睡眠相關(guān)腦蛋白的研究進(jìn)展*

張澤國(guó)，盛雪燕，徐富菊，李越峰

甘肅中醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000

睡眠相關(guān)腦蛋白的研究進(jìn)展*

張澤國(guó)，盛雪燕，徐富菊，李越峰△

甘肅中醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000

分析、概括近年來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)，就影響睡眠作用的一些分子機(jī)制展開(kāi)敘述，為后續(xù)有關(guān)睡眠的微觀研究提供思路。

睡眠；腦蛋白；研究進(jìn)展

人的一生大約有1/3的時(shí)間是在睡眠中度過(guò)的［1］，所以睡眠對(duì)于人們的生活和健康是至關(guān)重要的，但隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的加快，工作壓力的加大，睡眠質(zhì)量受到很大影響為了更好地解決這一類(lèi)問(wèn)題，我們必須更加深入的從根本上研究睡眠［2］。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，睡眠分子層面的研究也已成為熱點(diǎn)［3］。目前，人類(lèi)對(duì)于睡眠的功能以及產(chǎn)生此過(guò)程的分子機(jī)制還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。現(xiàn)已明確的是果蠅及人類(lèi)睡眠調(diào)節(jié)機(jī)制及通路主要包括神經(jīng)遞質(zhì)、離子通道、生物鐘基因、代謝調(diào)節(jié)等［4］。現(xiàn)就基于影響睡眠作用的一些分子機(jī)制敘述如下：

1 睡眠分子機(jī)制研究進(jìn)展

1.1 神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽系統(tǒng)及包內(nèi)信號(hào)分子實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)睡眠受到多種神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控［5-6］。比如果蠅體內(nèi)的G A B A和5-H T都具有促眠的作用，然而這一作用則是通過(guò)一個(gè)解剖結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控的。特別提到5-H T9(五羥色胺)是通過(guò)“蘑菇體”的d5-H T1A受體促進(jìn)睡眠的［7］。神經(jīng)肽對(duì)于睡眠的調(diào)節(jié)也起到了很大的作用，其中研究最多的就是O r e x in。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明損傷O r e x in系統(tǒng)可致人類(lèi)出現(xiàn)昏睡，85%～95%昏睡癥患者腦脊液中O r e x in1都有明顯的減少。后來(lái)的研究中發(fā)現(xiàn)果蠅腦內(nèi)也存在一種和人類(lèi) O r e x in作用相似的神經(jīng)肽——P D F(色素分散因子)。該色素分散因子可能同哺乳動(dòng)物腦內(nèi)O r e x in作用相似，即同樣作為一個(gè)由神經(jīng)元分泌的促醒神經(jīng)肽［8］。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)例如神經(jīng)肽S、神經(jīng)肽Y、血管活性腸肽、褪黑素等也都對(duì)睡眠起到一定作用。上文已經(jīng)提到了神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽對(duì)于睡眠的重要性，但又發(fā)現(xiàn)調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)以及神經(jīng)肽下游的信號(hào)分子也對(duì)睡眠起到一定的作用［9］。

1.2 離子通道調(diào)控作用 離子通道的調(diào)控作用主要是通過(guò)一群調(diào)節(jié)睡眠基因的分子來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在這些離子通道里面，電壓門(mén)控鉀通道具有促眠作用。借助果蠅遺傳篩選技發(fā)現(xiàn)果蠅體內(nèi)存在一類(lèi)促眠基因sss，該類(lèi)基因可能參與調(diào)節(jié)和睡眠相關(guān)的一些離子通道［10］。

