自古發現睡眠缺失加劇癲癇，本研究通過果蠅模型揭示核心機制在于睡眠驅動力升高（而非睡眠時長減少）：睡眠剝奪激活促眠神經環路（如dFB），其過度活躍通過下調神經元內5HT1A受體增加全腦興奮性，直接提升癲癇易感性；光遺傳抑制該環路或使用FDA批準的5HT1A激動劑均可抑制發作，證實靶向睡眠驅動力通路是干預新策略。
 

研究思路
為解析睡眠缺失加劇癲癇的機制，研究以果蠅模型為核心，首先提出假說——癲癇風險由睡眠驅動力而非睡眠總量驅動。通過對比不同睡眠干預模式發現：僅當睡眠限制升高睡眠驅動力時癲癇惡化；而光遺傳激活促眠環路（如dFB）在不改變睡眠時長的情況下仍加劇癲癇，反向驗證假說。進而探究神經機制：睡眠剝奪后促眠神經元過度活躍伴隨全腦興奮性升高，光遺傳抑制該環路可降低驅動力并保護癲癇。在分子層面鎖定促眠神經元中5HT1A受體下調為關鍵介質，使用FDA批準的5HT1A激動劑干預可有效緩解癲癇。最終整合結論：睡眠驅動力通過促眠環路過度活躍及5HT1A信號通路升高癲癇易感性，為抗癲癇治療提供新靶點。

研究內容與結果：
1．睡眠限制會加重誘發的癲癇發作
通過多種方法限制果蠅睡眠（咖啡因處理、與短睡眠突變體雜交），發現睡眠剝奪顯著加重兩種癲癇模型（tko25t 和 easpc80f）的發作嚴重性：發作總時長延長，強直-陣攣期持續時間增加，且咖啡因誘導的睡眠缺失導致癲癇果蠅死亡率上升。為驗證"睡眠增強是否緩解癲癇"，使用GABA_A受體激動劑加波沙朵（gaboxadol）雖增加睡眠時長，卻意外加重easpc80f突變體發作；而通過神經元過表達促眠蛋白Nemuri則顯著增加睡眠并完全阻斷tko25t突變體發作。關鍵對照實驗表明：Nemuri蛋白本身缺失不影響睡眠或發作，證實其保護作用源于睡眠增強而非蛋白直接效應。矛盾性結論揭示核心規律：加波沙朵與Nemuri雖均增加睡眠總量，但前者加劇癲癇而后者抑制癲癇，表明癲癇嚴重性并非由單純睡眠時長決定，而是受睡眠質量或睡眠驅動力的調控。
 
圖1 睡眠缺失導致對撞擊敏感的tko25t和easpc80f突變果蠅誘發癲癇發作加重

2.視頻追蹤平臺的開發用于識別果蠅的自發性癲癇
研究發現，咖啡因誘導的睡眠缺失雖加劇easpc80f 突變果蠅的癲癇嚴重程度，卻減少了其后續誘發發作的可能性，結合撞擊敏感性癲癇在近期發作后存在不應期的特性，推測睡眠剝奪期間可能存在未記錄的自發性癲癇。為驗證這一點，團隊開發了慢性視頻追蹤系統（CynthiSeize 算法）：將果蠅置于多孔板中，通過紅外攝像96 小時連續監測，依據速度、加速度、像素變化閾值自動識別自發性癲癇，并經多重驗證確認其為癲癇（行為上符合強直 - 陣攣特征且野生型果蠅無此現象；神經層面伴隨神經元超同步激活；對經典抗癲癇藥敏感；睡眠剝奪會加重發作，與哺乳動物及人類模型一致）。該系統證實，咖啡因導致的睡眠缺失增加了 tko25t 和 easpc80f 突變果蠅的自發性癲癇（頻率、持續時間上升），且發作更易在清醒時發生，與前 3 小時睡眠減少相關，致命性發作也與前 3 小時睡眠減少相關。此外，對野生型果蠅用印防己毒素誘導癲癇的研究顯示，發作致命性與清醒狀態及前 3 小時睡眠減少相關。這些結果證實果蠅癲癇模型存在自發性癲癇，且睡眠量和/或睡眠驅動力可能調節癲癇嚴重程度。
 

