饶毅团队发现睡眠新分子:肠上皮产生特殊氨基酸调控果蝇睡眠

生物医学
饶毅团队发现睡眠新分子:肠上皮产生特殊氨基酸调控果蝇睡眠
麻省理工科技评论 2019-05-08

2019-05-08

2019 年 5 月 7 日 23 点,国际学术刊物《自然-通讯》在线发表北京脑科学与类脑研究中心、北大麦戈文脑科学研究所饶毅团队的最新研究,他们发现了特别的分子——D 型丝氨酸,具有调节果蝇睡眠的作用。
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2019 年 5 月 7 日 23 点,国际学术刊物《自然-通讯》在线发表北京脑科学与类脑研究中心、北大麦戈文脑科学研究所饶毅团队的最新研究,他们发现了特别的分子——D 型丝氨酸,具有调节果蝇睡眠的作用。

2019 年 5 月 7 日 23 点,国际学术刊物《自然-通讯》在线发表北京脑科学与类脑研究中心、北大麦戈文脑科学研究所饶毅团队的最新研究,他们发现了特别的分子——D 型丝氨酸,具有调节果蝇睡眠的作用。

对动物来说,睡眠的意义毋庸置疑。但是睡眠的机理一直不清楚,以至很多失眠患者即使服用药物,仍然达不到令人满意的睡眠质量。

这项研究结果有望带来睡眠调节的全新认识。

饶毅团队发现睡眠新分子:肠上皮产生特殊氨基酸调控果蝇睡眠

图:果蝇

三个新颖的发现


D 型丝氨酸曾被认为只存在于细菌中,但科学家近来发现,这种氨基酸也天然存在于人体内。不过,此前对 D 型丝氨酸生理功能的认识尚属空白,只有一些研究显示 D 型丝氨酸对人类大脑具有潜在作用。

这篇论文的第一作者戴熙慧敏告诉 DeepTech ,该研究最重要的发现是,D 型丝氨酸的合成酶(丝氨酸异构酶,SR)参与睡眠,如果 SR 基因缺失,睡眠减少。换句话说,D 型丝氨酸在生理上,可以调控果蝇的睡眠。

具体来讲,当任何一个合成 D 型丝氨酸的酶被基因突变而缺失后,果蝇的睡眠都减少,而降解 D 型丝氨酸的酶缺乏后,睡眠则增加。D 型丝氨酸受体的基因缺乏后,睡眠也减少。

饶毅实验室的博士后戴熙慧敏和周恩兴等,通过给予不同的化学分子作为药物,发现只有 D 型丝氨酸可以挽救 D 型丝氨酸合成酶突变的睡眠表型。

饶毅团队发现睡眠新分子:肠上皮产生特殊氨基酸调控果蝇睡眠

来源:Nature Communications

另一项重要发现是肠道的奇特作用。一般认为脑内神经细胞调控睡眠。但戴熙慧敏和周恩兴等发现,虽然合成 D 型丝氨酸的酶在神经细胞和肠道上皮细胞都存在,当合成酶的基因缺失后,会导致果蝇睡眠减少,但只要把合成酶放回肠道表皮细胞,就可以让果蝇恢复正常睡眠。

该项研究的第三发现,是兴奋性受体 NMDA 的出人意料的作用。已知 NMDA 受体是兴奋性神经递质谷氨酸的受体,一种想当然的看法是兴奋神经元应该导致觉醒。但研究结果与想法截然不同,研究发现 D 型丝氨酸辅助谷氨酸激活 NMDA 受体后,NMDA 却参与促进睡眠。

为什么果蝇的睡眠研究很重要


睡眠是饶毅实验室研究的生物学问题之一,近年该实验室开始研究果蝇和小鼠的睡眠。

实际上,果蝇的睡眠研究与人类睡眠研究有较强的联系。

最早用于研究睡眠的主要动物是小鼠。约二十年前,美国科学家率先用果蝇研究睡眠,利用其遗传学的便利,发现了一些参与调节果蝇睡眠的基因。

对于果蝇睡眠的另一重要基础研究是果蝇的生物钟研究。自 1971 年开创的果蝇生物钟研究,在经历二十多年的质疑后,于 1990 年代中后期被证明对包括人类在内的哺乳类也有意义。逐渐证明调节果蝇生物钟的基因,绝大多数也是调节人类生物钟的基因。

2017 年,生物钟的诺贝尔奖发给三位研究果蝇生物钟的美国科学家,而未给研究小鼠和人的生物钟的科学家,原因是前者的研究为先驱,后者的研究也很重要,但在时间上落后了。

在睡眠方面的研究,果蝇能否也能领先?目前还没得到证明。什么是睡眠?果蝇的静息是睡眠吗?就算是睡眠,果蝇的睡眠机理一定和高等动物类似吗?

这些问题都还悬而未决。


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