睡眠相关脑蛋白的研究进展*

张泽国，盛雪燕，徐富菊，李越峰

甘肃中医学院，甘肃 兰州 730000

睡眠相关脑蛋白的研究进展*

张泽国，盛雪燕，徐富菊，李越峰△

甘肃中医学院，甘肃 兰州 730000

分析、概括近年来相关文献，就影响睡眠作用的一些分子机制展开叙述，为后续有关睡眠的微观研究提供思路。

睡眠；脑蛋白；研究进展

人的一生大约有1/3的时间是在睡眠中度过的［1］，所以睡眠对于人们的生活和健康是至关重要的，但随着现代社会生活节奏的加快，工作压力的加大，睡眠质量受到很大影响为了更好地解决这一类问题，我们必须更加深入的从根本上研究睡眠［2］。近年来，随着分子生物学的发展，睡眠分子层面的研究也已成为热点［3］。目前，人类对于睡眠的功能以及产生此过程的分子机制还没有统一的认识。现已明确的是果蝇及人类睡眠调节机制及通路主要包括神经递质、离子通道、生物钟基因、代谢调节等［4］。现就基于影响睡眠作用的一些分子机制叙述如下：

1 睡眠分子机制研究进展

1.1 神经递质和神经肽系统及包内信号分子实验研究已经发现睡眠受到多种神经递质的调控［5-6］。比如果蝇体内的G A B A和5-H T都具有促眠的作用，然而这一作用则是通过一个解剖结构来调控的。特别提到5-H T9(五羟色胺)是通过“蘑菇体”的d5-H T1A受体促进睡眠的［7］。神经肽对于睡眠的调节也起到了很大的作用，其中研究最多的就是O r e x in。并且通过实验已经表明损伤O r e x in系统可致人类出现昏睡，85%～95%昏睡症患者脑脊液中O r e x in1都有明显的减少。后来的研究中发现果蝇脑内也存在一种和人类 O r e x in作用相似的神经肽——P D F(色素分散因子)。该色素分散因子可能同哺乳动物脑内O r e x in作用相似，即同样作为一个由神经元分泌的促醒神经肽［8］。同时还发现例如神经肽S、神经肽Y、血管活性肠肽、褪黑素等也都对睡眠起到一定作用。上文已经提到了神经递质和神经肽对于睡眠的重要性，但又发现调控神经递质以及神经肽下游的信号分子也对睡眠起到一定的作用［9］。

1.2 离子通道调控作用 离子通道的调控作用主要是通过一群调节睡眠基因的分子来实现，而在这些离子通道里面，电压门控钾通道具有促眠作用。借助果蝇遗传筛选技发现果蝇体内存在一类促眠基因sss，该类基因可能参与调节和睡眠相关的一些离子通道［10］。

1.3 生物钟基因的发现 昼夜节律是所有生物体对可预测的环境改变的一种综合性的适应现象，它是可以持续运行并且以大约24小时为周期的生物节律。此前已在各种生命水平上开展对昼夜节律的研究，然而直到20世纪末，从基因水平上对昼夜节律的研究还只是刚刚开始。所以，我们对于那些导致昼夜生物循环的基因分子还知之甚少。研究证实振荡性变化的基因分子是存在的［11］。运用基因修饰技术，已经部分地阐明了昼夜生物钟基因的运行机制。例如在果蝇(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)体内发现了2种昼夜钟基因的突变体，即p e r i od(p e r)和t i m e l e ss(t i m)基因，其在脑中特定部位的p e r和t i m基因的m R N A和相应的蛋白质产物的量，以大约24小时的周期循环变化。经研究认为［12］，果蝇生物钟节律调控是一种“转录-翻译-抑转录”机制构成的反p e r和t i m基因的表达可以在转录和翻译等水平上受到控制，其调节的机制是通过钟基因表达的蛋白质参与自动调控的反馈抑制环路来完成的。

1.4 代谢因素 睡眠作用同时也受到代谢因素的影响，但是对于分子层面的联系了解还很少，研究发现影响睡眠的代谢突变体主要包括br u mm e r (b mm)和脂质液2(lsd2)。B mm变异体可抵抗饥饿，睡眠剥夺时呈反应性升高，主要表现为剥夺后睡眠时间延长。相反，lsd2变异体对于饥饿非常敏感，呈现睡眠动态平衡的下降。这表明睡眠和代谢之间明显的相互作用具有共同的分子通路，而不是简单的相互调节［13］。

2 果蝇作为新型睡眠模式生物的研究现状

在睡眠医学研究发展过程中，睡眠研究的模式生物由最原始的猫逐渐发展到大鼠。而近年来，黑腹果蝇(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)作为睡眠行为研究的新型模式生物日益受到关注。早在1830年它首次被描述，直到20世纪初，动物学家和遗传学家首次对其进行了试验。后经过几代科学家的研究试验，我们对果蝇的研究已经逐步趋于成熟，这些都为后来果蝇被选作为模式生物提供了条件。近年来，我国以果蝇为模式生物的科研队伍在不断壮大，随着一系列有效技术的发展，果蝇在发育生物学分子生物学等领域都占据了不可替代的位置［14］。

