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[科教] 嗜睡无梦“怪”基因

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发表于 11-24-2016 11:11 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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有的人认为,每天只有睡够8小时才能维持体力,但也有人说,5个小时足够白天神采奕奕。其实,睡眠的时间和体力的好坏并没有必然的关系,睡眠和觉醒过程主要受生物节律和睡醒稳态两方面的控制,而科学研究已经发现,基因可能与两者密切相关。

近日,国际期刊Nature在线发表了一项研究,科学家最新发现了两个基因能够帮助调节机体深度睡眠时间和做梦的水平。

基因调控“嗜睡”和“无梦”

从上世纪70年代起,科学家就陆续发现了调节人体生物钟的关键基因“per基因” “cycle基因”,此后又有几十个其他相关的基因被发现,但直到现在他们仍不清楚睡眠和觉醒时长是由哪些基因控制的。

此次,由日本筑波大学教授柳沢正史带领的团队,分辨出了两种影响睡眠与觉醒平衡的基因突变。

一种影响Sik3基因,它使内在睡眠需求增加,导致总的觉醒时间显著缩短,在这种情况下,非快速眼动睡眠增加。Sik3基因突变的实验小鼠每天只有不到9个小时时间是清醒的,而正常小鼠的清醒时间约为13个小时;另一种则影响Nalcn基因,使快速眼动睡眠的总量和片段长度缩短,其通过抑制神经元的兴奋度,实现对快速眼动睡眠的调节。这些小鼠做梦的时间减少了一半。所以,这两类小鼠也被称为“嗜睡型”和“无梦型”。

需要说明的是,快速动眼睡眠和非快速动眼睡眠是睡眠的两种不同状态。

快速动眼睡眠,一般被认为是人类可以回想起梦境的做梦时期。此时,大脑皮层处于近乎清醒的状态,而且此时几乎不可能有信息传入大脑,所以这种环境有利于大脑进行记忆整理和固定等信息处理。如果缺少快速动眼睡眠,人们会感到睡眠不足,疲倦、焦虑,而且觉得自己没有做梦;而非快速动眼睡眠则是深睡眠,脑电活动逐渐变慢,因此它有使大脑皮层充分休息的机能。

极具挑战性的实验


东南大学生命科学研究院教授韩俊海在接受《中国科学报》记者采访时表示,一个复杂的睡眠行为在基因层面是受到调控的,不管是低等动物还是高等动物,这是学界早已有共识的。“科学研究不断找到睡眠基因并不奇怪,柳沢正史的这项研究之所以受到关注,主要是他的实验方法和过程。”

该研究团队采用的是正向遗传筛选法。它指的是通过生物个体或者细胞的基因组的自发突变或人工诱变,寻找相关的表型或性状改变,然后从这些性状改变的个体或细胞中找到对应的突变基因,也就是从表型变化研究基因变化。

韩俊海解释,这种方法的难点在于,操作过程中需要进行诱变筛选,而且需要有很多实验个体才能具有可信度,技术周期又很长,要得到预想中的实验个体非常困难。

因此,大多数有关睡眠基因的研究都用果蝇作为实验对象。他说,果蝇属于低等生物,生长周期短,繁殖快,但它的睡眠特性和人类非常相似,每天固定时间入睡,时长基本固定,适合研究表型。这也是为什么目前研究发现的大多数睡眠基因都是从果蝇身上得到的。

不过,该研究团队研究睡眠基因选择的是目前并不太常用的实验动物小鼠,而且一做就是上万只!

科研人员先是人工诱发雄性小鼠的基因突变,然后与雌性小鼠杂交,并对这些杂交所产生的后代逐一进行筛选。特别需要指出的是,他们对每一只小鼠的脑波和肌肉活动的电生理信号都进行了记录,从而找出那些睡眠模式发生异常的小鼠,总计考察了8000多只具有随机基因突变的小鼠。随后,还需进一步验证基因突变是造成这些小鼠睡眠异常的原因,最后再在基因图谱上定位突变基因。这从技术上来讲是极具挑战性的一项实验。

“这项实验需要大量的时间和经济成本,短期内无法出成果,目前国内研究睡眠基因的科研团队很难支撑这种类型的研究。”韩俊海坦言。

基因治疗睡眠障碍

不过,和许多发现睡眠基因的研究一样,科学家也还无法彻底理解这两个基因影响睡眠的全部机制。

事实上,人们之所以关心睡眠基因研究,是因为越来越多人受到入睡困难、睡眠质量下降等睡眠障碍的困扰。因此,寄希望于基因研究可以帮助我们认识并解决睡眠障碍问题。然而,科学研究的成果与人们的期待也许并不那么一致。


柳沢正史对媒体表示,从理论上来讲,这项研究或许可帮助开发新型的睡眠调节性药物,由Sik3和Nalcn基因产生蛋白或许就会成为未来新型疗法开发的分子靶点。但是,目前并没有证据将这两个基因同人类已知的睡眠障碍相连接。

韩俊海向《中国科学报》记者解释,医学上是把所有睡眠质量异常及入睡时间异常或者在睡眠时发生的某些临床症状统称为睡眠障碍,睡眠障碍的影响因素非常复杂,并不是所有睡眠问题都可以从基因层面找到原因和治疗方法的。

在内因性睡眠障碍中有一种特殊的病症,叫作“嗜睡症”。患有这种病症的人不是普通意义上的睡觉时间长,而是表现为频繁地、突然地睡去,发作时肌肉突然瘫软,身体不由自主地倒下。这是一种典型的具有明确的遗传因素的疾病。

但是,在他看来,困扰大多数现代人的失眠障碍主要是生活、工作破坏了人体的内环境,比如工作压力、情绪问题、作息不规律等等。这是高度发达的社会所衍生出来的现代病,与基因突变的关系不大。

事实上,许多有睡眠质量问题的人,其核心的基因控制部分并没有表现异常,那么,也就无法简单用基因调控的方法解决睡眠问题。相反,携带某些睡眠基因的常见变异体的人群,尽管睡眠模式有一定差异,但并不影响人体健康,不属于睡眠障碍。

“目前睡眠基因的研究主要还是为了从细胞及分子水平认识这种最基本的生物行为。”韩俊海表示,在动物漫长的进化过程中,睡眠这一行为保持了极其稳定的状态,几乎很难受到外界环境的影响,我们对睡眠调控机制的了解还十分有限,要从根本上找到睡眠障碍的原因并通过调节来治疗仍是目前的一项难题。

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发表于 11-24-2016 11:57 AM | 显示全部楼层
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