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在一項(xiàng)新的研究中，來自美國華盛頓州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種特定的基因如何參與三種不同的動(dòng)物（包括人類）經(jīng)歷的睡眠質(zhì)量。這種基因和它的功能為科學(xué)家們探究睡眠如何發(fā)揮作用和動(dòng)物為何迫切地需要睡眠開辟一種新的途徑。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年4月5日的Science Advances期刊上，論文標(biāo)題為“Normal sleep requires the astrocyte brain-type fatty acid binding protein FABP7”。
論文通信作者、華盛頓州立大學(xué)埃爾森-弗洛伊德醫(yī)學(xué)院助理教授Jason Gerstner說，“睡眠必需發(fā)揮著某種重要的功能。但是作為科學(xué)家，我們?nèi)匀徊荒軌蚶斫膺@種功能是什么。一種更接近于發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)的方法是理解它是如何受到調(diào)節(jié)的，或者哪些過程在不同動(dòng)物物種中都存在。”
當(dāng)作為美國威斯康星大學(xué)的一名博士生時(shí)，Gerstner就研究了哪些基因的表達(dá)在醒睡周期（sleep-wake cycle）發(fā)生變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在小鼠整個(gè)大腦中，F(xiàn)ABP7基因的表達(dá)在一天中發(fā)生變化。
Gerstner和他的同事們觀察到相比于具有完整FABP7基因的正常小鼠，這種基因遭受敲除的小鼠睡覺時(shí)更容易醒。這提示著這種基因是哺乳動(dòng)物正常睡眠所必需的。
為了觀察FABP7是否確實(shí)人類正常睡眠所必需的，Gerstner和來自日本的同事們研究了來自將近300名日本男性的數(shù)據(jù)，這些男性接受為期7天的睡眠研究，包括分析他們的DNA。結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們中的29人具有基因FABP7變異體。正如那些基因敲除小鼠那樣，這29人往往睡覺時(shí)更容易醒。盡管他們具有與其他男性一樣的睡眠量，但是他們的睡眠并不好，這是因?yàn)楫?dāng)他們應(yīng)當(dāng)睡眠時(shí)，他們醒來多次。
zui終，這些研究人員構(gòu)建出轉(zhuǎn)基因果蠅。他們將發(fā)生突變的和正常的人FABP7基因插入到果蠅的星形膠質(zhì)細(xì)胞（神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的一種）中。長期以來，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（glial cell）被認(rèn)為僅是給神經(jīng)元（大腦中的信息處理者）提供支持作用。但是科學(xué)家們zui近已發(fā)現(xiàn)如同神經(jīng)元那樣，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)和控制行為。
為了監(jiān)控這些果蠅的睡眠，這些研究人員使用一種商業(yè)的“果蠅活動(dòng)監(jiān)控器（Drosophila Activity Monitor）”：利用紅外光束自動(dòng)地記錄活動(dòng)變化以便確定果蠅是睡著還是醒著。如果這種紅外光束持續(xù)至少5分鐘，那么這種監(jiān)控器就作出結(jié)論：果蠅睡著了。結(jié)果證實(shí)攜帶發(fā)生突變的FABP7基因的果蠅在正常的睡眠時(shí)間期間更加頻繁地中斷這種紅外光束。正如缺乏發(fā)揮正常功能的FABP7基因的小鼠和人類那樣，F(xiàn)ABP7發(fā)生突變的果蠅睡覺時(shí)更容易醒。
Gerstner說，“這提示著在這三種物種的星形膠質(zhì)細(xì)胞中存在著某種調(diào)節(jié)深度睡眠的內(nèi)在機(jī)制。”
再者，他說，“我們真正地對一種特定的細(xì)胞和分子通路在這三種物種中的復(fù)雜行為中發(fā)揮的作用獲得新的見解。”
特別令人關(guān)注的是，果蠅已在地球上存在了大約6000萬年。
Gerstner說，“這提示著我們發(fā)現(xiàn)了一種在進(jìn)化過程中持續(xù)存在的古老機(jī)制。”
盡管這些研究人員對發(fā)現(xiàn)一種強(qiáng)烈地影響睡眠的基因感到激動(dòng)人心，但是他們強(qiáng)調(diào)幾乎可以肯定的是，其他的基因也參與這個(gè)過程。
FABP7蛋白參與“脂質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（lipid signaling）”，將脂肪運(yùn)送到細(xì)胞核中以便激活控制生長和代謝的基因。如今，Gerstner和他的同事們將觀察這種功能可能如何與關(guān)于睡眠為何重要的當(dāng)前理論存在交叉。這些理論包括睡眠對神經(jīng)元活性、能量使用與儲(chǔ)存、記憶與學(xué)習(xí)是重要的。
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