張澤國，盛雪燕，徐富菊，李越峰

甘肅中醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730000

睡眠相關(guān)腦蛋白的研究進展*

張澤國，盛雪燕，徐富菊，李越峰△

甘肅中醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730000

分析、概括近年來相關(guān)文獻，就影響睡眠作用的一些分子機制展開敘述，為后續(xù)有關(guān)睡眠的微觀研究提供思路。

睡眠；腦蛋白；研究進展

人的一生大約有1/3的時間是在睡眠中度過的［1］，所以睡眠對于人們的生活和健康是至關(guān)重要的，但隨著現(xiàn)代社會生活節(jié)奏的加快，工作壓力的加大，睡眠質(zhì)量受到很大影響為了更好地解決這一類問題，我們必須更加深入的從根本上研究睡眠［2］。近年來，隨著分子生物學的發(fā)展，睡眠分子層面的研究也已成為熱點［3］。目前，人類對于睡眠的功能以及產(chǎn)生此過程的分子機制還沒有統(tǒng)一的認識?，F(xiàn)已明確的是果蠅及人類睡眠調(diào)節(jié)機制及通路主要包括神經(jīng)遞質(zhì)、離子通道、生物鐘基因、代謝調(diào)節(jié)等［4］?，F(xiàn)就基于影響睡眠作用的一些分子機制敘述如下：

1 睡眠分子機制研究進展

1.1 神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽系統(tǒng)及包內(nèi)信號分子實驗研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)睡眠受到多種神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控［5-6］。比如果蠅體內(nèi)的G A B A和5-H T都具有促眠的作用，然而這一作用則是通過一個解剖結(jié)構(gòu)來調(diào)控的。特別提到5-H T9(五羥色胺)是通過“蘑菇體”的d5-H T1A受體促進睡眠的［7］。神經(jīng)肽對于睡眠的調(diào)節(jié)也起到了很大的作用，其中研究最多的就是O r e x in。并且通過實驗已經(jīng)表明損傷O r e x in系統(tǒng)可致人類出現(xiàn)昏睡，85%～95%昏睡癥患者腦脊液中O r e x in1都有明顯的減少。后來的研究中發(fā)現(xiàn)果蠅腦內(nèi)也存在一種和人類 O r e x in作用相似的神經(jīng)肽——P D F(色素分散因子)。該色素分散因子可能同哺乳動物腦內(nèi)O r e x in作用相似，即同樣作為一個由神經(jīng)元分泌的促醒神經(jīng)肽［8］。同時還發(fā)現(xiàn)例如神經(jīng)肽S、神經(jīng)肽Y、血管活性腸肽、褪黑素等也都對睡眠起到一定作用。上文已經(jīng)提到了神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽對于睡眠的重要性，但又發(fā)現(xiàn)調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)以及神經(jīng)肽下游的信號分子也對睡眠起到一定的作用［9］。

1.2 離子通道調(diào)控作用 離子通道的調(diào)控作用主要是通過一群調(diào)節(jié)睡眠基因的分子來實現(xiàn)，而在這些離子通道里面，電壓門控鉀通道具有促眠作用。借助果蠅遺傳篩選技發(fā)現(xiàn)果蠅體內(nèi)存在一類促眠基因sss，該類基因可能參與調(diào)節(jié)和睡眠相關(guān)的一些離子通道［10］。

1.3 生物鐘基因的發(fā)現(xiàn) 晝夜節(jié)律是所有生物體對可預(yù)測的環(huán)境改變的一種綜合性的適應(yīng)現(xiàn)象，它是可以持續(xù)運行并且以大約24小時為周期的生物節(jié)律。此前已在各種生命水平上開展對晝夜節(jié)律的研究，然而直到20世紀末，從基因水平上對晝夜節(jié)律的研究還只是剛剛開始。所以，我們對于那些導致晝夜生物循環(huán)的基因分子還知之甚少。研究證實振蕩性變化的基因分子是存在的［11］。運用基因修飾技術(shù)，已經(jīng)部分地闡明了晝夜生物鐘基因的運行機制。例如在果蠅(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了2種晝夜鐘基因的突變體，即p e r i od(p e r)和t i m e l e ss(t i m)基因，其在腦中特定部位的p e r和t i m基因的m R N A和相應(yīng)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的量，以大約24小時的周期循環(huán)變化。經(jīng)研究認為［12］，果蠅生物鐘節(jié)律調(diào)控是一種“轉(zhuǎn)錄-翻譯-抑轉(zhuǎn)錄”機制構(gòu)成的反p e r和t i m基因的表達可以在轉(zhuǎn)錄和翻譯等水平上受到控制，其調(diào)節(jié)的機制是通過鐘基因表達的蛋白質(zhì)參與自動調(diào)控的反饋抑制環(huán)路來完成的。