圖2 睡眠限制后果蠅表現出自發性癲癇發作

3.睡眠驅動力而非總睡眠時間調控癲癇發作
為區分睡眠歷史（實際睡眠量）與睡眠驅動力（睡眠需求）對癲癇的獨立影響，研究的核心設計是利用四種溫度遺傳學模型（TrpA1 激活特定神經元）實現差異化睡眠剝奪：“睡眠反彈組”（c584>TrpA1 & 104906>TrpA1） 在 30℃激活神經元導致睡眠減少，同時睡眠驅動力顯著升高（p (Doze) 指標上升），癲癇發作加重，且溫度回調至 18°C 后雖出現睡眠穩態反彈但癲癇仍惡化；“無睡眠反彈組”（Tdc2>TrpA1 & c453>TrpA1） 雖有同等睡眠減少，但睡眠驅動力無變化，癲癇發作未加重，溫度回調后也無睡眠反彈；自然情境驗證顯示，饑餓誘導的睡眠剝奪（不升高睡眠驅動力）不會導致癲癇顯著惡化。核心發現為：睡眠剝奪加重癲癇的唯一決定因素是睡眠驅動力升高（而非睡眠時間減少）—— 當且僅當干預激活睡眠穩態壓力（如 c584>TrpA1）時癲癇易感性增加，由此確立睡眠驅動力為關鍵調控靶點。
 

圖3 與睡眠驅動力升高相關的睡眠缺失會加重癲癇發作

4.促眠環路調控癲癇發作
該研究旨在驗證睡眠驅動力是否獨立于睡眠量直接影響癲癇發作嚴重程度。
實驗以tko25t 果蠅為模型，在 12 種參與睡眠 / 清醒調控的細胞群或環路中表達溫度敏感蛋白 TrpA1。果蠅飼養于 18°C 以減少 TrpA1 激活，實驗時置于 25°C 激活該蛋白（此溫度不直接影響果蠅驚厥）。僅對目標細胞群 / 環路進行 4 分鐘急性激活（因睡眠定義為至少 5 分鐘不動，故總睡眠量不變），以排除睡眠量干擾。結果顯示：激活背扇形體（dFB）、蘑菇體（MB）、腦間部（PI）等促眠腦區的相關環路，會延長驚厥的強直 / 陣攣期；激活橢球體（EB）這一促眠區域，增加總驚厥時間。此外，急性激活 trh 表達的血清素能神經元會加重發作，而激活部分促醒環路無保護作用。所有被激活的細胞群均不延長恢復時間，提示其他腦區可能參與驚厥后恢復調控。
 

圖4 Gal4 篩選揭示促眠環路的激活會加重癲癇發作 

5.睡眠缺失增加促眠環路的活性
研究旨在探究促眠環路活動是否會改變其他腦區活動（基于此前溫度遺傳學研究提示其與癲癇發作嚴重程度相關）。實驗通過全神經元表達UAS-CaLexA（基因編碼的熒光鈣指示劑，作為腦活動替代指標），研究睡眠缺失對全腦活動的影響：讓果蠅攝入咖啡因 48 小時以限制睡眠后，檢測發現促眠腦區（如 dFB、EB、MB）細胞內鈣水平升高，且全腦范圍細胞內鈣水平均升高，提示睡眠缺失可能增加全腦活動。補充驗證顯示，這種效應并非咖啡因特有，機械性睡眠剝奪、一天結束時（ZT12）的高睡眠壓力，也會使促眠腦區鈣水平升高。由于廣泛神經過度活動易誘發癲癇，且此前觀察到促眠神經元過度激活會增加電活動，研究進而探究促眠環路活動是否廣泛調節癲癇風險。
 