2.1 选择依据 果蝇基因组共有四对染色体，全序列长180M b，其中有大约12OM b的常染色质在第2和第3及X染色体上，另外有约6OM b的异染色质和着丝粒区序列，科学家在2000年完成了对果蝇全基因组的测序工作，这其中有120M b的常染色质部分已经测定，总共约14 000个基因已全部定位，它的编码蛋白基因有13 600种，约一半蛋白与哺乳动物蛋白有序列同源性，超过60%的人类疾病基因在果蝇中有直系同源物［15］。果蝇的单个基因具有哺乳类多个相关家族成员的功能，如果蝇的p53基因相当于人p53、p63、p73基因共同的祖先。果蝇的神经系统相对于脊椎动物等其他物种来说相对简单，但是它的神经系统又具有一定的复杂性，使得果蝇可以完成觅食、交配、求偶、学习记忆以及昼夜节律等复杂行为。总而言之，果蝇在蛋白质分子基础、信号传导通路、神经编码方式、突触传递机制，以及神经疾病的发生和病症上，都与哺乳动物有高度的相似性。以上种种依据加快了果蝇作为模式生物而被广泛研究的进程。目前，最普遍应用于遗传学的果蝇是黑腹果蝇［16］。

2.2 选择优势 1)体型幼小，饲养简单，管理方便，繁殖快，并且可发生完全变态；2)它的性状表现极为丰富，突变的类型众多，且易于诱变分析；3)染色体数目少，便于标记分析［17］。

2.3 研究进展 由于果蝇在睡眠行为表现、药物反应、基因、蛋白分子等方面都表现出和人类睡眠极大的相似性。所以，果蝇作为神经科学各领域广泛应用的理想模式生物已经成为现代科学研究的一大亮点。目前，利用脑电等新技术对该模式生物的研究，为治疗人群中存在的一些睡眠疾病提供重要依据［18］。

3 不同时段睡眠剥夺对相关脑蛋白的影响

正常的睡眠由两个交替出现的时相所组成，一个是慢波相，又称非快速眼动睡眠(N R E M S)，另一个则是异相睡眠，又称快速眼动睡眠(R E M S)。正常成年人入睡后，首先进入慢波相，历时70～120分钟不等，即转入异相睡眠，约5～15分钟，这样便结束第1个时相转换，接着又开始慢波相，并转入下一个异相睡眠，如此周而复始地进行下去。整个睡眠过程，一般有4～6次转换，慢波相时程逐次缩短，并以第2期为主，而异相时程则逐步延长［19］。

3.1 睡眠相关的神经递质和受体 缰核(h ab e nu l a r nu cl e u s)位于背侧丘脑后部近中线处，为双侧复合性结构，其显微结构界限清晰，前侧、背侧、后侧均由第三脑室包绕，上侧与海马毗邻［20］。形态学及药理学实验显示，H b内含有多种神经递质或神经调质的细胞和纤维，同时与边缘前脑和脑干有广泛的纤维联系，它们可释放不同的神经递质和递质的受体。其中谷氨酸(G L U)和γ-氨基丁酸(G A B A)分别是脑内最重要的兴奋性和抑制性神经递质，经研究证明，不同脑区谷氨酸和γ-氨基丁酸含量及其受体功能的改变参与睡眠一觉醒过程及不同睡眠时相的转换，在睡眠的调节中发挥着重要的作用［21］。

3.2 睡眠剥夺实验研究进展 经剥夺实验研究发现大鼠缰核内的兴奋性递质(G L U)在睡眠剥夺后增加，但随着剥夺时间的延长增多的程度降低，睡眠恢复后再次增加；而促睡眠神经递质(G A B A)随着睡眠剥夺时间的延长增高更明显，恢复睡眠后轻度降低；衡量核团活性的氨基酸比值(G l u/G A B A)呈现先增加后降低，恢复睡眠后其比值再次增加，表明缰核活动增加可能具有促睡眠作用［22］。睡眠剥夺后，外侧缰核c-f os蛋白阳性细胞表达明显增加，但随着剥夺时间的延长其表达数量降低，说明外侧缰核兴奋参与了睡眠剥夺后最初睡眠反弹过程。

3.3 REM期睡眠剥夺对大鼠大脑相关蛋白的影响 睡眠剥夺(sl ee p d e p r i v at i o n，S D)是睡眠障碍中的常见症状，S D可引起神经元内多种基因表达上调从而影响神经细胞的生理生化过程，比如蛋白合成、神经可塑性、神经传递以及代谢作用。国外相关动物实验已经证实睡眠剥夺与内质网应激的关系密切，能使内质网应激标志性蛋白葡萄糖调控蛋白78(G R P78)，葡萄糖调控蛋白94等表达［23］。

4 中药复方改善果蝇睡眠作用的蛋白质研究进展

近年来，在传统中医学的临床实践经验基础上，借助部分现代仪器的记录分析，对人类睡眠及失眠的认识已经有一定的深度。所以，能够尝试利用中药(单味药、有效成分、方剂或复方)改善睡眠的观察实验与研究已成为国内外的热点之一，但目前关于中药改善睡眠的研究以临床观察为主，机理研究多局限于中药(单味药或复方)与西药一类的协同作用来影响睡眠时相，有关中药改善睡眠的作用机制研究并不深入［24］。所以，对睡眠的分子机制研究仍需不断努力。

5 总结

睡眠作为一种复杂而重要的生理过程，我们必须不断地对其进行研究。当代先进仪器辅助我们进行大量的研究试验，为睡眠行为深入的研究提供可能，也为关于睡眠分子机制研究提供工具。有关睡眠相关的蛋白质的研究也鲜见报道，所以在这一领域的研究还需更大的努力。

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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年国家自然科学基金资助项目 (编号81460611)；2012年教育部科学技术研究重点项目(编号212186)；2014年甘肃省自然科学基金资助项目 (编号145RJZA076)；2010年甘肃省自然科学基金资助项目(编号1010RJZA212)；2013年度高等学校基本科研业务费专项项目；2014年兰州市科技计划项目(编号2014-1-188)。

张泽国(1989—)，男，在读硕士研究生。研究方向：中药及复方药理活性研究。

△通讯作者：李越峰(1975—)，女，硕士研究生导师，博士学位，副教授。研究方向：中药及复方药理活性研究。