美國科學家發現控制生物鐘的機制

　　 研究人員發現，在白天神經元中高鈉離子通道活性會開動細胞，最終喚醒動物；在夜間高鉀離子通道活性會關閉細胞，使動物入睡。更好地理解這一機制能夠有助于研發新藥物解決與睡眠-覺醒問題有關的生物鐘困擾。

　　十五年前，一只奇怪的突變果蠅吸引了西北大學生理節律專家Ravi Allada博士的注意力和好奇心，因此引導著神經科學家在最近發現了動物的生物鐘是如何做到在早上醒來，在晚間睡眠的原因。

　　生物鐘機制被證明很像是一個光的開關。在對支配日常醒睡周期時間的大腦節律神經元的研究中，Allada和他的研究團隊發現，在白天神經元中高鈉離子通道活性會開動細胞，最終喚醒動物；在夜間高鉀離子通道活性會關閉細胞，使動物入睡。在進一步的調查中，研究人員驚奇地發現同樣的睡眠-覺醒開關也出現在果蠅和小鼠中。

　　“這表明這個關鍵性機制控制我們的睡醒周期是古老的，” 溫伯格文理學院神經生物學教授兼系主任，此項研究的資深作者Allada說到，“這種振蕩機制似乎在幾億年的進化中保持守恒，而且如果存在于鼠中，很可能也存在于人類。”

　　更好地理解這一機制能夠有助于研發新藥物解決與睡眠-覺醒問題有關的生物鐘困擾，比如飛行時差和輪班工作。最后也可能實現重置一個人的內部時鐘，以適應他或她的情況。

　　研究人員稱這是一個“自行車”機制：2個踏板，在1天24小時內上下，向神經元傳遞重要的時間信息。然而研究人員發現這兩個踏板――鈉通道和鉀通道――既活躍在簡單生物果蠅中也出現在復雜的生物老鼠中，這是出乎意料的。

　　這項研究的結果已發表在2015年8月13日的《細胞》雜志上。

　　“令人驚奇的發現是同樣的控制睡眠-覺醒機制在昆蟲和哺乳動物中是一樣的，”該研究的主要作者Matthieu Flourakis說，“老鼠在夜間活動，而果蠅是在白天，但是它們的睡眠-覺醒周期是以同樣的方式控制。”

　　當Flourakis加入Allada的團隊時曾疑惑果蠅節律神經元的活動是否是隨著一天中的時間而變化的，最后他發現了一個很強的規律性：神經元在早晨釋放的多，而晚上非常小。

　　接下來，研究人員想要了解其中的原因，繼而他們發現了，當鈉流高時，神經元釋放的多，會喚醒動物；當鉀流高時，神經元會安靜下來，導致動物睡眠。鈉流和鉀流之間的平衡控制著動物的周期節律。

　　之后Flourakis、Allada和他們的同事便想知道否這樣一個過程會存在于和人類相近的動物身上。他們研究了老鼠大腦中控制晝夜節律的那塊小區域――視交叉上核，由20000個神經元組成，發現了其中同樣的機制。

　　Allada 說：“我們這個研究的出發點是缺失鈉通道的突變果蠅，它行走困難且晝夜節律很差。雖然花了很長時間，但我們能夠把基因組學、遺傳學、行為學和神經元活動的電測量所有都包含在了這篇論文中，一個關于兩個物種的研究。“

　　“現在當然我們有更多的問題，是什么在調節睡眠-覺醒的途徑，因此我們還有更多的工作要做。”他說。