自然界所有生物的生命活動(dòng)都存在節(jié)律現(xiàn)象。在哺乳動(dòng)物的大腦中有一個(gè)生物節(jié)律的起搏器，它位于下丘腦視交叉上核（SCN）。SCN就像一個(gè)總司令，根據(jù)自然界光-暗周期調(diào)控生理和活動(dòng)節(jié)律，并能通過激素和神經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)外周生物鐘。近日，來自約翰霍普金斯大學(xué)研究小組通過小鼠實(shí)驗(yàn)，闡明了SCN的細(xì)胞簇如何控制睡眠，并將光-暗信號(hào)傳遞給全身。這一研究發(fā)表于12月22日的Current Biology雜志上。

光就像一個(gè)引子，在動(dòng)物生物節(jié)律的產(chǎn)生及維持中扮演著重要角色。研究SCN對(duì)于理解光如何直接調(diào)節(jié)睡眠十分必要。約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授Seth Blackshaw博士說 “我們?yōu)樗哒系K患者或經(jīng)歷時(shí)差的人群尋求治療的機(jī)會(huì)，并進(jìn)一步了解如何控制睡眠。

科學(xué)家們已經(jīng)知道，SCN作為一個(gè)總生物鐘調(diào)控著哺乳動(dòng)物的睡眠及全身的節(jié)律活動(dòng)。但它在直接睡眠調(diào)節(jié)過程中的重要性，比如亮光喚醒睡覺的人，仍然有爭議，因?yàn)轱@示其在活體動(dòng)物中作用的實(shí)驗(yàn)基本上無法進(jìn)行。 Blackshaw 表示，如果在小鼠大腦中手術(shù)切除SCN，它們的睡眠和覺醒不再隨時(shí)受光線的影響，但一旦切除SCN，與之相連的視神經(jīng)也會(huì)遭到破壞，后者從視網(wǎng)膜帶來光信息，所以沒有人知道小鼠切除SCN后節(jié)律不再受到光的影響到底是由于缺少SCN還是缺失視神經(jīng)。

在此前的研究中，Blackshaw的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種方法來破壞SCN的正常功能，而不用物理去除它并損傷視神經(jīng)。研究人員試圖鑒定與小鼠下丘腦發(fā)育相關(guān)的基因，包括SCN腦區(qū)。他們確定了一個(gè)名為LHX1的基因，它可能是胎兒SCN的發(fā)育過程中最早啟動(dòng)的基因。

LHX1調(diào)節(jié)光信號(hào)影響的睡眠-覺醒周期

在新實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家使用遺傳工具敲除SCN細(xì)胞中LHX1基因。他們發(fā)現(xiàn)小鼠的晝夜節(jié)律遭到嚴(yán)重破壞，不過它們?nèi)匀豢赡芘c光周期保持弱同步。并且SCN細(xì)胞在無法產(chǎn)生相關(guān)的信號(hào)分子蛋白。

無論小鼠待在持續(xù)光照，持續(xù)黑暗或兩者的正常光-暗周期中，它們睡眠和持續(xù)時(shí)間變得毫無規(guī)律。但是累及起來，它們睡眠時(shí)長相同——每24小時(shí)睡12小時(shí)，這與正常小鼠類似，只是缺乏正常的循環(huán)模式。“這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，SCN對(duì)于光線對(duì)睡眠的即時(shí)影響至關(guān)重要，”Blackshaw說。

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LHX1調(diào)控著晝夜節(jié)律對(duì)溫度變化的抗性

科學(xué)家們還注意到，在SCN受損的小鼠中，核心體溫的節(jié)律變化也遭到破壞。人類的平均體溫為37攝氏度，但它會(huì)隨著一天的時(shí)間產(chǎn)生約1攝氏度的波動(dòng)，下午最高，黎明前最低。類似的節(jié)律在小鼠中也存在。這些微小的溫度波動(dòng)可以對(duì)同樣受到晝夜節(jié)律調(diào)控的外周的生理過程（例如葡萄糖使用和脂肪儲(chǔ)存）產(chǎn)生大的影響，并且科學(xué)家推測這可能是SCN控制身體節(jié)律主要方式。

相反，身體的晝夜節(jié)律的標(biāo)志之一，核心體溫的循環(huán)，通常不會(huì)被大的溫度變化干擾。 “否則，你會(huì)在每次發(fā)燒時(shí)都感覺自己像經(jīng)歷了時(shí)差，”布萊克肖說。但是在小鼠實(shí)驗(yàn)中還不清楚SCN是否與活體動(dòng)物對(duì)強(qiáng)烈溫度變化的耐受性有關(guān)。實(shí)驗(yàn)室中的正常SCN細(xì)胞能夠保持同步周期，而不用考慮溫度變化，但來自另一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的研究表明，這些細(xì)胞之前無法有效傳遞信號(hào)，那么它們可以通過溫度變化“重置”。

在LHX1缺陷小鼠中的SCN細(xì)胞具有類似的損傷性質(zhì)，Blackshaw實(shí)驗(yàn)室的研究生Joseph Bedont推斷這些小鼠在給予熱刺激后能夠回到正常的體溫循環(huán)。

為了驗(yàn)證這一猜想，他們給生活在黑暗中的小鼠注射可以使它們發(fā)燒的炎癥刺激物?！敖Y(jié)果表明，SCN確實(shí)負(fù)責(zé)活體動(dòng)物的晝夜節(jié)律對(duì)溫度變化的抗性，并且它進(jìn)一步顯示了SCN的重要性，”Blackshaw說， “它還維持著身體的其他生理周期，如饑餓和激素的分泌，由SCN通過其核心體溫調(diào)節(jié)同步。

另外的實(shí)驗(yàn)鑒定了幾種可能參與這些重要信號(hào)通路的分子。 Blackshaw團(tuán)隊(duì)計(jì)劃逐個(gè)研究它們的作用。這為開發(fā)相關(guān)靶向藥物提供了基礎(chǔ)。例如，為了治療時(shí)差感，Blackshaw認(rèn)為一個(gè)可能的選擇是短暫地阻斷LHX1，使得SCN細(xì)胞解偶聯(lián)，并且通過光或溫度使其重置。不過科學(xué)家們前還不清楚這樣做的不良后果。

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