生物钟基因与睡眠障碍的研究进展＊

魏文静，仝立国，仲启明，冯玛莉

睡眠障碍（sleep disorders）是临床常见病，是因各种原因引起的人体睡眠和觉醒机制失常，主要表现为睡眠不足和睡眠过多的一类疾病，常常影响人们的正常生活、工作、学习和健康。正常情况下，时钟基因会在相同的时间打开和关闭，以保持睡眠和饮食周期的均衡，但如果其中的基因发生突变时，就会打破这一环节，为此，该文对调控昼夜节律生物钟基因的分子机制、昼夜节律钟基因在睡眠-觉醒周期障碍中的作用做一综述。

1 睡眠障碍与生物节律

1.1 睡眠障碍概述近年来受到睡眠问题困扰的人逐年增多，因此睡眠与健康问题受到了越来越多的关注，而且睡眠障碍是抑郁症患者的危险因子，也是精神分裂症的前驱症状和伴随症状；睡眠障碍是睡眠-觉醒节律紊乱，其中神经递质在睡眠障碍的发病机制中起着非常重要的作用，有研究显示，5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）受体、去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）受体及 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受体与睡眠有关；其次，神经回路、海马是参与睡眠-觉醒周期调节密切相关的脑区，海马神经元以谷氨酸作为主要的神经递质，海马区功能减退也会导致睡眠障碍的发生。

1.2 生物钟基因的运行机制哺乳动物的生物钟中枢位于下丘脑视上核，目前已发现与睡眠障碍相关的生物钟基因， 包括 Clock、Bmal1、Cry、Per等基因［1］。Clock和 Bmal1通过其共同的bHLH-PAS结构域形成异二聚体，并通过结合E-box启动子，激活Per1/Per2/Per3及Cry1/Cry2的转录，经过翻译后的Per及Cry等基因产物在细胞质内形成复合物并进入细胞核内抑制Clock与Bmal1复合物的活性，形成了正负反馈循环通路，Clock和Bmal1也可激活“钟控基因（CCG）”，通过这些钟控基因将时间信息传至效应器，以调节机体的昼夜节律［2］。

2 生物钟基因与睡眠障碍的关系

2.1 Clock基因与睡眠障碍在哺乳动物中，最早被发现昼夜节律钟基因是Clock基因，其在节律钟基因的组织中起着中心作用，是生物钟基因正向反馈调节的重要组成部分。

McClung等［4］通过研究Clock基因在小鼠躁狂发作中的作用，Clock基因突变小鼠与正常小鼠比较，Clock基因突变小鼠具有躁狂症状的行为，表现过度活跃，无焦虑，沮丧。它们睡眠较少，表现出更大的脑活动。Roybal等［6］通过研究发现，如果小鼠Clock基因突变会出现极度兴奋、睡眠时间减少，会增加腹侧被盖区的多巴胺能神经元活性。

研究表明Clock基因rs11932595的G等位基因在健康成人中与自我报告的睡眠问题相关［17］。分子遗传学研究示［3］：生物钟昼夜调控器（clock circadian regulator）的 CLOCK 基因 Clock 3’非翻译区的单核苷酸多态性位点 （single nucleotide polymorphisms，SNP）rs1801260 与 ADHD（注意缺陷多动障碍）及其症状存在关联。ADHD患者常常伴有睡眠问题，主要表现为睡眠抵抗、入睡困难、晨起困难。曹银利等人［9］通过采用聚合酶链反应－限制性片段长度多态性（PCR－PFLP）技术研究ADHD与睡眠障碍的病理机制，发现Clock基因的T3111C基因型及等位基因频率分布在ADHD组与对照组间差异有统计学意义（P＜0.05），所以认为Clock基因T3111C位点与ADHD易感性存在关联，也是影响ADHD儿童相关睡眠障碍的重要因素。Shi等发现 Clock基因中的几个 SNP（T3111C，3117G至T，3125A至G）与抑郁症和睡眠障碍相关，更准确地说，两个罕见的SNP（3117G至T和3125A至G）与良好睡眠和失眠的交替密切相关［5］。