1.4 代謝因素 睡眠作用同時也受到代謝因素的影響，但是對于分子層面的聯(lián)系了解還很少，研究發(fā)現(xiàn)影響睡眠的代謝突變體主要包括br u mm e r (b mm)和脂質(zhì)液2(lsd2)。B mm變異體可抵抗饑餓，睡眠剝奪時呈反應(yīng)性升高，主要表現(xiàn)為剝奪后睡眠時間延長。相反，lsd2變異體對于饑餓非常敏感，呈現(xiàn)睡眠動態(tài)平衡的下降。這表明睡眠和代謝之間明顯的相互作用具有共同的分子通路，而不是簡單的相互調(diào)節(jié)［13］。

2 果蠅作為新型睡眠模式生物的研究現(xiàn)狀

在睡眠醫(yī)學研究發(fā)展過程中，睡眠研究的模式生物由最原始的貓逐漸發(fā)展到大鼠。而近年來，黑腹果蠅(D roso phi l a m e l a n o g a s te r)作為睡眠行為研究的新型模式生物日益受到關(guān)注。早在1830年它首次被描述，直到20世紀初，動物學家和遺傳學家首次對其進行了試驗。后經(jīng)過幾代科學家的研究試驗，我們對果蠅的研究已經(jīng)逐步趨于成熟，這些都為后來果蠅被選作為模式生物提供了條件。近年來，我國以果蠅為模式生物的科研隊伍在不斷壯大，隨著一系列有效技術(shù)的發(fā)展，果蠅在發(fā)育生物學分子生物學等領(lǐng)域都占據(jù)了不可替代的位置［14］。

2.1 選擇依據(jù) 果蠅基因組共有四對染色體，全序列長180M b，其中有大約12OM b的常染色質(zhì)在第2和第3及X染色體上，另外有約6OM b的異染色質(zhì)和著絲粒區(qū)序列，科學家在2000年完成了對果蠅全基因組的測序工作，這其中有120M b的常染色質(zhì)部分已經(jīng)測定，總共約14 000個基因已全部定位，它的編碼蛋白基因有13 600種，約一半蛋白與哺乳動物蛋白有序列同源性，超過60%的人類疾病基因在果蠅中有直系同源物［15］。果蠅的單個基因具有哺乳類多個相關(guān)家族成員的功能，如果蠅的p53基因相當于人p53、p63、p73基因共同的祖先。果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)相對于脊椎動物等其他物種來說相對簡單，但是它的神經(jīng)系統(tǒng)又具有一定的復雜性，使得果蠅可以完成覓食、交配、求偶、學習記憶以及晝夜節(jié)律等復雜行為。總而言之，果蠅在蛋白質(zhì)分子基礎(chǔ)、信號傳導通路、神經(jīng)編碼方式、突觸傳遞機制，以及神經(jīng)疾病的發(fā)生和病癥上，都與哺乳動物有高度的相似性。以上種種依據(jù)加快了果蠅作為模式生物而被廣泛研究的進程。目前，最普遍應(yīng)用于遺傳學的果蠅是黑腹果蠅［16］。

2.2 選擇優(yōu)勢 1)體型幼小，飼養(yǎng)簡單，管理方便，繁殖快，并且可發(fā)生完全變態(tài)；2)它的性狀表現(xiàn)極為豐富，突變的類型眾多，且易于誘變分析；3)染色體數(shù)目少，便于標記分析［17］。

2.3 研究進展 由于果蠅在睡眠行為表現(xiàn)、藥物反應(yīng)、基因、蛋白分子等方面都表現(xiàn)出和人類睡眠極大的相似性。所以，果蠅作為神經(jīng)科學各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的理想模式生物已經(jīng)成為現(xiàn)代科學研究的一大亮點。目前，利用腦電等新技術(shù)對該模式生物的研究，為治療人群中存在的一些睡眠疾病提供重要依據(jù)［18］。

3 不同時段睡眠剝奪對相關(guān)腦蛋白的影響

正常的睡眠由兩個交替出現(xiàn)的時相所組成，一個是慢波相，又稱非快速眼動睡眠(N R E M S)，另一個則是異相睡眠，又稱快速眼動睡眠(R E M S)。正常成年人入睡后，首先進入慢波相，歷時70～120分鐘不等，即轉(zhuǎn)入異相睡眠，約5～15分鐘，這樣便結(jié)束第1個時相轉(zhuǎn)換，接著又開始慢波相，并轉(zhuǎn)入下一個異相睡眠，如此周而復始地進行下去。整個睡眠過程，一般有4～6次轉(zhuǎn)換，慢波相時程逐次縮短，并以第2期為主，而異相時程則逐步延長［19］。