1.3 生物鐘基因的發(fā)現(xiàn) 晝夜節(jié)律是所有生物體對(duì)可預(yù)測(cè)的環(huán)境改變的一種綜合性的適應(yīng)現(xiàn)象，它是可以持續(xù)運(yùn)行并且以大約24小時(shí)為周期的生物節(jié)律。此前已在各種生命水平上開(kāi)展對(duì)晝夜節(jié)律的研究，然而直到20世紀(jì)末，從基因水平上對(duì)晝夜節(jié)律的研究還只是剛剛開(kāi)始。所以，我們對(duì)于那些導(dǎo)致晝夜生物循環(huán)的基因分子還知之甚少。研究證實(shí)振蕩性變化的基因分子是存在的［11］。運(yùn)用基因修飾技術(shù)，已經(jīng)部分地闡明了晝夜生物鐘基因的運(yùn)行機(jī)制。例如在果蠅(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了2種晝夜鐘基因的突變體，即p e r i od(p e r)和t i m e l e ss(t i m)基因，其在腦中特定部位的p e r和t i m基因的m R N A和相應(yīng)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的量，以大約24小時(shí)的周期循環(huán)變化。經(jīng)研究認(rèn)為［12］，果蠅生物鐘節(jié)律調(diào)控是一種“轉(zhuǎn)錄-翻譯-抑轉(zhuǎn)錄”機(jī)制構(gòu)成的反p e r和t i m基因的表達(dá)可以在轉(zhuǎn)錄和翻譯等水平上受到控制，其調(diào)節(jié)的機(jī)制是通過(guò)鐘基因表達(dá)的蛋白質(zhì)參與自動(dòng)調(diào)控的反饋抑制環(huán)路來(lái)完成的。

1.4 代謝因素 睡眠作用同時(shí)也受到代謝因素的影響，但是對(duì)于分子層面的聯(lián)系了解還很少，研究發(fā)現(xiàn)影響睡眠的代謝突變體主要包括br u mm e r (b mm)和脂質(zhì)液2(lsd2)。B mm變異體可抵抗饑餓，睡眠剝奪時(shí)呈反應(yīng)性升高，主要表現(xiàn)為剝奪后睡眠時(shí)間延長(zhǎng)。相反，lsd2變異體對(duì)于饑餓非常敏感，呈現(xiàn)睡眠動(dòng)態(tài)平衡的下降。這表明睡眠和代謝之間明顯的相互作用具有共同的分子通路，而不是簡(jiǎn)單的相互調(diào)節(jié)［13］。

2 果蠅作為新型睡眠模式生物的研究現(xiàn)狀

在睡眠醫(yī)學(xué)研究發(fā)展過(guò)程中，睡眠研究的模式生物由最原始的貓逐漸發(fā)展到大鼠。而近年來(lái)，黑腹果蠅(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)作為睡眠行為研究的新型模式生物日益受到關(guān)注。早在1830年它首次被描述，直到20世紀(jì)初，動(dòng)物學(xué)家和遺傳學(xué)家首次對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)。后經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家的研究試驗(yàn)，我們對(duì)果蠅的研究已經(jīng)逐步趨于成熟，這些都為后來(lái)果蠅被選作為模式生物提供了條件。近年來(lái)，我國(guó)以果蠅為模式生物的科研隊(duì)伍在不斷壯大，隨著一系列有效技術(shù)的發(fā)展，果蠅在發(fā)育生物學(xué)分子生物學(xué)等領(lǐng)域都占據(jù)了不可替代的位置［14］。

2.1 選擇依據(jù) 果蠅基因組共有四對(duì)染色體，全序列長(zhǎng)180M b，其中有大約12OM b的常染色質(zhì)在第2和第3及X染色體上，另外有約6OM b的異染色質(zhì)和著絲粒區(qū)序列，科學(xué)家在2000年完成了對(duì)果蠅全基因組的測(cè)序工作，這其中有120M b的常染色質(zhì)部分已經(jīng)測(cè)定，總共約14 000個(gè)基因已全部定位，它的編碼蛋白基因有13 600種，約一半蛋白與哺乳動(dòng)物蛋白有序列同源性，超過(guò)60%的人類(lèi)疾病基因在果蠅中有直系同源物［15］。果蠅的單個(gè)基因具有哺乳類(lèi)多個(gè)相關(guān)家族成員的功能，如果蠅的p53基因相當(dāng)于人p53、p63、p73基因共同的祖先。果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)相對(duì)于脊椎動(dòng)物等其他物種來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是它的神經(jīng)系統(tǒng)又具有一定的復(fù)雜性，使得果蠅可以完成覓食、交配、求偶、學(xué)習(xí)記憶以及晝夜節(jié)律等復(fù)雜行為。總而言之，果蠅在蛋白質(zhì)分子基礎(chǔ)、信號(hào)傳導(dǎo)通路、神經(jīng)編碼方式、突觸傳遞機(jī)制，以及神經(jīng)疾病的發(fā)生和病癥上，都與哺乳動(dòng)物有高度的相似性。以上種種依據(jù)加快了果蠅作為模式生物而被廣泛研究的進(jìn)程。目前，最普遍應(yīng)用于遺傳學(xué)的果蠅是黑腹果蠅［16］。