圖5 睡眠限制后全腦活動增強（包括促眠環路） 

6.編碼嗜睡的環路可調節癲癇發作
研究探究了激活或抑制促眠環路對自發性癲癇的影響。激活實驗中，通過特定驅動子表達光敏感蛋白csChrimson，結合紅光刺激及咖啡因處理：咖啡因使對照組癲癇更頻繁嚴重；持續激活促眠細胞會增加睡眠，但未加重癲癇（可能因果蠅可通過多睡消散睡眠驅動力）；同時激活促眠細胞并給予咖啡因，果蠅無法消散睡意，癲癇情況與僅咖啡因處理的對照組相似；且促眠區異常過度激活時，即便總睡眠增加仍會誘發癲癇（包括致命性）。抑制實驗中，通過相同驅動子表達抑制性光敏感蛋白GtACR1：咖啡因處理的對照組睡眠減少、癲癇增加；抑制促眠區同時給予咖啡因，睡眠減少但癲癇減輕；單純抑制促眠細胞也會減少睡眠和癲癇（類似 “無睡眠反彈組” 和饑餓的效果，推測與睡眠驅動力降低相關）。這些光遺傳學實驗表明，睡眠驅動力對癲癇風險的影響可與睡眠量的影響分離。
 

圖6 促眠環路的抑制在睡眠缺失情況下對癲癇發作有保護作用

7.5HT1A 的缺失介導癲癇發作加重
研究旨在探究促眠環路過度活躍增加癲癇負擔的機制，及相關干預效果。通過對睡眠剝奪前后的dFB 進行 RNA 測序，發現僅 5HT1A（一種抑制性 G 蛋白偶聯受體）轉錄本顯著下調，推測其下調會減少抑制信號，增強 dFB 活性和睡眠壓力 。實驗驗證顯示：給對照組果蠅5HT1A 激動劑 8-OH-DPAT，睡眠減少但癲癇頻率降低（可能因 5HT1A 抑制促眠細胞，減少睡眠量和驅動力）；在促眠細胞中RNAI 敲低 5HT1A，睡眠增加（與測序結果一致，睡眠剝奪使 5HT1A 減少，增強 dFB 活性），且癲癇風險降低（或因睡眠驅動力消散）；給敲低5HT1A 的果蠅 8-OH-DPAT，減少睡眠的效果減弱，說明激動劑主要通過促眠細胞起作用。進一步測試 FDA 批準的 5HT1A 部分激動劑丁螺環酮（buspirone，有失眠副作用）：其減少野生型果蠅基線睡眠（類似8-OH-DPAT），與咖啡因聯用時不影響咖啡因導致的睡眠減少，但降低癲癇風險，可逆轉睡眠限制引發的癲癇負擔增加 。5HT1A 介導的抑制信號缺失促進睡眠，激活 5HT1A（包括丁螺環酮）可降低睡眠壓力和癲癇風險。
 

圖7 睡眠缺失后 5HT1A 下調且這一現象具有促眠作用
 
圖8 通過FDA批準的藥物丁螺環酮增強5HT1A活性，可預防由睡眠缺失誘發的癲癇發作

研究結論：
本研究表明，睡眠缺失后癲癇加重的主要原因是睡眠驅動力升高而非睡眠量減少，且睡眠驅動力對癲癇負擔的影響遠大于睡眠量，減少睡眠驅動力比單純增加睡眠量更能降低癲癇風險。睡眠壓力升高會導致促眠腦區及全腦活動增加，使神經元興奮性普遍升高，進而提高癲癇易感性。睡眠限制后，背扇形體中5HT1A（一種抑制性受體）表達下調，其缺失會增強促眠中心活動；而激活 5HT1A（如使用 8-OH-DPAT）可減少睡眠和癲癇負擔，FDA 批準的 5HT1A 部分激動劑丁螺環酮能逆轉睡眠限制導致的癲癇加重，凸顯 5HT 受體特異性的重要性。這提示，靶向嗜睡對癲癇的影響可能為難治性癲癇提供新的臨床管理思路，血清素能藥物在改善睡眠相關癲癇方面有潛力。

參考文獻：Cuddapah VA, Hsu CT, Valle Sirias F, et al. Sleep drive, not total sleep amount, increases seizure risk. Nat Commun. 2025;16(1):6967. Published 2025 Jul 29. doi:10.1038/s41467-025-62311-x IF: 15.7 Q1

創作聲明：本文是在原英文文獻基礎上進行解讀，存在觀點偏向性，僅作分享，請參考原文深入學習。

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