2.2 Bmal1基因与睡眠障碍研究表明，Bmal1作为正向调节子，当Bmal1基因缺失时，小鼠活动节律立即紊乱［7］，昼夜节律基因的敲除或突变可导致节律改变，目前的研究集中在以突变小鼠研究为基础的E-box DNA元件的转录调控网络，如Bmal1基因敲除小鼠，其表现出基于活性的节律性丧失，生物钟Bmal1和npas2相关的E-box转录活性的正调控因子在AK菌株中均匀上调，这种观察导致E-box介导的基因表达可能是睡眠需求的驱动力的可能性［6］。 Bellet等［8］提出静脉全麻药氯胺酮下调NG108-15神经元细胞Bmal1基因的表达；还有研究证实，当Bmal1/Mop3缺乏后小鼠会在持续黑夜中变得节奏不稳定，对睡眠觉醒形式产生调节作用。

2.3 Per基因与睡眠障碍

2.3.1 Per1 研究表明，当Per1基因突变时，小鼠会出现昼夜节律周期变短，Bellet等人发现，当人处于睡眠状态时，Per1基因会保持持续的高水平 “兴奋”的状态［12］，Tseng 等人发现 Per1 基因参与快速动眼睡眠（REM）的监管。

2.3.2 Per2 TohKL 等人［18］研究发现，家族性睡眠时相提前障碍（FASPD）与Per2基因多态性有关，这个家族成员总在凌晨3、4点起床，晚上6、7点入睡，这种独特的生活习惯源于家族成员身上的一种名为“Per2”的基因发生突变。研究表明日行偏好与Per2基因5-非翻译区的单核苷酸多态性等位基因111G相关［11］，同时还发现这些罕见病患者的大脑下丘脑、杏仁核等区域存在着控制节律的基因突变或紊乱。Parsons等［13］研究得出Per2上有一罕见的基因多态性同源物与睡眠时间和质量显著相关（P＜0.0005）。Pittman-Polletta等研究证明Per2基因的缺失与神经性疾病阿尔茨海默病紧密相关［14］。

2.3.3 Per3 Per3基因是人类发现的唯一一个具有更多的形态和组合形式的生物钟基因，根据Per3等位基因VNTR的数目，人类存在Per34/4和Per35/5两种纯合个体，以及Per34/5的杂合个体，Per35/5健康个体有日行偏好，入睡等待时间较短，Per34/4健康个体则有夜行偏好，入睡等待时间较长，与睡眠延迟综合征（delayed sleep phase syndrome，DSPS）相关。Archer等人［15］发现Per3可变数目串联重复序列（VNTR）多态性与 DSPS 有关。 Kunorozva 等人［16］通过研究非洲运动员Per3 VNTR和昼夜偏好的关系，发现在自行车、跑步两类运动员中，日行偏好的比例均高于普通人对照组，运动员的时间偏好与Per3 VNTR多态性存在显著关联。

Viola等人［18］研究表明，与睡眠增多，慢波睡眠（SWS）增加及对睡眠剥夺效应易感者比较，个体在睡眠时Per3等位基因纯合子有显著差异，而褪黑素、皮质醇及活动的昼夜节律无差异，提示不同的生物钟基因可能通过其对生物钟的直接作用或通过其他机制如影响睡眠稳态而影响时型。

2.4 Cry基因与睡眠障碍Cry基因是生物钟系统的重要组成部分，它分为Cry1基因与Cry2基因，据报道Cry1、Cry2基因敲除小鼠会降低睡眠觉醒次数，增加慢波睡眠台达电源睡眠剥夺后的第一个小时［10］。

综上所述，随着人们对昼夜节律生物钟基因的逐渐关注，近年来越来越多的人开始关注和研究这个领域。研究结果表明了昼夜节律生物钟基因与睡眠障碍有着密切的联系。如果人体生物钟失调，可能会进一步影响其他功能，诸如内分泌、免疫功能，相信随着对生物钟基因的深入研究，人类能更好地调节自身。

参考文献

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