生物鐘基因與睡眠障礙的研究進展＊

魏文靜，仝立國，仲啟明，馮瑪莉

睡眠障礙（sleep disorders）是臨床常見病，是因各種原因引起的人體睡眠和覺醒機制失常，主要表現為睡眠不足和睡眠過多的一類疾病，常常影響人們的正常生活、工作、學習和健康。正常情況下，時鐘基因會在相同的時間打開和關閉，以保持睡眠和飲食周期的均衡，但如果其中的基因發生突變時，就會打破這一環節，為此，該文對調控晝夜節律生物鐘基因的分子機制、晝夜節律鐘基因在睡眠-覺醒周期障礙中的作用做一綜述。

1 睡眠障礙與生物節律

1.1 睡眠障礙概述近年來受到睡眠問題困擾的人逐年增多，因此睡眠與健康問題受到了越來越多的關注，而且睡眠障礙是抑郁癥患者的危險因子，也是精神分裂癥的前驅癥狀和伴隨癥狀；睡眠障礙是睡眠-覺醒節律紊亂，其中神經遞質在睡眠障礙的發病機制中起著非常重要的作用，有研究顯示，5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）受體、去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）受體及 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受體與睡眠有關；其次，神經回路、海馬是參與睡眠-覺醒周期調節密切相關的腦區，海馬神經元以谷氨酸作為主要的神經遞質，海馬區功能減退也會導致睡眠障礙的發生。

1.2 生物鐘基因的運行機制哺乳動物的生物鐘中樞位于下丘腦視上核，目前已發現與睡眠障礙相關的生物鐘基因， 包括 Clock、Bmal1、Cry、Per等基因［1］。Clock和 Bmal1通過其共同的bHLH-PAS結構域形成異二聚體，并通過結合E-box啟動子，激活Per1/Per2/Per3及Cry1/Cry2的轉錄，經過翻譯后的Per及Cry等基因產物在細胞質內形成復合物并進入細胞核內抑制Clock與Bmal1復合物的活性，形成了正負反饋循環通路，Clock和Bmal1也可激活“鐘控基因（CCG）”，通過這些鐘控基因將時間信息傳至效應器，以調節機體的晝夜節律［2］。

2 生物鐘基因與睡眠障礙的關系

2.1 Clock基因與睡眠障礙在哺乳動物中，最早被發現晝夜節律鐘基因是Clock基因，其在節律鐘基因的組織中起著中心作用，是生物鐘基因正向反饋調節的重要組成部分。

McClung等［4］通過研究Clock基因在小鼠躁狂發作中的作用，Clock基因突變小鼠與正常小鼠比較，Clock基因突變小鼠具有躁狂癥狀的行為，表現過度活躍，無焦慮，沮喪。它們睡眠較少，表現出更大的腦活動。Roybal等［6］通過研究發現，如果小鼠Clock基因突變會出現極度興奮、睡眠時間減少，會增加腹側被蓋區的多巴胺能神經元活性。

研究表明Clock基因rs11932595的G等位基因在健康成人中與自我報告的睡眠問題相關［17］。分子遺傳學研究示［3］：生物鐘晝夜調控器（clock circadian regulator）的 CLOCK 基因 Clock 3’非翻譯區的單核苷酸多態性位點 （single nucleotide polymorphisms，SNP）rs1801260 與 ADHD（注意缺陷多動障礙）及其癥狀存在關聯。ADHD患者常常伴有睡眠問題，主要表現為睡眠抵抗、入睡困難、晨起困難。曹銀利等人［9］通過采用聚合酶鏈反應－限制性片段長度多態性（PCR－PFLP）技術研究ADHD與睡眠障礙的病理機制，發現Clock基因的T3111C基因型及等位基因頻率分布在ADHD組與對照組間差異有統計學意義（P＜0.05），所以認為Clock基因T3111C位點與ADHD易感性存在關聯，也是影響ADHD兒童相關睡眠障礙的重要因素。Shi等發現 Clock基因中的幾個 SNP（T3111C，3117G至T，3125A至G）與抑郁癥和睡眠障礙相關，更準確地說，兩個罕見的SNP（3117G至T和3125A至G）與良好睡眠和失眠的交替密切相關［5］。

