近日，基礎醫學院黃志力課題組與日本北海道大學本間Sato、榎木亮介團隊合作，在次晝夜生物節律發生機制上取得重要進展。9月18日，相關近日，基礎醫學院黃志力課題組與日本北海道大學本間Sato、榎木亮介團隊合作，在次晝夜生物節律發生機制上取得重要進展。9月18日，相關研究成果以《下丘腦室旁核和室旁下核鈣信號的次晝夜生物節律》（“Ultradian Calcium Rhythms in the Paraventricular Nucleus and Subparaventricular Zone in the Hypothalamus”）為題，在線發表於《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）。
控制晝夜節律關鍵基因的發現獲2017年諾貝爾生理學或醫學獎。生物節律在動植物中廣泛存在，最常見的是週期為24小時的晝夜節律，人類的睡眠-覺醒週期符合典型的生物節律。然而，哺乳動物的某些行為或功能還表現出週期短於24小時的次晝夜節律，如人類夜間的快動眼-非快動眼睡眠循環、下丘腦內激素分泌和體溫調節等。由於次晝夜節律和晝夜節律經常伴隨在一起，使次晝夜節律的研究具有難度。因此，揭示次晝夜節律的發生機制是重要的科學問題。
為探索次晝夜節律的發生機制，研究人員在新生4-6天小鼠的腦切片上表達鈣離子指示劑GCaMP6s蛋白，該蛋白可以被激發產生熒光並隨細胞內鈣離子的動態變化而發生強度變化，鈣信號的強弱反映神經元的活動度。利用實時熒光成像技術（Time-lapse imaging）連續一週以上監測離體腦片中神經元鈣離子濃度的變化，發現在下丘腦室旁核（PVN）、室旁下核（SPZ）區域和一部分視交叉上核（SCN）區域，存在週期為0.5～4小時的次晝夜節律。這種次晝夜節律從SPZ-PVN區域產生，次晝夜節律信號可以反饋到晝夜節律中樞SCN（圖一）。通過藥理學手段，進一步發現穀氨酸能系統參與了次晝夜節律的形成，鈉離子通道阻斷劑TTX敏感的神經網絡參與次晝夜鈣節律的同步化。
本研究首次發現了下丘腦室旁核和室旁下核存在次晝夜生物節律，揭示了次晝夜節律的產生位點和神經網絡機制。研究結果對理解動物睡眠週期、體溫調節和激素分泌等行為或功能的次晝夜節律具有重要啟示，可能為開發生物節律異常和睡眠障礙的新療法提供新思路。
復旦大學博士生吳瑜珥和北海道大學榎木亮介副教授為本文的共同第一作者，復旦大學黃志力教授和北海道大學榎木亮介副教授為本文的共同通訊作者，復旦大學為第一作者單位。該研究得到了國家自然科學基金重點項目等基金的資助。
圖一. 視交叉上核－室旁核－室旁下核的信息傳遞
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