2.2 選擇優(yōu)勢(shì) 1)體型幼小，飼養(yǎng)簡(jiǎn)單，管理方便，繁殖快，并且可發(fā)生完全變態(tài)；2)它的性狀表現(xiàn)極為豐富，突變的類(lèi)型眾多，且易于誘變分析；3)染色體數(shù)目少，便于標(biāo)記分析［17］。

2.3 研究進(jìn)展 由于果蠅在睡眠行為表現(xiàn)、藥物反應(yīng)、基因、蛋白分子等方面都表現(xiàn)出和人類(lèi)睡眠極大的相似性。所以，果蠅作為神經(jīng)科學(xué)各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的理想模式生物已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)研究的一大亮點(diǎn)。目前，利用腦電等新技術(shù)對(duì)該模式生物的研究，為治療人群中存在的一些睡眠疾病提供重要依據(jù)［18］。

3 不同時(shí)段睡眠剝奪對(duì)相關(guān)腦蛋白的影響

正常的睡眠由兩個(gè)交替出現(xiàn)的時(shí)相所組成，一個(gè)是慢波相，又稱(chēng)非快速眼動(dòng)睡眠(N R E M S)，另一個(gè)則是異相睡眠，又稱(chēng)快速眼動(dòng)睡眠(R E M S)。正常成年人入睡后，首先進(jìn)入慢波相，歷時(shí)70～120分鐘不等，即轉(zhuǎn)入異相睡眠，約5～15分鐘，這樣便結(jié)束第1個(gè)時(shí)相轉(zhuǎn)換，接著又開(kāi)始慢波相，并轉(zhuǎn)入下一個(gè)異相睡眠，如此周而復(fù)始地進(jìn)行下去。整個(gè)睡眠過(guò)程，一般有4～6次轉(zhuǎn)換，慢波相時(shí)程逐次縮短，并以第2期為主，而異相時(shí)程則逐步延長(zhǎng)［19］。

3.1 睡眠相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)和受體 韁核(h ab e nu l a r nu cl e u s)位于背側(cè)丘腦后部近中線處，為雙側(cè)復(fù)合性結(jié)構(gòu)，其顯微結(jié)構(gòu)界限清晰，前側(cè)、背側(cè)、后側(cè)均由第三腦室包繞，上側(cè)與海馬毗鄰［20］。形態(tài)學(xué)及藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示，H b內(nèi)含有多種神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)的細(xì)胞和纖維，同時(shí)與邊緣前腦和腦干有廣泛的纖維聯(lián)系，它們可釋放不同的神經(jīng)遞質(zhì)和遞質(zhì)的受體。其中谷氨酸(G L U)和γ-氨基丁酸(G A B A)分別是腦內(nèi)最重要的興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，經(jīng)研究證明，不同腦區(qū)谷氨酸和γ-氨基丁酸含量及其受體功能的改變參與睡眠一覺(jué)醒過(guò)程及不同睡眠時(shí)相的轉(zhuǎn)換，在睡眠的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用［21］。

