中被抑制时，睡眠-觉醒期、自主活动和时钟基因表达与新的光周期不同步或延迟。这表明，这些神经元对神经递质的动态分离对于正确适应日长的变化至关重要。研究人员还将输入映射到这些mrEn1-Pet1神经元，确定了提供输入的几个关键区域，包括视前区（POA）、下丘脑外侧区（LH）、缰核外侧区（LHb）和被盖腹侧区（VTA）。这些输入可能参与将光周期信息传递给mrEn1-Pet1神经元。
进一步的研究表明，POA-to-mrEn1-Pet1连接负责解码光周期输入，驱动神经递质重组，促进行为同步。当该通路的活性长期沉默时，它模拟了一天长度的变化，导致支配SCN的5-HT神经元中的神经递质重组。这表明POA是神经通路中的关键节点，对于行为适应自然光持续时间的变化至关重要。
总的来说，这项研究全面了解了大脑如何适应光周期的变化。POA→mrEn1-Pet1→SCN回路和动态神经递质分离机制的识别为大脑如何将环境线索与内部节律相结合以调节行为和生理提供了新的见解。这项工作对于理解和潜在治疗以昼夜节律和睡眠时间紊乱为特征的疾病，如情感障碍和代谢综合征，具有重要意义。
