天黑請睜眼科學家破解小鼠暗覺醒機制

　　 “太陽曬屁股了，孩子該起床了！”——想必大家都有過這樣的經歷：睡得好好的，突然窗簾打開，一道明光破窗而入，瞬間人就清醒了一大半。

　　人類或許很難想象，小老鼠這樣的夜行動物們在白天呼呼大睡時，如果環境突然暗下來，它們也會在幾分鐘內迅速蘇醒。

　　是什么機制影響了我們的睡眠和覺醒？復旦大學基礎醫學院研究員黃志力和教授曲衛敏的科研團隊，多年來一直致力于這些問題的探究。1月31日，相關成果在線發表于《當代生物學》(Current Biology)，該研究團隊博士生張澤和劉雯櫻等為論文第一作者。

　　小鼠是怎么被“暗”醒的？

　　和人一樣，小鼠的感光器官是視網膜。研究人員向小鼠眼睛注射了一種能編碼光敏感通道蛋白以及紅色熒光蛋白的病毒。這些小鼠不是一般小鼠，它們的γ-氨基丁酸能神經元攜帶著綠色熒光蛋白基因，即“熒光鼠”。

　　通過觀察病毒攜帶熒光蛋白基因的表達，科學家可以清清楚楚地看到自己注射區域的神經元在體內的投射情況，這種方法叫做“示蹤”。

　　通過示蹤，研究人員證實位于上丘（大腦一處結構）的γ-氨基丁酸能神經元可以接收來自視網膜的直接功能輸入。他們把熒光鼠暴露在不同的光照環境下，發現這種神經元能被短時間的黑暗刺激所抑制，但不會收到光脈沖的影響。進一步，這種神經元還能直接抑制下游的另一種神經元——腹側被蓋區多巴胺能神經元。

　　“人們早已證實，多巴胺跟覺醒高度相關。”論文通訊作者黃志力向《中國科學報》記者解釋，“暗環境刺激下，視網膜不再興奮，上丘γ-氨基丁酸能神經元受到抑制，這樣下游的多巴胺能神經元所受的抑制就會解除，從而釋放多巴胺。因此，小鼠在突然出現的黑暗環境下很快就清醒過來。”

　　為了確保結論嚴謹，他們還設計了一個反向證明的實驗——通過基因編輯，特異性地損毀小鼠的上丘γ-氨基丁酸能神經元或腹側被蓋區多巴胺能神經元。這下，即便黑暗突然降臨，小鼠也渾然不覺，繼續呼呼大睡。

　　由鼠及人，還須更多探索

　　“過去大家對光影響睡眠的研究，主要集中在光照周期和生物節律的關系上。2017年的諾貝爾生理學或醫學獎，就頒給了研究晝夜節律機制的科學家。”未參與這項工作的中國科學院院士、浙江大學教授段樹民對《中國科學報》記者說，“而目前這個成果的特色在于，他們研究的是光線本身如何調控睡眠。”

　　有趣的是，盡管人腦和鼠腦在結構上有很多相似之處，但人類和鼠類在睡眠方面，對光照的反應卻恰恰相反。小鼠的覺醒機理研究越透徹，就越讓人好奇晝行性動物和夜行性動物究竟在哪一個環節上背道而馳、南轅北轍了。

　　“這確實是一個很大的難題，我們目前只有一些初步的認識，還在進一步探索之中。”黃志力說。

　　尼羅河草鼠是一種晝行性的嚙齒動物，是研究這一問題的最佳模型。他們希望未來通過對尼羅河草鼠的研究，回答為什么晝行性和夜行性動物對光的反應截然相反。

　　以光為鑰，拯救睡不好

　　熬夜追劇、整宿開趴、連軸加班、跨時區出差……隨著人們的娛樂生活越來越潮、工作壓力越來越大，由生物節律紊亂導致的睡眠障礙發病率逐年攀升。而“光”，在其中扮演著一個至關重要的角色。

　　多年來，黃志力和他的團隊，一直追索著光與睡眠的關系。

　　為什么體力勞動者比腦力勞動者睡得好？因為體力勞動消耗大量能量，能量ATP的代謝產物是腺苷，作用于腺苷受體，讓人沉迷夢鄉。

　　半夜上個廁所，回來就無法接覺？最好把家里的起夜燈換成小功率的紅光燈，既能看清路線，又能保存睡意。

　　帕金森氏病人為什么往往有嚴重的睡眠障礙？因為他們存在嚴重的基底神經節病變。

　　為什么喝咖啡讓你睡不著覺？因為咖啡能阻斷腺苷受體。

　　……

　　在老中青都大呼“睡不好”的當下，這些研究成果顯然極具現實意義。

　　那么這次小鼠被“暗”醒的成果，對人類來說又有什么借鑒意義呢？

　　黃志力說：“現代生活中普遍存在的異常光照，會破壞生物節律，導致睡眠紊亂。雖然夜行性動物的睡眠和覺醒條件跟人類相反，但是足以證明上述神經結構在這個過程中起到了重要作用。我們希望這些研究能為臨床探索治療生物節律紊亂性睡眠障礙提供思路，比如研發特異性的靶向藥物，或者通過磁療、超聲、微波等物理性療法，作用于這些靶點，為睡不好的人們點亮新的希望。”