睡眠相關腦蛋白的研究進展*

張澤國，盛雪燕，徐富菊，李越峰

甘肅中醫學院，甘肅 蘭州 730000

睡眠相關腦蛋白的研究進展*

張澤國，盛雪燕，徐富菊，李越峰△

甘肅中醫學院，甘肅 蘭州 730000

分析、概括近年來相關文獻，就影響睡眠作用的一些分子機制展開敘述，為后續有關睡眠的微觀研究提供思路。

睡眠；腦蛋白；研究進展

人的一生大約有1/3的時間是在睡眠中度過的［1］，所以睡眠對于人們的生活和健康是至關重要的，但隨著現代社會生活節奏的加快，工作壓力的加大，睡眠質量受到很大影響為了更好地解決這一類問題，我們必須更加深入的從根本上研究睡眠［2］。近年來，隨著分子生物學的發展，睡眠分子層面的研究也已成為熱點［3］。目前，人類對于睡眠的功能以及產生此過程的分子機制還沒有統一的認識?，F已明確的是果蠅及人類睡眠調節機制及通路主要包括神經遞質、離子通道、生物鐘基因、代謝調節等［4］。現就基于影響睡眠作用的一些分子機制敘述如下：

1 睡眠分子機制研究進展

1.1 神經遞質和神經肽系統及包內信號分子實驗研究已經發現睡眠受到多種神經遞質的調控［5-6］。比如果蠅體內的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一個解剖結構來調控的。特別提到5-H T9(五羥色胺)是通過“蘑菇體”的d5-H T1A受體促進睡眠的［7］。神經肽對于睡眠的調節也起到了很大的作用，其中研究最多的就是O r e x in。并且通過實驗已經表明損傷O r e x in系統可致人類出現昏睡，85%～95%昏睡癥患者腦脊液中O r e x in1都有明顯的減少。后來的研究中發現果蠅腦內也存在一種和人類 O r e x in作用相似的神經肽——P D F(色素分散因子)。該色素分散因子可能同哺乳動物腦內O r e x in作用相似，即同樣作為一個由神經元分泌的促醒神經肽［8］。同時還發現例如神經肽S、神經肽Y、血管活性腸肽、褪黑素等也都對睡眠起到一定作用。上文已經提到了神經遞質和神經肽對于睡眠的重要性，但又發現調控神經遞質以及神經肽下游的信號分子也對睡眠起到一定的作用［9］。

1.2 離子通道調控作用 離子通道的調控作用主要是通過一群調節睡眠基因的分子來實現，而在這些離子通道里面，電壓門控鉀通道具有促眠作用。借助果蠅遺傳篩選技發現果蠅體內存在一類促眠基因sss，該類基因可能參與調節和睡眠相關的一些離子通道［10］。

1.3 生物鐘基因的發現 晝夜節律是所有生物體對可預測的環境改變的一種綜合性的適應現象，它是可以持續運行并且以大約24小時為周期的生物節律。此前已在各種生命水平上開展對晝夜節律的研究，然而直到20世紀末，從基因水平上對晝夜節律的研究還只是剛剛開始。所以，我們對于那些導致晝夜生物循環的基因分子還知之甚少。研究證實振蕩性變化的基因分子是存在的［11］。運用基因修飾技術，已經部分地闡明了晝夜生物鐘基因的運行機制。例如在果蠅(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)體內發現了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和相應的蛋白質產物的量，以大約24小時的周期循環變化。經研究認為［12］，果蠅生物鐘節律調控是一種“轉錄-翻譯-抑轉錄”機制構成的反p e r和t i m基因的表達可以在轉錄和翻譯等水平上受到控制，其調節的機制是通過鐘基因表達的蛋白質參與自動調控的反饋抑制環路來完成的。

1.4 代謝因素 睡眠作用同時也受到代謝因素的影響，但是對于分子層面的聯系了解還很少，研究發現影響睡眠的代謝突變體主要包括br u mm e r (b mm)和脂質液2(lsd2)。B mm變異體可抵抗饑餓，睡眠剝奪時呈反應性升高，主要表現為剝奪后睡眠時間延長。相反，lsd2變異體對于饑餓非常敏感，呈現睡眠動態平衡的下降。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，而不是簡單的相互調節［13］。

2 果蠅作為新型睡眠模式生物的研究現狀

在睡眠醫學研究發展過程中，睡眠研究的模式生物由最原始的貓逐漸發展到大鼠。而近年來，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注。早在1830年它首次被描述，直到20世紀初，動物學家和遺傳學家首次對其進行了試驗。后經過幾代科學家的研究試驗，我們對果蠅的研究已經逐步趨于成熟，這些都為后來果蠅被選作為模式生物提供了條件。近年來，我國以果蠅為模式生物的科研隊伍在不斷壯大，隨著一系列有效技術的發展，果蠅在發育生物學分子生物學等領域都占據了不可替代的位置［14］。