3.1 睡眠相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)和受體 韁核(h ab e nu l a r nu cl e u s)位于背側(cè)丘腦后部近中線處，為雙側(cè)復合性結(jié)構(gòu)，其顯微結(jié)構(gòu)界限清晰，前側(cè)、背側(cè)、后側(cè)均由第三腦室包繞，上側(cè)與海馬毗鄰［20］。形態(tài)學及藥理學實驗顯示，H b內(nèi)含有多種神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)的細胞和纖維，同時與邊緣前腦和腦干有廣泛的纖維聯(lián)系，它們可釋放不同的神經(jīng)遞質(zhì)和遞質(zhì)的受體。其中谷氨酸(G L U)和γ-氨基丁酸(G A B A)分別是腦內(nèi)最重要的興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，經(jīng)研究證明，不同腦區(qū)谷氨酸和γ-氨基丁酸含量及其受體功能的改變參與睡眠一覺醒過程及不同睡眠時相的轉(zhuǎn)換，在睡眠的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用［21］。

3.2 睡眠剝奪實驗研究進展 經(jīng)剝奪實驗研究發(fā)現(xiàn)大鼠韁核內(nèi)的興奮性遞質(zhì)(G L U)在睡眠剝奪后增加，但隨著剝奪時間的延長增多的程度降低，睡眠恢復后再次增加；而促睡眠神經(jīng)遞質(zhì)(G A B A)隨著睡眠剝奪時間的延長增高更明顯，恢復睡眠后輕度降低；衡量核團活性的氨基酸比值(G l u/G A B A)呈現(xiàn)先增加后降低，恢復睡眠后其比值再次增加，表明韁核活動增加可能具有促睡眠作用［22］。睡眠剝奪后，外側(cè)韁核c-f os蛋白陽性細胞表達明顯增加，但隨著剝奪時間的延長其表達數(shù)量降低，說明外側(cè)韁核興奮參與了睡眠剝奪后最初睡眠反彈過程。

3.3 REM期睡眠剝奪對大鼠大腦相關(guān)蛋白的影響 睡眠剝奪(sl ee p d e p r i v at i o n，S D)是睡眠障礙中的常見癥狀，S D可引起神經(jīng)元內(nèi)多種基因表達上調(diào)從而影響神經(jīng)細胞的生理生化過程，比如蛋白合成、神經(jīng)可塑性、神經(jīng)傳遞以及代謝作用。國外相關(guān)動物實驗已經(jīng)證實睡眠剝奪與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的關(guān)系密切，能使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標志性蛋白葡萄糖調(diào)控蛋白78(G R P78)，葡萄糖調(diào)控蛋白94等表達［23］。

4 中藥復方改善果蠅睡眠作用的蛋白質(zhì)研究進展

近年來，在傳統(tǒng)中醫(yī)學的臨床實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，借助部分現(xiàn)代儀器的記錄分析，對人類睡眠及失眠的認識已經(jīng)有一定的深度。所以，能夠嘗試利用中藥(單味藥、有效成分、方劑或復方)改善睡眠的觀察實驗與研究已成為國內(nèi)外的熱點之一，但目前關(guān)于中藥改善睡眠的研究以臨床觀察為主，機理研究多局限于中藥(單味藥或復方)與西藥一類的協(xié)同作用來影響睡眠時相，有關(guān)中藥改善睡眠的作用機制研究并不深入［24］。所以，對睡眠的分子機制研究仍需不斷努力。

5 總結(jié)

睡眠作為一種復雜而重要的生理過程，我們必須不斷地對其進行研究。當代先進儀器輔助我們進行大量的研究試驗，為睡眠行為深入的研究提供可能，也為關(guān)于睡眠分子機制研究提供工具。有關(guān)睡眠相關(guān)的蛋白質(zhì)的研究也鮮見報道，所以在這一領(lǐng)域的研究還需更大的努力。

［1］ 張樹明.四逆散有效組分改善睡眠作用的機制研究［D］.哈爾濱：黑龍江中醫(yī)藥大學，2010.

［2］ 林巧.REM期睡眠剝奪對大鼠大腦皮質(zhì)ATF-6a和CHOP蛋白表達的影響及藥物干預(yù)［D］.上海：第二軍醫(yī)大學，2008.

［3］ 李娟.睡眠分子機制研究進展［J］.國際神經(jīng)病學神經(jīng)外科學雜志，2012，39(3)：295-296.

