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闹洞空包网:一干正事儿就犯困?可能是这个基因在给你治病

更新时间:2019/2/26 / 阅读次数:307

  闹洞空包网 :日本科学家找到了一个独立于生物钟以外的睡眠调控基因,它不仅会让果蝇犯困,还能产生抗菌肽,帮助抵抗感染。

  1909 年,日本科学家石森国臣(Kuniomi Ishimori)从缺乏睡眠的小狗身上抽取脊髓液,打针给睡眠充足、精力充沛的小狗,后者几小时内便陷入沉睡。巧合的是,几年后两位法国研究者进行了相像的实验,也得到了同样的结果。这些研究及其他相关研究表明,困倦动物的血液中含有某种能催眠的化学物质。石森称其为“深生物质”(hypogenic substances),其他研究者认为这是种“催眠剂”(somnogen)。


  令人惊奇的是,这些致眠化学物质的来源十分不明确,科学家们目前也只找到了很少几种符合要求的物质。近日宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的户田平福(音,Hirofumi Toda)发现了另一种致眠物质——Nemuri 基因,能在果蝇中能引发睡眠(论文链接)。更令人意外的是,该基因在感染过程中会变得异常活跃,并杀死入侵的微生物。这与体温调节十分相似,可能是一个自我调节系统的一片面,我们可以称其为“睡眠调节”(sleep-o-stat)。无论是因为缺乏睡眠还是身材衰弱,只要动物需要闭眼休息,“睡眠”基因就能让它们迅速入睡。


  睡眠调节不同于让我们晚上犯困的生物钟。尽管科学家们对生物钟已经有了较为彻底的打听,但对睡眠调节,几近一无所知。户田项目的领导者阿米塔·西格尔(Amita Sehgal)说:“长时间不睡觉后,是什么让我们困意绵绵?我们迄今还没能找到答案。”


  犯困的果蝇


  户田从寻找那些激活之后会使果蝇更困倦的基因开始。为此,他研究了来自 8000 个不同品系的果蝇,每个品系都经过基因工程革新,通过增加不同的化学引发剂,能激活不同的基因。户田将这些果蝇分别放入有红外线监测的试管中。苏醒的果蝇飞舞时会有规律地遮挡红外线;而一旦睡着,静止不动的果蝇不会对红外线产生扰动。整个实验群由计较机监控,记录果蝇的运动,标记睡眠变多的实验组。


  前不久,这项耗时耗力的实验成功了。户田发现在 8000 个可能的基因中,只有一个能诱发睡眠,这即是 Nemuri 基因,该团队用日语中的睡眠一词为其命名 。这一基因从未被研究过,“我们找到它的时候,都不知道它是什么,”。西格尔说。


  研究团队剥夺果蝇的睡眠,他们要么有规律地摇晃试管,要么给它们喂咖啡因。在这种情况下,Nemuri 基因就会变得加倍活跃,但只发生在果蝇大脑的某一对神经元中。Nemuri 基因表达后,会产生 Nemuri 蛋白质,作用于大脑中一个扇形的区域,它是已知的睡眠控制中心。如果故意激活 Nemuri基因,果蝇睡眠时间会比对照组延长 20%-30%,同时也会睡得更深:摇晃试管时它们更不容易醒,被摇醒的少数也是昏昏沉沉、行动迟缓。


  催眠剂其实是抗菌肽?


  威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin at Madison)的基娅拉·齐雷利(Chiara Cirelli)说:“这项事情很有意思。”之前齐雷利等人已经在果蝇中找到了与良好睡眠有关的基因,并且发现基因失活会导致睡眠减少。但相反的实验还是第一次做:激活基因,引发更多睡眠。


  美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的苏珊·哈比森(Susan Harbison)说:“在此之前,我们已知的催眠剂很少,但这项研究告诉我们,这样的分子没准本来就这么少。”毕竟,户田测试了 8000 个基因,只找到了一个 Nemuri,辣么这种物质可能本来就不多。


  即便很少,也肯定另有其他催眠剂,因为 Nemuri 基因不能解释所有现象。加利福尼亚州立大学北岭分校(California State University at Northridge)的谢丽尔·范·布斯柯克(Cheryl van Buskirk)认为,如果该基因能让困倦的果蝇入睡,辣么抑制它就会烦扰睡眠,然而事实并不是这样。户田用 CRISPR 基因编辑技术使其失去活性后,果蝇仍会睡觉,而且睡眠时间基本不变;但它们远比过去更容易醒,苏醒时间也会更长。范·布斯柯克说:“由于果蝇睡眠和睡眠反弹都基本完好,因此 Nemuri  基因不太可能是睡眠调节系统的主要组成片面。”


  西格尔认为 Nemuri 基因在日常睡眠方面作用也许并不大,但在承受压力、睡眠不足或生病的时候就非常重要了。事实上,她的团队表明,Nemuri 蛋白质是一种抗菌肽(AMP,antimicrobial peptide),顾名思义,这种小分子能杀死微生物。


  Nemuri 基因的这种作用与对正常睡眠的作用相互交织。和人类一样,果蝇生病后也会睡得更多。研究小组发现,当他们激活 Nemuri 基因时,疾病引起的睡眠时间会变长;抑制这一基因则会导致相反的效果。西格尔表示:“睡眠调节和免疫系统间存在紧密的联系。”


  一其他可能的催眠剂也对免疫系统有微小影响。范·布斯柯克认为这些物质具有双重作用,她补充道:“这些物质能直接袭击病菌,在袭击的同时还能促进睡眠,这种现象可能只是冰山一角。”


  在困倦的果蝇身上花费这么多精力似乎有些奇怪,尤其是人体内并不存在与 Nemuri 等效的基因。但西格尔指出,人类确实能产生 100 多种抗菌肽,它们也许能发挥相似的作用。她还指出,以往有许多研究睡眠的人在果蝇身上做出了发现,后来被证明对人类也有重要作用。


  二十五年前,西格尔还在迈克尔·杨(Michael Young)实验室事情的时候,曾协助找出了一种能控制果蝇日常生物钟的“无时间”基因(timeless)。人体内也不能找到明显与其相似的物质,西格尔说,当时一些研究者怀疑这一发现对人类毫无用处。但随着时间的推移,人体中类似的物质终被发现,并且它还与数种重要疾病有关。由于这项事情及其他杰出贡献,杨于 2017 年获得诺贝尔奖。西格尔说:“这样的路我们走过好几次了。”


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