2.1 選擇依據 果蠅基因組共有四對染色體，全序列長180M b，其中有大約12OM b的常染色質在第2和第3及X染色體上，另外有約6OM b的異染色質和著絲粒區序列，科學家在2000年完成了對果蠅全基因組的測序工作，這其中有120M b的常染色質部分已經測定，總共約14 000個基因已全部定位，它的編碼蛋白基因有13 600種，約一半蛋白與哺乳動物蛋白有序列同源性，超過60%的人類疾病基因在果蠅中有直系同源物［15］。果蠅的單個基因具有哺乳類多個相關家族成員的功能，如果蠅的p53基因相當于人p53、p63、p73基因共同的祖先。果蠅的神經系統相對于脊椎動物等其他物種來說相對簡單，但是它的神經系統又具有一定的復雜性，使得果蠅可以完成覓食、交配、求偶、學習記憶以及晝夜節律等復雜行為?？偠灾?，果蠅在蛋白質分子基礎、信號傳導通路、神經編碼方式、突觸傳遞機制，以及神經疾病的發生和病癥上，都與哺乳動物有高度的相似性。以上種種依據加快了果蠅作為模式生物而被廣泛研究的進程。目前，最普遍應用于遺傳學的果蠅是黑腹果蠅［16］。

2.2 選擇優勢 1)體型幼小，飼養簡單，管理方便，繁殖快，并且可發生完全變態；2)它的性狀表現極為豐富，突變的類型眾多，且易于誘變分析；3)染色體數目少，便于標記分析［17］。

2.3 研究進展 由于果蠅在睡眠行為表現、藥物反應、基因、蛋白分子等方面都表現出和人類睡眠極大的相似性。所以，果蠅作為神經科學各領域廣泛應用的理想模式生物已經成為現代科學研究的一大亮點。目前，利用腦電等新技術對該模式生物的研究，為治療人群中存在的一些睡眠疾病提供重要依據［18］。

3 不同時段睡眠剝奪對相關腦蛋白的影響

正常的睡眠由兩個交替出現的時相所組成，一個是慢波相，又稱非快速眼動睡眠(N R E M S)，另一個則是異相睡眠，又稱快速眼動睡眠(R E M S)。正常成年人入睡后，首先進入慢波相，歷時70～120分鐘不等，即轉入異相睡眠，約5～15分鐘，這樣便結束第1個時相轉換，接著又開始慢波相，并轉入下一個異相睡眠，如此周而復始地進行下去。整個睡眠過程，一般有4～6次轉換，慢波相時程逐次縮短，并以第2期為主，而異相時程則逐步延長［19］。

3.1 睡眠相關的神經遞質和受體 韁核(h ab e nu l a r nu cl e u s)位于背側丘腦后部近中線處，為雙側復合性結構，其顯微結構界限清晰，前側、背側、后側均由第三腦室包繞，上側與海馬毗鄰［20］。形態學及藥理學實驗顯示，H b內含有多種神經遞質或神經調質的細胞和纖維，同時與邊緣前腦和腦干有廣泛的纖維聯系，它們可釋放不同的神經遞質和遞質的受體。其中谷氨酸(G L U)和γ-氨基丁酸(G A B A)分別是腦內最重要的興奮性和抑制性神經遞質，經研究證明，不同腦區谷氨酸和γ-氨基丁酸含量及其受體功能的改變參與睡眠一覺醒過程及不同睡眠時相的轉換，在睡眠的調節中發揮著重要的作用［21］。

3.2 睡眠剝奪實驗研究進展 經剝奪實驗研究發現大鼠韁核內的興奮性遞質(G L U)在睡眠剝奪后增加，但隨著剝奪時間的延長增多的程度降低，睡眠恢復后再次增加；而促睡眠神經遞質(G A B A)隨著睡眠剝奪時間的延長增高更明顯，恢復睡眠后輕度降低；衡量核團活性的氨基酸比值(G l u/G A B A)呈現先增加后降低，恢復睡眠后其比值再次增加，表明韁核活動增加可能具有促睡眠作用［22］。睡眠剝奪后，外側韁核c-f os蛋白陽性細胞表達明顯增加，但隨著剝奪時間的延長其表達數量降低，說明外側韁核興奮參與了睡眠剝奪后最初睡眠反彈過程。

3.3 REM期睡眠剝奪對大鼠大腦相關蛋白的影響 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癥狀，S D可引起神經元內多種基因表達上調從而影響神經細胞的生理生化過程，比如蛋白合成、神經可塑性、神經傳遞以及代謝作用。國外相關動物實驗已經證實睡眠剝奪與內質網應激的關系密切，能使內質網應激標志性蛋白葡萄糖調控蛋白78(G R P78)，葡萄糖調控蛋白94等表達［23］。

4 中藥復方改善果蠅睡眠作用的蛋白質研究進展

近年來，在傳統中醫學的臨床實踐經驗基礎上，借助部分現代儀器的記錄分析，對人類睡眠及失眠的認識已經有一定的深度。所以，能夠嘗試利用中藥(單味藥、有效成分、方劑或復方)改善睡眠的觀察實驗與研究已成為國內外的熱點之一，但目前關于中藥改善睡眠的研究以臨床觀察為主，機理研究多局限于中藥(單味藥或復方)與西藥一類的協同作用來影響睡眠時相，有關中藥改善睡眠的作用機制研究并不深入［24］。所以，對睡眠的分子機制研究仍需不斷努力。

5 總結

睡眠作為一種復雜而重要的生理過程，我們必須不斷地對其進行研究。當代先進儀器輔助我們進行大量的研究試驗，為睡眠行為深入的研究提供可能，也為關于睡眠分子機制研究提供工具。有關睡眠相關的蛋白質的研究也鮮見報道，所以在這一領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年國家自然科學基金資助項目 (編號81460611)；2012年教育部科學技術研究重點項目(編號212186)；2014年甘肅省自然科學基金資助項目 (編號145RJZA076)；2010年甘肅省自然科學基金資助項目(編號1010RJZA212)；2013年度高等學校基本科研業務費專項項目；2014年蘭州市科技計劃項目(編號2014-1-188)。

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

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