科學家們早就知道，大多數生物都有一個晝夜節律“時鐘”，這是一組以24小時為周期運行的生物節律，影響著警覺性、嗜睡、食欲和體溫，以及其他周期性行為。

擾亂這一系統——例如，通過輪班工作或跨越多個時間和光線區域的長途旅行——可能會產生嚴重的后果。先前的研究將晝夜節律的持續紊亂與癌癥、抑郁癥和許多其他醫學問題的風險增加聯系起來。

晝夜節律系統基本上是通過暴露在光線下來“訓練”的。盡管在過去的幾十年里，研究人員在概述晝夜節律的機制方面取得了重大進展，但大腦是如何與晝夜節律聯系在一起的仍不清楚。

為了了解更多，約翰霍普金斯大學神經科學系教授、基礎生物醫學科學研究所副主任Alex Kolodkin博士和美國國家心理健康研究所光和晝夜節律部門的負責人Samer Hattar博士以及該研究的第一作者John Hunyara和Kat Daly以及他們的同事，在一個數據庫中搜索了小鼠大腦晝夜節律控制中心——視交叉上核(SCN)發育過程中出現的生物分子。

SCN位于小鼠和人類大腦的下丘腦深處，位于控制視覺的區域附近，并與通往視網膜的腦細胞連接，視網膜是眼睛的感光部分。

研究小組很快將注意力集中在一種叫做teneurin-3 (Tenm3)的細胞表面蛋白質上，teneurin-3是一個更大的蛋白質家族的一部分，在視覺系統回路組裝中起著關鍵作用，更廣泛地說，在其他中樞神經系統回路中起著關鍵作用。

當研究人員對小鼠進行基因改造以阻止Tenm3的產生時，與具有完整Tenm3的動物相比，這些動物的視網膜和SCN之間的連接更少。然而，缺乏Tenm3的小鼠在SCN核心和外殼細胞之間發展出更多的連通性，Tenm3傾向于定位。

為了了解Tenm3如何穩定晝夜節律或使其受到哪怕一點點光的干擾，科學家們設計了一組實驗。

首先，他們訓練缺乏Tenm3的小鼠進行12小時的明暗循環，然后將黑暗周期提前6小時。根據正常睡眠周期的活動模式診斷，Tenm3完好無損的小鼠花了大約四天的時間來調整晝夜節律以適應這種變化。然而，沒有Tenm3的動物適應的速度要快得多，大約只用了一半的時間。

當研究人員用兩倍于先前測試的光線進行類似的實驗時，Tenm3完好無損的小鼠花了大約8天的時間來調整它們的晝夜節律周期，而沒有Tenm3的小鼠只花了大約4天。

即使只有15分鐘的微弱光線脈沖，也會觸發缺乏Tenm3蛋白的小鼠(而不是具有正常Tenm3蛋白的小鼠)產生一種大腦化學物質，這種化學物質可以代替光照，這表明對光線信號的高度敏感性是設置或重置生物鐘所必需的。

這些發現向作者表明，即使光照變化，Tenm3也能幫助大腦保持穩定的晝夜節律。通過更多地了解這個系統和Tenm3的作用，研究人員最終可能能夠診斷和治療導致人們失眠和其他睡眠障礙的小故障，或者可能開發出治療時差反應的方法。

“如果晝夜節律根據光照的每一次快速變化進行調整，比如日食或非常黑暗的雨天，那么它們在調節睡眠和饑餓等周期性行為方面就不會非常有效。我們發現的這種蛋白質有助于在神經發育過程中連接大腦，以便每天對晝夜節律的挑戰做出穩定的反應，”Kolodkin博士說。“這對人類健康有非常明顯的影響。”


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-12）