生物鐘基因與睡眠障礙的研究進(jìn)展＊

魏文靜，仝立國(guó)，仲啟明，馮瑪莉

睡眠障礙（sleep disorders）是臨床常見(jiàn)病，是因各種原因引起的人體睡眠和覺(jué)醒機(jī)制失常，主要表現(xiàn)為睡眠不足和睡眠過(guò)多的一類(lèi)疾病，常常影響人們的正常生活、工作、學(xué)習(xí)和健康。正常情況下，時(shí)鐘基因會(huì)在相同的時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉，以保持睡眠和飲食周期的均衡，但如果其中的基因發(fā)生突變時(shí)，就會(huì)打破這一環(huán)節(jié)，為此，該文對(duì)調(diào)控晝夜節(jié)律生物鐘基因的分子機(jī)制、晝夜節(jié)律鐘基因在睡眠-覺(jué)醒周期障礙中的作用做一綜述。

1 睡眠障礙與生物節(jié)律

1.1 睡眠障礙概述近年來(lái)受到睡眠問(wèn)題困擾的人逐年增多，因此睡眠與健康問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注，而且睡眠障礙是抑郁癥患者的危險(xiǎn)因子，也是精神分裂癥的前驅(qū)癥狀和伴隨癥狀；睡眠障礙是睡眠-覺(jué)醒節(jié)律紊亂，其中神經(jīng)遞質(zhì)在睡眠障礙的發(fā)病機(jī)制中起著非常重要的作用，有研究顯示，5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）受體、去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）受體及 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受體與睡眠有關(guān)；其次，神經(jīng)回路、海馬是參與睡眠-覺(jué)醒周期調(diào)節(jié)密切相關(guān)的腦區(qū)，海馬神經(jīng)元以谷氨酸作為主要的神經(jīng)遞質(zhì)，海馬區(qū)功能減退也會(huì)導(dǎo)致睡眠障礙的發(fā)生。

1.2 生物鐘基因的運(yùn)行機(jī)制哺乳動(dòng)物的生物鐘中樞位于下丘腦視上核，目前已發(fā)現(xiàn)與睡眠障礙相關(guān)的生物鐘基因， 包括 Clock、Bmal1、Cry、Per等基因［1］。Clock和 Bmal1通過(guò)其共同的bHLH-PAS結(jié)構(gòu)域形成異二聚體，并通過(guò)結(jié)合E-box啟動(dòng)子，激活Per1/Per2/Per3及Cry1/Cry2的轉(zhuǎn)錄，經(jīng)過(guò)翻譯后的Per及Cry等基因產(chǎn)物在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成復(fù)合物并進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)抑制Clock與Bmal1復(fù)合物的活性，形成了正負(fù)反饋循環(huán)通路，Clock和Bmal1也可激活“鐘控基因（CCG）”，通過(guò)這些鐘控基因?qū)r(shí)間信息傳至效應(yīng)器，以調(diào)節(jié)機(jī)體的晝夜節(jié)律［2］。

2 生物鐘基因與睡眠障礙的關(guān)系

2.1 Clock基因與睡眠障礙在哺乳動(dòng)物中，最早被發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律鐘基因是Clock基因，其在節(jié)律鐘基因的組織中起著中心作用，是生物鐘基因正向反饋調(diào)節(jié)的重要組成部分。

McClung等［4］通過(guò)研究Clock基因在小鼠躁狂發(fā)作中的作用，Clock基因突變小鼠與正常小鼠比較，Clock基因突變小鼠具有躁狂癥狀的行為，表現(xiàn)過(guò)度活躍，無(wú)焦慮，沮喪。它們睡眠較少，表現(xiàn)出更大的腦活動(dòng)。Roybal等［6］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，如果小鼠Clock基因突變會(huì)出現(xiàn)極度興奮、睡眠時(shí)間減少，會(huì)增加腹側(cè)被蓋區(qū)的多巴胺能神經(jīng)元活性。

研究表明Clock基因rs11932595的G等位基因在健康成人中與自我報(bào)告的睡眠問(wèn)題相關(guān)［17］。分子遺傳學(xué)研究示［3］：生物鐘晝夜調(diào)控器（clock circadian regulator）的 CLOCK 基因 Clock 3’非翻譯區(qū)的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn) （single nucleotide polymorphisms，SNP）rs1801260 與 ADHD（注意缺陷多動(dòng)障礙）及其癥狀存在關(guān)聯(lián)。ADHD患者常常伴有睡眠問(wèn)題，主要表現(xiàn)為睡眠抵抗、入睡困難、晨起困難。曹銀利等人［9］通過(guò)采用聚合酶鏈反應(yīng)－限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（PCR－PFLP）技術(shù)研究ADHD與睡眠障礙的病理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Clock基因的T3111C基因型及等位基因頻率分布在ADHD組與對(duì)照組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），所以認(rèn)為Clock基因T3111C位點(diǎn)與ADHD易感性存在關(guān)聯(lián)，也是影響ADHD兒童相關(guān)睡眠障礙的重要因素。Shi等發(fā)現(xiàn) Clock基因中的幾個(gè) SNP（T3111C，3117G至T，3125A至G）與抑郁癥和睡眠障礙相關(guān)，更準(zhǔn)確地說(shuō)，兩個(gè)罕見(jiàn)的SNP（3117G至T和3125A至G）與良好睡眠和失眠的交替密切相關(guān)［5］。

