上海交通大学揭示入睡困难新机制

睡眠的秘密总能激起人类的好奇心。为什么我们需要睡觉？为什么你晚上睡觉，白天醒来？我们的身体里有一只看不见的手，它每天都在拨时钟，控制着每一个常规程序吗？这些问题也是许多神经生物学家一直在努力研究的课题。

上海交通大学Bio-X中心的平勇研究小组的一项研究结果揭示了电压门控钾离子通道Kv4在睡眠调节中的作用。相关的研究结果最近发表在著名的《神经科学杂志》上。

研究者选择了睡眠研究中的经典模式生物果蝇作为研究对象。Kv4是电压门控钾离子通道，与神经元的复极过程密切相关。当神经元放电时，这个离子通道会打开，促使钾离子流出。在果蝇中，整个电压门控钾通道超家族有四个成员Kv1-Kv4，它们在人类中也是高度保守的。其中，Kv1(shaker)已被证明与果蝇和哺乳动物的睡眠直接相关。

据报道，这项研究从行为实验开始。一般来说，当果蝇被放在早上9点开灯、晚上9点关灯的环境中时，果蝇会在晚上关灯半小时后入睡。在剔除果蝇神经系统中的Kv4后，研究人员观察到了一种特殊现象——果蝇的睡眠时间显著延迟。这一现象也表明Kv4可能在睡眠中起着重要的调节作用。进一步的实验更具体地选择了一组被证明在睡眠调节中起关键作用的神经元--pdf神经元。血小板衍生因子神经元的兴奋能抑制睡眠。由pdf神经元分泌的PDF是一种调节果蝇睡眠和节律的神经肽。当GAL4/UAS系统用于功能性敲除该区域神经元中的Kv4时，果蝇的睡眠时间也经历了显著的延迟。这也表明，血小板衍生因子神经元中的Kv4在果蝇的睡眠调节中起着重要作用。

那么，果蝇“失眠”现象背后的调控机制是什么呢？它与神经元的兴奋性有什么关系？进一步的电生理学实验给出了答案。平勇博士说，现有研究表明，PDF神经元的兴奋性在白天有固定的变化规律，通常白天放电频率较高，但在晚上逐渐降低。某个早晨开始后约24小时，神经元的放电频率和静息膜电位呈“U”型曲线。一般来说，这部分神经元在晚上会变得不太兴奋，这时Kv4更容易发挥作用。此时，Kv4通道将更容易打开，这就是为什么果蝇在Kv4功能性敲除后会明显显示睡眠时间的延迟。当然，并不存在由Kv4特异性介导的电流IA的这种波动，也就是说，Kv4更像是睡眠期间参与调节过程的“调节器”。

与此同时，研究人员有更多的实验证明，Kv4对神经元兴奋性的调节会影响神经肽——血小板衍生因子的分泌，从而影响入睡过程。在血小板衍生因子途径下游的神经元，Kv4功能敲除也会引起“失眠”。

专家表示，这项研究首次直接证明了Kv4在睡眠调节中的作用，也为失眠的相关研究提供了可能的思路。

相关论文信息:https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0777-18.2018