［4］ 褚澄.Dec基因參與莫達非尼對小鼠睡眠-覺醒周期的調(diào)控及其機制研究［D］.上海：第二軍醫(yī)大學，2012.

［5］ Virus RM，Radulovacki M，Green RD.et al.The ef fects of adenosine and 20-deoxycoformycin on sleep and wakefulness in rats［J］.Neuropharmacology，1983，22(2): 1401-1404.

［6］ AKRadek RJ，Decker MW，Jarvis MF.The adenosine kinase inhibitor ABT-702 augments EEG slow waves in rats［J］.Brain Res，2004，10(26)：74-83.

［7］ Joiner WJ，Crocker A，Sehgal A，et al.Sleep in Drosophi la is regulated by adul t mushroom bodies［J］.Nature，2006，44(12):757-760.

［8］ Espana RA，Baldo BA，Ber ridge CW，et al.Wake-promoing and sleep-suppressing actions of hypocretin(orexin): basal forebrain sites of action［J］.Neuroscience，2001，106(7):699-715.

［9］ Obal Jr F，Krueger JM.Biochemical regulation of sleep［J］.Front Biosci，2003，33(8):520-550.

［10］Koh K，Joiner WJ，Sehgal A.Identi cation of sleepless，asleep-promoting factor［J］.Science，2008，32(10): 372-376.

［11］徐軍.生物鐘基因研究進［J］.生物化學與生物物理進展，2001，28(2)：77-79.

［12］Kaneko M，Hel f rich FC，Hal l JC.Spatial and temporal expression of the period and timeless genes in the developing nervous system ofDrosophila:newly identif ied pacemaker candidates and novel features of clock gene product cycling［J］.J Neurosci，1997，17(17):6745-6760.

［13］Thimgan MS，Suzuki Y，Shaw PJ.The peri lipin homologue，l ipid storage droplet 2，regulates sleep homeostasis and prevents learning impairments fol lowing sleep loss［J］.PLoS Biol，2010，8(8)：14-18.

［14］卞宏生.基于果蠅模式生物的五味子醇甲改善睡眠作用及作用機制的研究［D］.哈爾濱：黑龍江中醫(yī)藥大學，2011.

［15］Adams MD，Celniker SE，Hol t RA，et al.The genome sequence of Drosophi la melanogaster［J］.Science，2000，28(11):2185-2195.

［16］李越峰.果蠅作為睡眠新型模式生物的研究進展［J］.時珍國醫(yī)國藥，2012，23(6)：19-21.

［17］黃莉莉，馮湘雯，卞宏生，等.果蠅作為睡眠模型的研究進展［J］.中國藥物依賴性雜志，2014，23(3)：166-169.

［18］李玉萍.以果蠅為模式生物的四逆散改善睡眠作用及作用機制研究［D］.哈爾濱：黑龍江中醫(yī)藥大學，2009.

［19］壽天德.神經(jīng)生物學［M］.北京：高等教育出版社，2000:346 -351.

［20］Welsh DK，Logothetis DE，Individual neurons dissociated f rom rat suprachiasmatic nucleus express independent ly phase circadian f iring rhythms［J］.Neuron，1995，25(14):697-701.

［21］王曼麗.不同時段睡眠剝奪對大鼠韁核內(nèi)氨基酸和c-fos蛋白表達的影響［D］.長春：吉林大學，2009.

［22］黃建歐，田國紅，趙忠新，等.陜速眼動睡眠剝奪后大鼠皮質(zhì)及海馬HSP70表達的研究［J］.中華神經(jīng)科雜志，2004，37(4)：117-119.

［23］王貴平.REM睡眠剝奪對大鼠空間記憶、海馬CaN的影響及FK506的干預(yù)作用研究［D］.上海：第二軍醫(yī)大學，2009.

［24］李越峰，李玉萍，李廷利，等.中藥復方對果蠅睡眠影響的研究進展［J］.時珍國醫(yī)國藥，2012，23(2)：277-279.

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年國家自然科學基金資助項目 (編號81460611)；2012年教育部科學技術(shù)研究重點項目(編號212186)；2014年甘肅省自然科學基金資助項目 (編號145RJZA076)；2010年甘肅省自然科學基金資助項目(編號1010RJZA212)；2013年度高等學?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項項目；2014年蘭州市科技計劃項目(編號2014-1-188)。

張澤國(1989—)，男，在讀碩士研究生。研究方向：中藥及復方藥理活性研究。

△通訊作者：李越峰(1975—)，女，碩士研究生導師，博士學位，副教授。研究方向：中藥及復方藥理活性研究。