2.2 Bmal1基因與睡眠障礙研究表明，Bmal1作為正向調(diào)節(jié)子，當(dāng)Bmal1基因缺失時(shí)，小鼠活動(dòng)節(jié)律立即紊亂［7］，晝夜節(jié)律基因的敲除或突變可導(dǎo)致節(jié)律改變，目前的研究集中在以突變小鼠研究為基礎(chǔ)的E-box DNA元件的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，如Bmal1基因敲除小鼠，其表現(xiàn)出基于活性的節(jié)律性喪失，生物鐘Bmal1和npas2相關(guān)的E-box轉(zhuǎn)錄活性的正調(diào)控因子在AK菌株中均勻上調(diào)，這種觀(guān)察導(dǎo)致E-box介導(dǎo)的基因表達(dá)可能是睡眠需求的驅(qū)動(dòng)力的可能性［6］。 Bellet等［8］提出靜脈全麻藥氯胺酮下調(diào)NG108-15神經(jīng)元細(xì)胞Bmal1基因的表達(dá)；還有研究證實(shí)，當(dāng)Bmal1/Mop3缺乏后小鼠會(huì)在持續(xù)黑夜中變得節(jié)奏不穩(wěn)定，對(duì)睡眠覺(jué)醒形式產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。

2.3 Per基因與睡眠障礙

2.3.1 Per1 研究表明，當(dāng)Per1基因突變時(shí)，小鼠會(huì)出現(xiàn)晝夜節(jié)律周期變短，Bellet等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人處于睡眠狀態(tài)時(shí)，Per1基因會(huì)保持持續(xù)的高水平 “興奮”的狀態(tài)［12］，Tseng 等人發(fā)現(xiàn) Per1 基因參與快速動(dòng)眼睡眠（REM）的監(jiān)管。

2.3.2 Per2 TohKL 等人［18］研究發(fā)現(xiàn)，家族性睡眠時(shí)相提前障礙（FASPD）與Per2基因多態(tài)性有關(guān)，這個(gè)家族成員總在凌晨3、4點(diǎn)起床，晚上6、7點(diǎn)入睡，這種獨(dú)特的生活習(xí)慣源于家族成員身上的一種名為“Per2”的基因發(fā)生突變。研究表明日行偏好與Per2基因5-非翻譯區(qū)的單核苷酸多態(tài)性等位基因111G相關(guān)［11］，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)這些罕見(jiàn)病患者的大腦下丘腦、杏仁核等區(qū)域存在著控制節(jié)律的基因突變或紊亂。Parsons等［13］研究得出Per2上有一罕見(jiàn)的基因多態(tài)性同源物與睡眠時(shí)間和質(zhì)量顯著相關(guān)（P＜0.0005）。Pittman-Polletta等研究證明Per2基因的缺失與神經(jīng)性疾病阿爾茨海默病緊密相關(guān)［14］。

2.3.3 Per3 Per3基因是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的唯一一個(gè)具有更多的形態(tài)和組合形式的生物鐘基因，根據(jù)Per3等位基因VNTR的數(shù)目，人類(lèi)存在Per34/4和Per35/5兩種純合個(gè)體，以及Per34/5的雜合個(gè)體，Per35/5健康個(gè)體有日行偏好，入睡等待時(shí)間較短，Per34/4健康個(gè)體則有夜行偏好，入睡等待時(shí)間較長(zhǎng)，與睡眠延遲綜合征（delayed sleep phase syndrome，DSPS）相關(guān)。Archer等人［15］發(fā)現(xiàn)Per3可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（VNTR）多態(tài)性與 DSPS 有關(guān)。 Kunorozva 等人［16］通過(guò)研究非洲運(yùn)動(dòng)員Per3 VNTR和晝夜偏好的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在自行車(chē)、跑步兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)員中，日行偏好的比例均高于普通人對(duì)照組，運(yùn)動(dòng)員的時(shí)間偏好與Per3 VNTR多態(tài)性存在顯著關(guān)聯(lián)。

Viola等人［18］研究表明，與睡眠增多，慢波睡眠（SWS）增加及對(duì)睡眠剝奪效應(yīng)易感者比較，個(gè)體在睡眠時(shí)Per3等位基因純合子有顯著差異，而褪黑素、皮質(zhì)醇及活動(dòng)的晝夜節(jié)律無(wú)差異，提示不同的生物鐘基因可能通過(guò)其對(duì)生物鐘的直接作用或通過(guò)其他機(jī)制如影響睡眠穩(wěn)態(tài)而影響時(shí)型。

2.4 Cry基因與睡眠障礙Cry基因是生物鐘系統(tǒng)的重要組成部分，它分為Cry1基因與Cry2基因，據(jù)報(bào)道Cry1、Cry2基因敲除小鼠會(huì)降低睡眠覺(jué)醒次數(shù)，增加慢波睡眠臺(tái)達(dá)電源睡眠剝奪后的第一個(gè)小時(shí)［10］。

綜上所述，隨著人們對(duì)晝夜節(jié)律生物鐘基因的逐漸關(guān)注，近年來(lái)越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注和研究這個(gè)領(lǐng)域。研究結(jié)果表明了晝夜節(jié)律生物鐘基因與睡眠障礙有著密切的聯(lián)系。如果人體生物鐘失調(diào)，可能會(huì)進(jìn)一步影響其他功能，諸如內(nèi)分泌、免疫功能，相信隨著對(duì)生物鐘基因的深入研究，人類(lèi)能更好地調(diào)節(jié)自身。

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