睡眠的秘密總是會(huì)不斷引起人類的好奇心。我們?yōu)槭裁葱枰X(jué)？為什么會(huì)在夜晚昏睡，白天醒來(lái)？在我們身體內(nèi)部，是不是有一只無(wú)形的手，每天在撥動(dòng)時(shí)鐘，控制著每一次規(guī)律的作息？這些問(wèn)題，同樣是很多神經(jīng)生物學(xué)家孜孜不倦研究的課題。
上海交通大學(xué)Bio-X中心平勇課題組的一項(xiàng)研究成果，揭示了一種電壓門控鉀離子通道Kv4在睡眠調(diào)節(jié)中的作用，相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表于著名期刊《神經(jīng)科學(xué)雜志》（the Journal of Neuroscience）。
研究人員選擇果蠅這一在睡眠研究上經(jīng)典的模式生物為研究對(duì)象。Kv4是一種電壓門控鉀離子通道，和神經(jīng)元的復(fù)極化過(guò)程息息相關(guān)。當(dāng)神經(jīng)元放電時(shí)，這種離子通道會(huì)開(kāi)啟，促使鉀離子外流。在果蠅中，整個(gè)電壓門控鉀離子通道超家族有Kv1-Kv4四個(gè)成員，它們?cè)谌祟愔幸簿哂懈叨缺Ｊ匦浴Ｆ渲?，Kv1（shaker）先后在果蠅和哺乳動(dòng)物中被證明與睡眠存在直接關(guān)系。
據(jù)介紹，該項(xiàng)研究從行為學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。通常，當(dāng)把果蠅放在早晨9點(diǎn)燈亮，晚上9點(diǎn)燈滅的環(huán)境中時(shí)，果蠅會(huì)在夜晚燈滅以后大約半小時(shí)后入睡。而把果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的Kv4敲除以后，研究人員觀察到了一個(gè)特異性的現(xiàn)象——果蠅的入睡時(shí)間顯著性地推遲。這樣的現(xiàn)象也就指示著，Kv4可能在入睡過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)更有針對(duì)性地選擇了一組已經(jīng)被證實(shí)在入睡調(diào)控中作用關(guān)鍵的神經(jīng)元——PDF神經(jīng)元。PDF神經(jīng)元的興奮會(huì)對(duì)睡眠起抑制作用，其分泌的PDF是一種神經(jīng)肽，調(diào)控著果蠅的睡眠與節(jié)律。當(dāng)使用GAL4/UAS系統(tǒng)對(duì)此區(qū)域神經(jīng)元內(nèi)的Kv4進(jìn)行功能性敲除后，果蠅的入睡時(shí)間同樣發(fā)生了顯著的延遲現(xiàn)象。這也便說(shuō)明，PDF神經(jīng)元內(nèi)的Kv4對(duì)于果蠅的入睡調(diào)控起著重要作用。
那么，這種使果蠅“失眠”現(xiàn)象背后的調(diào)控機(jī)制是什么？與神經(jīng)元的興奮性之間存在著怎樣的關(guān)系呢？進(jìn)一步的電生理實(shí)驗(yàn)給出了答案。平勇博士表示，已有研究顯示，PDF神經(jīng)元的興奮性在一天當(dāng)中存在著固定的變化規(guī)律，通常在白天的放電頻率更高，而在夜晚時(shí)逐漸走低。從某一天清晨開(kāi)始之后的24小時(shí)，神經(jīng)元的放電頻率和靜息膜電位大概呈現(xiàn)“U”型的曲線。通俗地來(lái)講，就是這部分神經(jīng)元在傍晚的時(shí)候會(huì)變得不那么興奮，而恰恰這個(gè)時(shí)候，是Kv4更容易發(fā)揮作用的時(shí)刻。此時(shí)的Kv4通道會(huì)更容易開(kāi)啟，也正是因?yàn)槿绱?，?dāng)對(duì)Kv4進(jìn)行功能性敲除后，果蠅才會(huì)明顯地體現(xiàn)出入睡時(shí)間的延遲。當(dāng)然，由Kv4特異性介導(dǎo)的電流IA并不存在這樣的高低起伏變化規(guī)律，也就是說(shuō)，在入睡這一過(guò)程中，Kv4更像一個(gè)“調(diào)控者”去參與調(diào)節(jié)過(guò)程。
同時(shí)，研究人員更多的實(shí)驗(yàn)證明，Kv4對(duì)神經(jīng)元興奮性的調(diào)節(jié)過(guò)程，影響著PDF這一神經(jīng)肽的分泌，并因此影響著入睡的過(guò)程。而在PDF通路下游的神經(jīng)元內(nèi)，Kv4的功能敲除同樣會(huì)引起“失眠”現(xiàn)象。
專家表示，這項(xiàng)研究首次直接證明了Kv4在睡眠調(diào)節(jié)中所起的作用，同時(shí)也為“失眠癥”的相關(guān)研究提供了可能的思路。
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