Wissenschaftler entdecken versteckten Schlaf-Schalter, der Gehirnleistung steigert, Muskeln aufbaut und Fett verbrennt

Eines der wichtigsten dieser Hormone ist das Wachstumshormon, das beim Muskelaufbau und Knochenwachstum hilft, den Fettstoffwechsel steuert und die allgemeine Gesundheit fördert. Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass das Wachstumshormon eng mit dem Tiefschlaf verbunden ist, insbesondere mit den frühen Phasen des nicht-REM-Schlafs.

Schon ein einziger Schlafmangel kann die Hormonspiegel senken. Doch genau so, wie das Gehirn diesen Prozess steuert, blieb lange unklar. Forscher kartieren den Hirnkreislauf hinter der Ausschüttung an der University of California, Berkeley die Hirnkreise identifiziert, die die Freisetzung während des Schlafs steuern.

Ihre in der Zeitschrift Cell veröffentlichte Studie enthüllte zudem ein zuvor unbekanntes Rückkopplungssystem im Gehirn, das dazu beiträgt, Hormonspiegel auszugleichen und gleichzeitig den Wachzustand zu regulieren. Die Ergebnisse liefern ein klareres Bild der Verbindung zwischen Schlaf und Hormonregulation.

Technischer Hintergrund

Die Forscher sagen, dass diese Entdeckung langfristig zur Entwicklung neuer Therapien für Schlafstörungen beitragen könnte, die mit Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes sowie neurodegenerativen Erkrankungen einschließlich Parkinson und Alzheimer verbunden sind. „Die Öffentlichkeit weiß, dass die Ausschüttung Schlaf zusammenhängt, aber nur durch Blutentnahmen und die Messung der Wachstumshormonspiegel während des Schlafs", sagte Xinlu Ding, Erstautor der Studie und Postdoktorandin am Department of Neuroscience der UC Berkeley sowie am Helen Wills Neuroscience Institute. „Wir zeichnen stattdessen direkt die neuronale Aktivität in Mäusen auf, um zu verstehen, was abläuft.

Wir liefern damit ein grundlegendes Schaltkreismodell, an dem in Zukunft gearbeitet werden kann, um verschiedene Therapien zu entwickeln." Da Wachstumshormone auch den Glukose- und Fettstoffwechsel beeinflussen, kann schlechter Schlaf das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöhen.

Wichtige Gehirnregionen, die an der Schlaf- und Hormonregulation beteiligt sind: Die Neuronen, die für die Regulation der Wachstumshormonausschüttung während des Schlaf-Wach-Zyklus verantwortlich sind, befinden sich tief im Hypothalamus, einer Gehirnregion, die bei Säugetieren gemeinsam ist.

Was die Studie zeigt

Dazu gehören Wachstumshormon-freisetzende Neuronen (GHRH) sowie zwei Typen üttung ät im Locus coeruleus, einer Region des Hirnstamms, die für Aufmerksamkeit, Wachheit, Kognition und Reaktionen auf neue Erfahrungen verantwortlich ist.

Störungen des Locus coeruleus wurden mit verschiedenen psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. „Das Verständnis des neuronalen Schaltkreises für die Freisetzung könnte langfristig neue hormonelle Therapien ermöglichen, um die Schlafqualität zu verbessern oder ein normales Wachstumshormon-Gleichgewicht wiederherzustellen", sagte Daniel Silverman, Postdoktorand an der UC Berkeley und Mitautor der Studie. „Es gibt einige experimentelle Gentherapien, bei denen eine bestimmte Zelltyp gezielt wird.

Dieser Schaltkreis könnte ein neuer Ansatz sein, um die Erregbarkeit des Locus coeruleus zu reduzieren – ein Aspekt, der bisher kaum diskutiert wurde." In dem Labor, Professor für Neurowissenschaften sowie Molekular- und Zellbiologie, implantierten die Forscher Elektroden in die Gehirne von Mäusen und überwachten die neuronale Aktivität während der optischen Stimulation Mäuse den Tag und die Nacht in kurzen, nur wenigen Minuten dauernden Schlafphasen verbringen, boten sie Forschenden wiederholte Gelegenheiten, die Hormonaktivität während der Schlafzyklen zu untersuchen.

Was die Studie zeigt

Unterschiedliche Hormonaktivität während REM- und Nicht-REM-Schlafphasen Durch den Einsatz fortschrittlicher Techniken zur Verfolgung neuronaler Schaltkreise stellten die Forschenden fest, dass die beiden Peptidhormone, die an der Ausschüttung, je nach Schlafphase unterschiedlich wirken. GHRH fördert die Freisetzung, während Somatostatin diese hemmt.

Während des REM-Schlafs steigen die Spiegel beider Hormone stark an, was die Freisetzung öht. Im Nicht-REM-Schlaf sinkt der Spiegel, während der Spiegel; auch dies steigert die Produktion Forschenden Hinweise auf ein Rückkopplungssystem, das den Locus coeruleus einbezieht.

Da Wachstumshormon im Schlaf allmählich ansteigt, stimuliert es diesen Hirnbereich und fördert die Wachheit.

Was die Studie zeigt

Allerdings kann eine übermäßige Aktivität des Locus coeruleus, wie frühere Arbeiten, unerwartet die Müdigkeit erhöhen. „Dies deutet darauf hin, dass Schlaf und Wachstumshormon ein eng abgestimmtes System bilden: Zu wenig Schlaf reduziert die Ausschüttung, und zu viel Wachstumshormon kann seinerseits das Gehirn in Richtung Wachheit drängen", so Silverman. „Schlaf fördert die Freisetzung, und Wachstumshormon wirkt rückgekoppelt zur Regulation der Wachheit; dieses Gleichgewicht ist für Wachstum, Reparatur und metabolische Gesundheit unerlässlich." Da der Locus coeruleus zudem an der Regulation der allgemeinen Hirnarousal während des Wachzustands beteiligt ist, glauben Forscher, dass die Aufrechterhaltung des richtigen Gleichgewichts in diesem System auch Aufmerksamkeit und kognitive Funktionen beeinflussen könnte. „Wachstumshormon hilft nicht nur beim Aufbau bei der Reduktion, sondern könnte zudem kognitive Vorteile bieten, indem es das allgemeine Arousal-Niveau beim Aufwachen fördert", sagte Ding.

Referenz: „Neuroendokrine Schaltkreise für schlafabhängige Wachstumshormon-Freisetzung", 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 und Yang Dan, 24. Juni 2025, Cell.

DOI: 10.1016/j.cell.2025.05.039 Die Arbeit wurde vom Howard Hughes Medical Institute (HHMI) sowie vom Pivotal Life Sciences Chancellor's Chair Fund finanziert. Bis zu diesem Jahr wurde Dan vom HHMI als HHMI-Investigator unterstützt. Dan ist Inhaber des Pivotal Life Sciences Chancellor's Chair in Neuroscience.

Weitere Mitautoren der Publikation sind Peng Zhong, Bing Li, Chenyan Ma, Lihui Lu, Grace Jiang, Zhe Zhang, Xiaolin Huang, Xun Tu und Zhiyu Melissa Tian Fuu-Jiun Hwang und Jun Ding.