3.2 睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展 經(jīng)剝奪實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)大鼠韁核內(nèi)的興奮性遞質(zhì)(G L U)在睡眠剝奪后增加，但隨著剝奪時(shí)間的延長(zhǎng)增多的程度降低，睡眠恢復(fù)后再次增加；而促睡眠神經(jīng)遞質(zhì)(G A B A)隨著睡眠剝奪時(shí)間的延長(zhǎng)增高更明顯，恢復(fù)睡眠后輕度降低；衡量核團(tuán)活性的氨基酸比值(G l u/G A B A)呈現(xiàn)先增加后降低，恢復(fù)睡眠后其比值再次增加，表明韁核活動(dòng)增加可能具有促睡眠作用［22］。睡眠剝奪后，外側(cè)韁核c-f os蛋白陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)明顯增加，但隨著剝奪時(shí)間的延長(zhǎng)其表達(dá)數(shù)量降低，說(shuō)明外側(cè)韁核興奮參與了睡眠剝奪后最初睡眠反彈過(guò)程。

3.3 REM期睡眠剝奪對(duì)大鼠大腦相關(guān)蛋白的影響 睡眠剝奪(sl ee p d e p r i v at i o n，S D)是睡眠障礙中的常見(jiàn)癥狀，S D可引起神經(jīng)元內(nèi)多種基因表達(dá)上調(diào)從而影響神經(jīng)細(xì)胞的生理生化過(guò)程，比如蛋白合成、神經(jīng)可塑性、神經(jīng)傳遞以及代謝作用。國(guó)外相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)睡眠剝奪與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的關(guān)系密切，能使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志性蛋白葡萄糖調(diào)控蛋白78(G R P78)，葡萄糖調(diào)控蛋白94等表達(dá)［23］。

4 中藥復(fù)方改善果蠅睡眠作用的蛋白質(zhì)研究進(jìn)展

近年來(lái)，在傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，借助部分現(xiàn)代儀器的記錄分析，對(duì)人類(lèi)睡眠及失眠的認(rèn)識(shí)已經(jīng)有一定的深度。所以，能夠嘗試?yán)弥兴?單味藥、有效成分、方劑或復(fù)方)改善睡眠的觀察實(shí)驗(yàn)與研究已成為國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)之一，但目前關(guān)于中藥改善睡眠的研究以臨床觀察為主，機(jī)理研究多局限于中藥(單味藥或復(fù)方)與西藥一類(lèi)的協(xié)同作用來(lái)影響睡眠時(shí)相，有關(guān)中藥改善睡眠的作用機(jī)制研究并不深入［24］。所以，對(duì)睡眠的分子機(jī)制研究仍需不斷努力。

5 總結(jié)

睡眠作為一種復(fù)雜而重要的生理過(guò)程，我們必須不斷地對(duì)其進(jìn)行研究。當(dāng)代先進(jìn)儀器輔助我們進(jìn)行大量的研究試驗(yàn)，為睡眠行為深入的研究提供可能，也為關(guān)于睡眠分子機(jī)制研究提供工具。有關(guān)睡眠相關(guān)的蛋白質(zhì)的研究也鮮見(jiàn)報(bào)道，所以在這一領(lǐng)域的研究還需更大的努力。

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Advances in the Study of Sleep-Related Cerebral Protein

ZHANG Zeguo,SHENG Xueyan,XU Fuju,LIYuefeng△
Gansu University of Chinese Medicine,Lanzhou 730000,China

By analyzing the related literature published in recent years,this paper explores the molecular mechanisms influencing sleep disorder,and provides thought for future research from them icroscopic perspective.

sleep;cerebralprotein;research progress

R571

A

1004-6852(2015)04-0153-03

2014-08-05

2014年國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (編號(hào)81460611)；2012年教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)212186)；2014年甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (編號(hào)145RJZA076)；2010年甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)1010RJZA212)；2013年度高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目；2014年蘭州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)2014-1-188)。

張澤國(guó)(1989—)，男，在讀碩士研究生。研究方向：中藥及復(fù)方藥理活性研究。

△通訊作者：李越峰(1975—)，女，碩士研究生導(dǎo)師，博士學(xué)位，副教授。研究方向：中藥及復(fù)方藥理活性研究。