美國天普大學醫(yī)學院等單位的研究人員通過對果蠅的研究發(fā)現(xiàn)，睡眠-覺醒周期改變的同時，干細胞活性也隨之改變，睡眠時間縮短，干細胞分裂增加。而睡眠-覺醒周期受晝夜循環(huán)節(jié)律影響，因此，這一發(fā)現(xiàn)將環(huán)境晝夜節(jié)律、有機體行為和由干細胞介導的組織完整性的維持聯(lián)系了起來。
我們的生存環(huán)境在不斷改變，但唯一幾乎不變的是晝夜交替。光線在1天24小時中的節(jié)律性改變，直接或通過內(nèi)源性生物鐘協(xié)調(diào)著許多生物學功能，包括基因表達、酶活性、各種細胞過程和行為表現(xiàn)，從而促使有機體適應環(huán)境。所有多細胞有機體日常需要完成的一項關鍵任務就是通過活性成體干細胞來維持組織動態(tài)平衡。成體干細胞通過規(guī)律的有絲分裂使有機體內(nèi)的細胞得到更新，從而維持組織的完整性、確保其功能。既往研究顯示，干細胞的活性受局部、全身及環(huán)境三種信號的影響。
美國天普大學醫(yī)學院聯(lián)合賓夕法尼亞大學Perelman醫(yī)學院的研究人員，共同研究了晝夜循環(huán)這個環(huán)境條件對成體干細胞細胞分裂周期的調(diào)節(jié)作用。利用一種經(jīng)典的干細胞系統(tǒng)——果蠅精原干細胞巢，研究人員探討了晝夜節(jié)律對生殖系干細胞和體干細胞分裂頻率的影響，這兩者都影響著雄配子的產(chǎn)生。在環(huán)境晝夜循環(huán)的驅(qū)動下，有機體得以形成睡眠-覺醒周期，研究人員還探討了睡眠-覺醒周期是否也控制著干細胞功能。
果蠅精原干細胞巢位于睪丸頂端，其中有兩種很好辨認的成體干細胞——生殖系干細胞（GSCs）和囊祖細胞（CPCs），它們都圍繞在支持細胞周圍。GSCs和CPCs在自我復制的同時也會分別進一步分化為成精原細胞和囊細胞。兩個囊細胞包圍一個成精原細胞就形成一個生殖系囊，而這就是精子的發(fā)生單位。
研究發(fā)現(xiàn)，雄性GSCs和CPCs的分化頻率有明顯的晝夜變化：白天，有絲分裂增加；夜晚則減少。因此，外部環(huán)境光亮-黑暗的交替也驅(qū)動著干細胞活性的節(jié)律性變化。有意思的是，睪丸中隨著光線的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生了數(shù)種成分，提示睪丸細胞或許可以直接受光線影響。
睡眠促進因子SSS可維持果蠅的正常睡眠，研究顯示，在缺乏這一因子的SSS突變果蠅體內(nèi)，GSCs分裂率會顯著增加，這一效果是通過GABA能信號通路所實現(xiàn)的。GABA（γ氨基丁酸）信號在哺乳動物和果蠅中都有促進睡眠的作用，SSS突變果蠅的GABA水平降低，而當其升高時，突變果蠅的睡眠時間就會得到極大延長，而此時GSC的活性也會略有降低。
該研究提示，睡眠和干細胞調(diào)節(jié)機制間或許有所重疊，改變睡眠可影響GSC的分裂節(jié)律。
▲ SSSP1指的是在SSS基因中插入P元素，SSS失能；IG是GABA受體的激動劑；gabatPL指的是GABA轉(zhuǎn)氨酶（gabat）基因的失能突變；
GABA是促進睡眠的，IG是GABA受體的激動劑，因此IG是促睡眠的；
GABA是促進睡眠的，而GABAT是分解GABA的，因此GABAT是干擾睡眠的，又因此gabatPL是促進睡眠的；
很明顯，SSSP1的影響是最為顯著的，“失眠嚴重”的果蠅其GSC分裂率顯著上升。
參考文獻：Proceedings of the National Academy of Sciences 2014;111:3026-3031
薦 讀
聯(lián)系客服
