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在一項新的研究中，來自美國華盛頓州立大學的研究人員發(fā)現(xiàn)一種特定的基因如何參與三種不同的動物（包括人類）經歷的睡眠質量。這種基因和它的功能為科學家們探究睡眠如何發(fā)揮作用和動物為何迫切地需要睡眠開辟一種新的途徑。相關研究結果發(fā)表在2017年4月5日的Science Advances期刊上，論文標題為“Normal sleep requires the astrocyte brain-type fatty acid binding protein FABP7”。
論文通信作者、華盛頓州立大學埃爾森-弗洛伊德醫(yī)學院助理教授Jason Gerstner說，“睡眠必需發(fā)揮著某種重要的功能。但是作為科學家，我們仍然不能夠理解這種功能是什么。一種更接近于發(fā)現(xiàn)這一點的方法是理解它是如何受到調節(jié)的，或者哪些過程在不同動物物種中都存在。”
當作為美國威斯康星大學的一名博士生時，Gerstner就研究了哪些基因的表達在醒睡周期（sleep-wake cycle）發(fā)生變化，結果發(fā)現(xiàn)在小鼠整個大腦中，F(xiàn)ABP7基因的表達在一天中發(fā)生變化。
Gerstner和他的同事們觀察到相比于具有完整FABP7基因的正常小鼠，這種基因遭受敲除的小鼠睡覺時更容易醒。這提示著這種基因是哺乳動物正常睡眠所必需的。
為了觀察FABP7是否確實人類正常睡眠所必需的，Gerstner和來自日本的同事們研究了來自將近300名日本男性的數(shù)據(jù)，這些男性接受為期7天的睡眠研究，包括分析他們的DNA。結果發(fā)現(xiàn)他們中的29人具有基因FABP7變異體。正如那些基因敲除小鼠那樣，這29人往往睡覺時更容易醒。盡管他們具有與其他男性一樣的睡眠量，但是他們的睡眠并不好，這是因為當他們應當睡眠時，他們醒來多次。
zui終，這些研究人員構建出轉基因果蠅。他們將發(fā)生突變的和正常的人FABP7基因插入到果蠅的星形膠質細胞（神經膠質細胞的一種）中。長期以來，神經膠質細胞（glial cell）被認為僅是給神經元（大腦中的信息處理者）提供支持作用。但是科學家們zui近已發(fā)現(xiàn)如同神經元那樣，神經膠質細胞釋放神經遞質和控制行為。
為了監(jiān)控這些果蠅的睡眠，這些研究人員使用一種商業(yè)的“果蠅活動監(jiān)控器（Drosophila Activity Monitor）”：利用紅外光束自動地記錄活動變化以便確定果蠅是睡著還是醒著。如果這種紅外光束持續(xù)至少5分鐘，那么這種監(jiān)控器就作出結論：果蠅睡著了。結果證實攜帶發(fā)生突變的FABP7基因的果蠅在正常的睡眠時間期間更加頻繁地中斷這種紅外光束。正如缺乏發(fā)揮正常功能的FABP7基因的小鼠和人類那樣，F(xiàn)ABP7發(fā)生突變的果蠅睡覺時更容易醒。
Gerstner說，“這提示著在這三種物種的星形膠質細胞中存在著某種調節(jié)深度睡眠的內在機制。”
再者，他說，“我們真正地對一種特定的細胞和分子通路在這三種物種中的復雜行為中發(fā)揮的作用獲得新的見解。”
特別令人關注的是，果蠅已在地球上存在了大約6000萬年。
Gerstner說，“這提示著我們發(fā)現(xiàn)了一種在進化過程中持續(xù)存在的古老機制。”
盡管這些研究人員對發(fā)現(xiàn)一種強烈地影響睡眠的基因感到激動人心，但是他們強調幾乎可以肯定的是，其他的基因也參與這個過程。
FABP7蛋白參與“脂質信號轉導（lipid signaling）”，將脂肪運送到細胞核中以便激活控制生長和代謝的基因。如今，Gerstner和他的同事們將觀察這種功能可能如何與關于睡眠為何重要的當前理論存在交叉。這些理論包括睡眠對神經元活性、能量使用與儲存、記憶與學習是重要的。
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