睡眠起源于動物進化的早期，在不同物種之間具有相似的特征。睡眠的數(shù)量和質量對健康都很重要，睡眠質量取決于入睡的時間、潛伏期、醒來的頻率、持續(xù)時間以及睡眠深度。睡眠障礙是一種非常普遍的疾病，它擾亂了正常的晝夜節(jié)律，不僅會降低生活質量和工作效率，還會增加醫(yī)療和精神病學問題。它被認為是許多疾病的危險因素，包括心血管事件、高血壓和2型糖尿病。近期，多篇文獻報道了睡眠機制相關研究，可能為相關疾病的預防和治療提供幫助。

1. 腸道分泌的肽抑制睡眠中的喚醒

抑制感官喚醒對睡眠至關重要，深度睡眠需要更強的感官抑制。然而，使熟睡的動物在很大程度上忽視周圍環(huán)境的機制尚不清楚。美國哈佛醫(yī)學院神經生物系Dragana Rogulja團隊發(fā)現(xiàn)，當飲食富含蛋白質時，睡眠中的果蠅和小鼠對機械振動的反應會得到更好的抑制^[1]。在果蠅中，他們描述了一條信號通路，通過該通路，有關攝入蛋白質的信息從腸道傳遞到大腦，以幫助抑制喚醒。腸道內較高的蛋白質濃度促進釋放CCHa1肽的腸內分泌細胞活性增加。CCHa1向大腦中的一小群多巴胺神經元發(fā)出信號，以調節(jié)它們的活動；多巴胺能活性調節(jié)動物對振動的行為反應(圖1)。CCHa1通路和膳食蛋白并不影響對所有感覺輸入的反應性，這表明在睡眠期間，不同的信息流可以通過獨立的機制進行門控。

2. Cryptochrome-Timeless結構揭示晝夜節(jié)律時鐘計時機制

晝夜節(jié)律影響許多行為和疾病。果蠅生物鐘為研究這些過程提供了一個有價值的模型，其中Timeless(Tim)在介導轉錄抑制因子Period(Per)入核中發(fā)揮關鍵作用，而光感受器Cryptochrome(Cry)通過觸發(fā)Tim在光下降解來調節(jié)生物鐘。美國康奈爾大學化學生物系Brian R. Crane團隊使用低溫電子顯微鏡技術，確定了黑腹果蠅的晝夜節(jié)律光傳感器及其靶標的結構^[2]。Cry與氨基酸末端Tim重復序列的連續(xù)核心結合，類似于光解酶識別受損DNA的方式，并與C末端Tim螺旋結合(圖2)。該結構強調了Cry黃素輔助因子如何發(fā)生構象變化，與分子界面的大規(guī)模重排相耦合，以及Tim中的磷酸化段如何通過調節(jié)Importin-α的結合和Tim-Per的核導入而影響時鐘周期。此外，該結構顯示，Tim的N端插入重組的Cry口袋，以取代由光釋放的自抑制性C端尾巴，從而為長短Tim多態(tài)性如何使果蠅適應不同氣候提供了可能的解釋。

3. 興奮性神經元中的激酶信號調節(jié)睡眠數(shù)量和深度

在神經回路水平上闡明睡眠和覺醒調節(jié)已經取得了進展。然而，調節(jié)睡眠的細胞內信號通路以及這些細胞內機制在哪些神經元群中發(fā)揮作用仍不清楚。日本筑波大學國際整合睡眠醫(yī)學研究所Hiromasa Funato團隊使用正向遺傳學方法，發(fā)現(xiàn)組蛋白脫乙酰酶?4(HDAC4)是一種睡眠調節(jié)分子^[3]。HDAC4是鹽誘導激酶3(SIK3)的底物，其單倍劑量不足可增加睡眠。相比之下，神經元中缺乏SIK3或其上游激酶LKB1的小鼠，或具有對SIK3磷酸化產生耐藥性的Hdac4S245A突變的小鼠，其睡眠減少(圖3)。這些結果表明，LKB1-SIK3-HDAC4構成了一個調節(jié)睡眠和清醒的信號級聯(lián)。他們還對特定神經元和大腦區(qū)域的SIK3和HDAC4進行了靶向操作。結果表明，位于大腦皮層和下丘腦的興奮性神經元中的SIK3信號分別正向調節(jié)非快速眼動睡眠(NREMS)EEGδ功率和NREMS睡眠量。在皮質谷氨酸能神經元中，偏向突觸功能的轉錄物子集通常通過SIK3功能獲得等位基因的表達和睡眠剝奪受到調節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)表明，NREMS睡眠的數(shù)量和深度由不同的興奮性神經元群通過共同的細胞內信號調節(jié)，為連接細胞內事件和控制NREMS的神經環(huán)路水平機制奠定了基礎。

 參考文獻

[1]Titos I, Juginovi? A, Vaccaro A, et al. A gut-secreted peptide suppresses arousability from sleep [J]. Cell. 2023,186(7):1382-1397.e21. (IF=66.850)

[2]Lin C, Feng S, DeOliveira CC, Crane BR. Cryptochrome-Timeless structure reveals circadian clock timing mechanisms [J]. Nature. 2023,617(7959):194-199. (IF=69.504)

[3]Kim SJ, Hotta-Hirashima N, Asano F, et al. Kinase signalling in excitatory neurons regulates sleep quantity and depth [J]. Nature. 2022,612(7940):512-518. (IF=69.504)

云克隆不僅可提供睡眠剝奪動物模型，還具有包括阿爾茲海默癥、帕金森、焦慮癥、慢性應激抑郁等常見神經系統(tǒng)疾病動物模型和疾病檢測指標相關產品，可助力廣大科研工作者進行睡眠相關疾病研究。