2.2 Bmal1基因與睡眠障礙研究表明，Bmal1作為正向調節子，當Bmal1基因缺失時，小鼠活動節律立即紊亂［7］，晝夜節律基因的敲除或突變可導致節律改變，目前的研究集中在以突變小鼠研究為基礎的E-box DNA元件的轉錄調控網絡，如Bmal1基因敲除小鼠，其表現出基于活性的節律性喪失，生物鐘Bmal1和npas2相關的E-box轉錄活性的正調控因子在AK菌株中均勻上調，這種觀察導致E-box介導的基因表達可能是睡眠需求的驅動力的可能性［6］。 Bellet等［8］提出靜脈全麻藥氯胺酮下調NG108-15神經元細胞Bmal1基因的表達；還有研究證實，當Bmal1/Mop3缺乏后小鼠會在持續黑夜中變得節奏不穩定，對睡眠覺醒形式產生調節作用。

2.3 Per基因與睡眠障礙

2.3.1 Per1 研究表明，當Per1基因突變時，小鼠會出現晝夜節律周期變短，Bellet等人發現，當人處于睡眠狀態時，Per1基因會保持持續的高水平 “興奮”的狀態［12］，Tseng 等人發現 Per1 基因參與快速動眼睡眠（REM）的監管。

2.3.2 Per2 TohKL 等人［18］研究發現，家族性睡眠時相提前障礙（FASPD）與Per2基因多態性有關，這個家族成員總在凌晨3、4點起床，晚上6、7點入睡，這種獨特的生活習慣源于家族成員身上的一種名為“Per2”的基因發生突變。研究表明日行偏好與Per2基因5-非翻譯區的單核苷酸多態性等位基因111G相關［11］，同時還發現這些罕見病患者的大腦下丘腦、杏仁核等區域存在著控制節律的基因突變或紊亂。Parsons等［13］研究得出Per2上有一罕見的基因多態性同源物與睡眠時間和質量顯著相關（P＜0.0005）。Pittman-Polletta等研究證明Per2基因的缺失與神經性疾病阿爾茨海默病緊密相關［14］。

2.3.3 Per3 Per3基因是人類發現的唯一一個具有更多的形態和組合形式的生物鐘基因，根據Per3等位基因VNTR的數目，人類存在Per34/4和Per35/5兩種純合個體，以及Per34/5的雜合個體，Per35/5健康個體有日行偏好，入睡等待時間較短，Per34/4健康個體則有夜行偏好，入睡等待時間較長，與睡眠延遲綜合征（delayed sleep phase syndrome，DSPS）相關。Archer等人［15］發現Per3可變數目串聯重復序列（VNTR）多態性與 DSPS 有關。 Kunorozva 等人［16］通過研究非洲運動員Per3 VNTR和晝夜偏好的關系，發現在自行車、跑步兩類運動員中，日行偏好的比例均高于普通人對照組，運動員的時間偏好與Per3 VNTR多態性存在顯著關聯。

Viola等人［18］研究表明，與睡眠增多，慢波睡眠（SWS）增加及對睡眠剝奪效應易感者比較，個體在睡眠時Per3等位基因純合子有顯著差異，而褪黑素、皮質醇及活動的晝夜節律無差異，提示不同的生物鐘基因可能通過其對生物鐘的直接作用或通過其他機制如影響睡眠穩態而影響時型。

2.4 Cry基因與睡眠障礙Cry基因是生物鐘系統的重要組成部分，它分為Cry1基因與Cry2基因，據報道Cry1、Cry2基因敲除小鼠會降低睡眠覺醒次數，增加慢波睡眠臺達電源睡眠剝奪后的第一個小時［10］。

綜上所述，隨著人們對晝夜節律生物鐘基因的逐漸關注，近年來越來越多的人開始關注和研究這個領域。研究結果表明了晝夜節律生物鐘基因與睡眠障礙有著密切的聯系。如果人體生物鐘失調，可能會進一步影響其他功能，諸如內分泌、免疫功能，相信隨著對生物鐘基因的深入研究，人類能更好地調節自身。

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